怎样设计出环氧胶粘剂的最佳配方

    要设计出环氧胶粘剂的最佳配方，达到所要求的胶接性能，就必须了解环氧胶粘剂的粘附机理和胶接的破坏机理。我国在这方面已做了大量研究，并提出了许多理论，虽然都还存在一些不足之处，但是已阐明和解决了不少实际问题，大大推动了环氧胶粘剂的开发应用。关于环氧树脂胶粘剂配方设计的基本原则，应把握好以下三个方面。
　　一、胶粘剂阶性质与胶接性能的关系。胶粘剂的性能对胶接性能具有决定性的影响，对胶粘剂的配方设计至关重要。接头中胶层和界面层的性能主要取决于胶粘剂的结构、性能及其固化历程，当然还与被粘物的表面结构和性质等有关。本节讨论的胶粘剂的性质是指固化后的胶层和界面层阶性质。影响胶接性能的胶粘剂性能主要有：
　　(1)胶粘剂的强度和韧性。前者是胶粘剂抵抗外力的能力，而后者是降低应力集中、抵抗裂纹扩展的能力。提高胶粘剂的强度和韧性有利于提高接头的胶接强度。
　　(2)胶粘剂的模量和断裂伸长率。二者影响胶接接头的应力分布。低模量和高断裂伸长率的胶粘剂会大大提高“线受力”时的胶接强度。但是模量太低、断裂伸长率太大往往会降低内聚强度，反而位胶接强度降低。对这两种影响相反的因素，只有找到它们共同影响下的最佳值，才能得到最好的“线受力”’胶接强度。
　　(3)胶粘剂的稳定性和耐久性。这是它抵抗周围环境(温度、湿度、老化、介质侵蚀等)使胶粘剂性能劣化和结构破坏的能力。对提高接头的耐热性、耐湿热性、耐老化性、耐腐蚀性及安全可靠性等有决定性作用。抗剪强度(面受力)和剥离强度(线受力)显然是性质不同的两类性能。前者属于应力范畴，是材料的极限应力(破坏应力)；后者与胶粘剂的形变能有关，属于能量范畴，是材料的断裂能(断裂功)。所以有人把剥离强度列为韧性参数。中尾一宗等测定了胶层厚度、温度及测试速度与剥离强度的关系，发现这些参数可以换算，曲线中剥离强度峰的数目与胶粘剂的转变点数目有关。环氧胶粘剂的硬度、模量与胶接性能的关系，可按硬度大小分成四个区域：非结构性胶粘剂、柔性胶粘剂、一般结构胶粘剂和耐热胶粘剂。
　　必须指出的是：胶粘剂的性能与胶接性能是相互关联又相互制约的，只有综合考虑、全面权衡，才能设计出所需环氧胶粘剂的最佳配方。
　　二、确定所需环氧胶粘剂关键性能的主要依据
　　(1)按接头中胶层的受力状态和大小选择胶粘剂的性能。若为“面受力”，宜选用内聚强度和粘附强度大、韧性好的胶粘剂。若为“线受力”则宜选用韧性好、模量较小、断裂伸长率较大的胶粘剂。受疲劳或冲击载荷时宜选用韧性好的胶粘剂。
　　(2)按被粘物的性质选择胶粘剂。刚性大的脆性材料(如玻璃、陶瓷、水泥、石料等)宜用强度高、硬度和模量大、不易变形的胶粘剂。钣金件和结构件等坚韧、高强的刚性材料，由于承载大并有剥离应力、冲击和疲劳应力，宜用强度高、韧性大的结构胶粘剂，如环氧-丁腈胶。柔软及弹性材料(塑料薄膜、橡胶等)一般不用环氧胶。也可选用柔性大的环氧胶。多孔性材料(泡沫塑料、海损等)宜用教度较大、柔性好的环氧胶。极性小的材料(聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)应先经表面活化处理后再用环氧胶粘接。
　　(3)按使用温度选择胶粘剂。胶粘剂的玻璃化温度Tg一般应大于最高使用温度。通用型环氧胶粘剂的使用温度约为-40～+80℃。使用温度高于150℃时宜用耐热胶粘剂。使用温度在-70℃以下时宜用韧性好的耐低温胶粘剂，如环氧-聚氨酯胶、环氧-尼龙胶等。冷热交变对接头破坏较大，宜用韧性好的耐高低温胶，如环氧—尼龙胶等。
　　(4)按其他使用性能要求选择胶粘剂。如耐水性、耐湿热性、耐老化性、耐腐蚀性、介电性等。
　　(5)按工艺要求(固化温度、固化速度、教度、潮面或水中固化等)选择胶粘剂。所选出的胶粘剂常常不能同时满足所有的要求。这就需要正确地判断哪些性能是所需胶粘剂的主要性能(关键性性能)，哪些是次要性能。并按照确保主要性能，兼顾其他性能的原则设计胶粘剂配方。