高性能环氧树脂胶黏剂的制备及应用研究进展

高性能环氧树脂胶黏剂的制备及应用研究进展摘要：环氧树脂胶黏剂因其优良的粘性及力学性质，可在多种情况下与多种底物产生较强的粘性而被广泛使用，但是，环氧树脂胶黏剂自身具有较强的交联性，极易发生断裂，从而制约了环氧树脂胶黏剂的结构粘合力，随着粘合工艺的不断进步，对粘合剂的要求也越来越高，因此，发展高性能的环氧树脂胶黏剂是当务之急，本文介绍环氧树脂胶黏剂的固化原理，并对不同性质的环氧树脂胶黏剂的使用进行探讨。

关键词：高性能；环氧树脂胶黏剂；应用与发展；1.环氧树脂固化机理由于环氧树脂中羟基或二级羟基的存在，再加上其自身所含的极性基团及较高的反应活性，使其具有较好的粘接性能。

结果表明，环氧树脂胶黏剂的固化反应主要有聚加成和均聚化两种，使环氧树脂胶黏剂的分子量增大，交联程度增大，实际上，由于固化剂、催化剂等因素的影响，环氧树脂的交联结构可以同时形成羟基或环氧基，两者最大的不同在于，在环氧树脂的固化过程中，固化剂分子的存在与否，聚加成反应是环氧树脂胶黏剂固化中应用最广泛的反应类型，该类反应中使用的固化剂含有活性氢化合物，包括酰胺、胺和硫醇。

环氧树脂基体与不同的化学反应分子发生反应，其固化过程为一种加合反应。

所得产物为环氧大分子，经反应位点与固化剂分子相连，形成环氧大分子，因此，可以将固化剂看作是一种聚合物，但是，目前的均聚物主要是环氧分子在反应中的固化，其聚合产物主要为环氧单体在反应位上的键合而成，其聚合产物主要为环氧单体的聚合，与聚合加成中的固化剂相比，催化型固化剂在均聚中并未形成环氧树脂基体，对环氧基体的固化性能没有明显的影响。

2.环氧树脂胶黏剂的性能特点环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯是热固性树脂并称三大热固性树脂，这是目前应用最广泛，用量最大的热固性树脂，由于其特殊的环氧基结构，加上羟基、醚键等反应性基团，使其具有很多优良的性质，与其它热固性树脂相比，环氧树脂胶黏剂的品种最多，但性能也各不相同，环氧树脂胶黏剂的固化剂种类较多，配合大量的促进剂、改性剂、添加剂等，可发展出多种不同的组合和组配，因此，可以得到各种性能优良、各具特色的环氧树脂固化体系，它具有很强的通用性，可以很好地适应并满足各种应用及生产工艺的需要，这是其他热固性树脂所无法相比的。

2.1环氧树脂胶黏剂及其固化物的性能特点(1)力学性能高，环氧树脂胶黏剂粘剂由于其凝结力强，分子结构致密，其机械性能比一般热固性树脂如酚醛树脂、不饱和聚酯等高。

(2)具有极好的附着力，在环氧树脂胶黏剂粘剂固化体系中，活性极大的环氧基、羟基以及醚键、胺键、酯键等极性基团赋予环氧固化物以极高的粘附强度，另外，由于其具有较高的聚合强度和其它机械性质，所以其粘着力尤其强，可以作为构造胶使用。

(3)固化后的收缩性较低，正常情况下是百分之一到百分之二，它是一种具有较低固化收缩率的热固性树脂，结果表明，不饱和聚酯树脂的含量在4%-6%之间；硅酮的含量在4%~8%之间，线胀系数通常是6×10-5/℃，因此，其制品具有形状稳定、受力小、不容易产生裂纹等特点。

(4)工艺性好能，由于环氧树脂胶黏剂在固化过程中几乎没有小分子的挥发性物质，因此可以采用低压模塑或接触模塑，具有很大的灵活性，可以根据不同的工艺要求，设计出不同的配方。

(5)电性能好，是一种具有优良介电特性的热固性树脂。

(6)稳定性好，不含碱、盐等杂质，环氧树脂胶黏剂不会老化，如果储存方法正确（密封且避免潮湿和高温），可保存一年，超过期限后，检查通过，仍然可以使用，具有优异的化学稳定性，它具有较高的耐酸、耐碱、耐盐等性能。

(7)对于环氧固化物的耐热性能通常在80-100℃之间，环氧树脂胶黏剂的耐热品种，可达200℃以上。

(8)在热固性树脂中，环氧树脂胶黏剂及其固化物的综合性能最好。

3.高性能环氧树脂胶黏剂的制备及应用3.1耐高温环氧树脂胶黏剂能在较高温度下持续使用的高温胶粘材料，在电子、汽车、航空航天等诸多领域有着广泛的应用，在工业生产中，应用最广泛的是环氧树脂胶黏剂，但是，环氧树脂胶黏剂胶的持续使用温度一般不超过100℃，而其它类别的胶黏剂使用温度则要高得多，但是，这类材料不具备环氧树脂的高粘接强度、易加工、力学性能好等特点，所以，开发出耐高温、高强度的环氧树脂胶黏剂就显得尤为重要，赵等人制备了两种可用于电子包装的新型硅环氧，以此为原料，研制出具有较高玻璃化转变温度、较好的热稳定性和较好的固化机械性能的环氧树脂胶黏剂；Mimura等人向二苯环氧基体中加入了聚醚砜，并以不同的模塑温度对其分散形态进行了调控，他们调查了在环氧树脂中，聚醚型态对其热稳定性和韧度的影响，结果表明：添加10%的聚醚砜胶粘剂，其玻璃化转变温度和断裂韧度分别为20℃和60%，结果表明，直线型聚醚砜与环氧树脂的交联度较高，对于具有分相结构的树脂，只有在以连续相态存在的情况下，才能达到较好的增韧效果；王超等人用双马来酰亚胺改性环氧树脂胶黏剂，制备的环氧树脂胶黏剂粘剂可在250°C下工作，用于飞机发动机的制造和维护。

3.2耐水环氧树脂胶黏剂从1960年代开始，环氧树脂胶黏剂就被应用到了桥梁的建造中，但是更多的是用来进行加固，到目前为止，只要加以合理的改良，就可以应用于地下及海底隧道的防渗、路基及桥梁的修补与加固，相对于机械连接，利用胶粘剂可以更容易、更迅速地将不同的材料结合在一起，而且不会因为钻孔而破坏材料的整体，一般情况下，桥上的连接处都要用密封的方法来避免潮湿和紫外光的照射，但是，由于桥面结构具有较长的服役年限，在施工过程中不可避免地会出现密封破坏现象，随着时间的推移，胶粘剂可能会接触到潮湿的空气，甚至是水，在有水分的情况下，胶粘剂的性质对整个接头的性质有很大的影响，而腐蚀环境对胶粘剂的性质有很大的影响，水分子向胶接界面扩散，造成胶接界面及胶接材料自身劣化，进而影响胶接界面的力学性能。

因此，在很多工程中，环氧防水胶已经成为一个热门课题，志刚等采用亲水基团接枝环氧树脂，并将其转化为油包水的乳状液，最后将豆粕修饰成水溶性的环氧类乳状液，通过对不同交联剂对胶性质的影响进行了研究，得到的产物在胶系统中分散性好，能与大豆蛋白质形成多种稳定的交联网络结构，并对其进行了研究。

研究发现，经改性后的环氧树脂胶黏剂的湿剪强度比原环氧树脂胶黏剂的湿剪强度增加了20%，比原环氧树脂胶黏剂的湿剪强度增加了192.5%，而吸湿性下降了8.5%。

辛社伟等通过有机改性蒙脱土制备了有机改性的蒙脱土环氧树脂胶黏剂，利用填料之间的协同作用，设计水下环氧树脂胶黏剂的最佳配方。

4.环氧树脂胶黏剂应用技术发展方向目前，我国环氧树脂胶黏剂正朝着高性能、高值化、绿色环保、安全生产的方向发展，特种结构用环氧树脂胶黏剂及其助剂的开发，正朝着精炼、功能化以及在特定条件下固化的方向发展，该产品具有很高的韧性，强度，抗辐射，抗高低温冲击，在此基础上，对特种树脂、固化剂及稀释剂的品种进行了较大的开发，并逐步向多品种小批量的方向发展，近年来，随着高分子物理化学技术的进步，新品种的研发已逐渐转向利用化学或非化学合成的方法，采用共混和合金化的方式，制备出环氧橡胶、环氧热塑性塑料、各种有机-无机复合填料以及环氧树脂粘结剂基的无机纳米复合材料。

4.1涂料目前，环氧树脂涂层正朝着低污染、高品质、高安全、多功能的方向发展。

重点开发罐用涂料防腐涂料、功能性涂料和环保型涂料及其推广应用。

特别是其中水性环氧体系的品种开发和质量提高，将在汽车工业（如电泳涂料），家用电器工业（如食品工业），食品工业（如罐用涂料），化工工业（如防腐蚀涂料），以及建筑工业（如地板涂料、建筑胶粘剂、环氧砂浆、混凝土）等领域获得新的技术突破。

4.2电子材料电子设备向小型化、轻质化、高性能、功能化、集成化、薄化、多层化等方向发展，为此，要改善环氧树脂包装及镀铜板材的耐热性、介电性及韧度，减少吸水率及内应力。

当前重点开发高纯度、高耐热性、低吸水、高韧性、高导热的环氧树脂胶黏剂粘剂及固化剂，如将双环戊二烯、联苯、二苯醚，以及联苯等有机骨架引入到环氧树脂胶黏剂或固化剂中，可显著改善其各组份的电阻性及电导率，同时还可降低其水分含量。

4.3高性能环氧复合材料目前，高性能的环氧树脂基复合材料主要集中在改善其抗湿热性能，以及冲击后的压缩强度，热量传导以及层间结合强度等方面，为改善其抗湿、抗热、高导热性能，如无机粉体填料、双环戊二烯、联苯、二苯醚、木炭等，均可加入到环氧树脂的胶结剂与固化剂中，为改善其冲击后抗压强度及机械性能，可通过添加橡胶及耐高温热塑性树脂，使其与环氧树脂形成海岛构造或互穿网络构造的多相体系来改善其冲击后的力学性能。

4.4防火性环氧材料随着恶性火灾接二连三的发生，人们开始认识到仅仅依靠阻燃材料是远远不够的，航空航天材料的阻燃、低烟、低毒性、低释放速率是航空航天领域亟待解决的关键问题，因此，发展新型环氧耐火材料是一种非常有价值的新型耐火材料。

结束语目前，环氧树脂胶黏剂已被广泛应用于金属构件、高分子复合材料、混凝土构件等各种材料的粘接，由于其非晶态和交联态的微结构，环氧树脂胶黏剂具有反应方式多样、耐腐蚀、力学性能好等特点，但近几年来，胶粘剂工业在新基材、新原料、新配方、新固化工艺、新应用及新工艺等方面已有了很大的发展，所以，要研制出固化条件较好、耐高温、耐冷热循环、高导热、抗疲劳载荷及振动破坏的高性能环氧树脂胶黏剂。

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