高性能丙烯酸酯结构胶的研制

高性能丙烯酸酯结构胶的研制

作者：聂琦思黄海江杜美娜高瀚文

来源：《粘接》2014年第06期

摘要：二代丙烯酸酯结构胶具有诸多优异的性能，但是耐水性、耐热性依然存在不足。本文使用丙烯酸酯橡胶、MBS树脂、自制离子促进剂、复配阻聚剂、巯基偶联剂以及三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯等制备出固化平稳、胶层柔韧、耐水耐热性能良好的二代丙烯酸酯结构胶。该结构胶固化放热平稳，本体断裂伸长率可达50%。

关键词：二代丙烯酸酯结构胶；固化平稳；柔韧性；耐水性；耐热性

中图分类号：TQ433.4+36 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2014）06-055-03

第2代丙烯酸酯结构胶，简称SGA，是20世纪70年代由美国杜邦公司率先开发成功的一种新型胶粘剂，并于1975年成功推向市场[1]。其主要优点如下：

（1）室温下快速固化，固化速度可控，可用加热固化工艺快速定位，其定位速度可达到几十秒甚至十几秒。且固化收缩小，A/B组分混合后可100%固化。

（2）使用方便，2组分之间无需严格定量，可以混合使用，也可分别涂覆后叠合粘接，有利于自动化涂覆。

（3）力学性能优异，常温24 h内剪切强度即可超过20 MPa（粘接金属），且胶层柔韧，同时具有良好的剥离及冲击强度。

（4）粘接范围广泛，适用于大部分塑料和金属的粘接。

（5）表面处理简单，可油面粘接，并具有较高的强度[2]。

由于上述优点，SGA受到广泛的关注，并不断更新换代。SGA不含双酚A，符合欧盟对电子产品相关的限令，这是其他类型结构胶满足不了的[3]。

但是SGA仍存在一些不足，如：固化放热较大，会导致不耐热材料发生变形，胶层较硬，在有些粘接工艺上难以应用，同时耐水性和耐热性也存在不足[4]，制约着SGA的应用和发展。本文通过单体、树脂等的选择对以上问题进行了研究。

1 实验部分

1.1 主要原料

甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸，多官能丙烯酸酯，丙烯酸酯橡胶，三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯，E-51树脂，硅酸铝粉末，巯基偶联剂，BPO，N，N-二甲基对甲苯胺，磷酸酯助剂，自制离子促进剂，MBS树脂，增塑剂，阻聚剂，石蜡，颜料。

1.2 制备方法

1.2.1 A组分制备方法

（1）将丙烯酸酯橡胶粉碎成小块备用。

（2）将甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、多官能丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯按比例投入反应釜中，通入冷却水降温，搅拌条件下投入丙烯酸酯橡胶，至丙烯酸酯橡胶完全溶解。

（3）将复配的阻聚剂按比例投入反应釜中，搅拌均匀后加入适量自制离子促进剂。而后投入N，N-二甲基对甲苯胺、磷酸酯助剂和巯基偶联剂，搅拌均匀。

（4）按比例将MBS树酯、石蜡、硅酸铝粉末投入反应釜中，搅拌均匀至无颗粒为止。

1.2.2 B组分制备方法

将增塑剂、BPO、MBS树脂、E-51环氧树脂、颜料按比例投入反应釜中，高速搅拌至原料完全溶解无固体颗粒为止。

1.3 样件制备

1）剪切试样

将待粘接铝剪切试片保护膜揭除，用丙酮擦拭表面除去尘土和油污。将A/B组分胶以10∶1比例混合均匀后，均匀涂抹于2片铝片上，涂抹长度大于12.5 mm，搭接后用长尾夹进行固定，于23 ℃恒温固化24 h。

2）本体拉伸试样

在标准哑铃状模具中注满混合均匀的胶液，使用刮胶刀将表面刮平后覆盖PP调胶板，在上方压上具有一定面积的重物。灌注及刮平时保证无气泡混入，在23 ℃恒温固化24 h。

1.4 性能测试

剪切强度：参照GB/T 7124—1986，使用Instron材料拉力机进行测试。

本体拉伸强度：参照GB/T 7762—2003，使用Instron材料拉力机进行测试。

1.5 耐水性判定标准

分别将样件放置于95 ℃水中浸泡96 h和放置于双85老化箱中老化14 d后对样件的剪切强度进行测试，以老化后强度的保持率对耐水性进行判定。

2 结果与讨论

2.1 自制SGA的固化放热曲线

图1为自制SGA与国外某品牌SGA的放热曲线。从图1可以看出，自制SGA的放热曲线比较平缓，且放热峰温度也相对较低。

SGA的固化放热过程与其本身的固化速度密不可分。SGA的固化是氧化还原反应，且由于常见SGA均为快固型通常均使用引发速度较快的氧化还原体系，导致SGA快速固化，放热迅速，放热峰温度较高。而自制SGA组分中加入了一定量的离子促进剂和经过复配的阻聚剂。离子促进剂会加快体系中自由基的释放速度，胶水固化加快。但阻聚剂的加入却可延缓体系的固化。经过试验，阻聚剂的复配比例以及使用量对本SGA体系的初固行为有很大的影响。通过合理选择复配阻聚剂种类、复配比例以及加入量既可保证体系贮存稳定还可使固化反应平稳、放热平缓。

2.2 本体拉伸试验

SGA体系中的多官能物质及所添加的橡胶、树脂均对SGA的柔韧性有重要的影响。多官能团物质在SGA固化时形成一定的交联网络，改善SGA的柔韧性以及抗冲击性能。常见的SGA大多使用ABS树脂和丁腈橡胶的组合，其中ABS主要提供强度，而丁腈橡胶则主要提供韧性。然而丁腈橡胶在体系中的溶解能力有限，同时过度添加丁腈橡胶会导致ABS树脂溶解能力降低，使SGA剪切强度过低。本文采用丙烯酸酯橡胶和MBS的组合。丙烯酸酯橡胶可以在甲基丙烯酸甲酯中良好地溶解，且不影响其他树脂的溶解。而MBS树脂相对ABS树脂而言既提供强度又提供一定的韧性。表1列出了在不同丙烯酸酯橡胶/MBS添加量下自制SGA的断裂伸长率和模量。