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环氧聚酰胺胶粘剂热老化行为的研究-艾斯瑞
聚合物胶粘剂作为一种高分子材料,已经广泛应用于建筑、汽车、电子、航空航天、海洋运输等领域。然而,由于内外因素的综合作用,聚合物胶粘剂的性能逐渐变差,即老化。近30年来,国外对胶粘剂的老化性能进行了一些研究,在粘接界面化学和粘接失效机理的研究方面也取得了一些进展。老化主要是光、热、氧引起的氧化和水解,其影响因素主要是阳光(尤其是紫外线)、温度、氧气、水和污染物。研究表明,光氧化降解随着湿度的增加而加剧;光照也会加剧水解降解。通过人工加速试验,研究了热对环氧-聚酰胺胶粘剂性能的影响及其老化机理。
一,实验部分
1.1样品制备
1)主要原材料
环氧树脂:环氧E44。
固化剂:低分子量聚酰胺650。
2)环氧胶粘剂的制备
环氧树脂E44和低分子量聚酰胺按质量比2∶1混合备用。
3)金属结合件的表面处理
用120*砂纸打磨A3钢试件表面,直至露出新鲜基体,然后用丙酮清洗表面。
4)粘合样品的制造
将配制好的胶粘剂经表面处理后均匀涂在胶合面上使用,按GB/T7124-2008要求制备样品,室温固化24h以上即可使用。
1.2试验方法和试验设备
将样品置于60℃、80℃和100℃的热老化试验箱中,老化时间分别为200小时、400小时、600小时、800小时和1000小时。试验结束后,取出样品,在标准状态下放置24h,然后进行相关性能试验。
1066B
胶粘剂剪切强度测试仪
精密烘箱
 环氧聚酰胺胶粘剂热老化行为的研究
二.结果和讨论
2.1机械性能
环氧结构胶的剪切强度在室温下没有显变化;经过不同时间的热老化试验,环氧胶粘剂的剪切强度在老化初期短暂增加,随后逐渐降。例如,在100℃老化600、800和1000小时后,剪切强度保持率分别为53.2%、48.3%和28.6%。
热老化初期,剪切强度增加,因为常温下环氧的固化反应不全,环氧基的残留率通常在40%左右”。加热可以进一步交联固化残留的环氧基团,增加其结合强度。然而,随着热老化时间的延长,胶粘剂的聚合物链在热和氧气的作用下断裂,导致力学性能下降。
EP-PA剪切强度-时间曲线的线性拟合参数可以通过对三种热老化温度下的剪切强度变化曲线进行线性拟合得到。
随着温度的逐渐升高(60℃→80℃→100℃),抗剪强度曲线的斜率逐渐增大(0.0085
强度保持率的影响
在热老化的早期200h,胶粘剂的剪切强度保持率随着老化温度的升高呈指数级增加。随着热老化时间的延长,剪切强度保持率随着老化温度的升高而线性降,且老化温度越高,剪切强度保持率降越大。
2.2表观形态
对比热老化前后EP-PA胶粘剂的SEM图像可以看出热老化对环氧胶粘剂的微观形貌有影响。其中,60℃热老化后有轻微裂纹,100℃热老化后有显裂纹甚至断裂,80℃热老化后表观形貌变化介于两者之间。分析表明,热会使环氧树脂-聚丙烯酸酯胶粘剂的微观形态发生裂纹。老化温度越高,胶粘剂的微观形貌损伤越严重。上述分析与热老化后EP-PA胶粘剂力学性能的变化相一致。
老化比较
2.3FT-IR分析
热老化1000h后,1690cm~1650cm处的酰胺基变弱,说明环氧胶粘剂分子结构中-con基团的-CONtent降,C-N键断裂。1780cm-'~1710cm-'处的羧酸基团和3200cm~2250cm处的胺基团的吸收峰增加,表明形成了新的羧基和胺基。因此,红外光谱表明,热老化会破坏和降解环氧树脂胶粘剂的分子结构。老化温度越高,胶粘剂分子结构变化越大。
红外线谱
2.4TGA分析
环氧胶粘剂在空气气氛中的初始热分解温度低于在氮气气氛中;当EP-PA胶粘剂的残留质量为50%时,需要在氮气气氛下升温至440℃,而在空气气氛下仅需390℃。当温度为500℃时,空气气氛中的环氧胶粘剂已经分解,而氨气氛中的环氧胶粘剂仍有残留成分。
上述试验可以表明,空气中氧气的存在使得EP-PA胶粘剂在高温下容易发生热氧分解,因此氧气是EP-PA胶粘剂热老化的重要因素。
2.5热老化机理
在EP-PA胶粘剂的热作用下,聚合物链上的酰胺基- CONH发生热氧化反应,碳氮键断裂。
热老化机理
上述机理分析与力学性能、扫描电镜形貌和红外光谱分析一致。
三.结论
1)在热老化的初始阶段,由于未固化的环氧基团的进一步固化,剪切强度增加。但随着老化时间的延长,剪切强度呈下降趋势,温度越高,下降比例越大。
2)扫描电镜图像显示,热老化后环氧树脂-聚酰胺胶粘剂的微观形貌发生了变化。100℃老化后有显裂纹,说明胶粘剂分子链已经降解。
3)FT-IR分析表明,热会引起EP-PA胶粘剂的分子结构变化。也就是说,酰胺- CONH基团被氧化,这导致粘合性能下降。
4)TGA测试分析表明,氧气引起EP-PA胶粘剂高温热氧化分解,是胶粘剂热老化的重要因素。
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