第八章 结构胶粘剂的化学性质和物理性能

第八章 结构胶粘剂的化学性质和物理性能

1、结构胶粘剂(structural  adhesive)：这是一种用于粘接高强度材料（如木材、复合材料或金属）的胶粘剂，室温下其实际粘结强度大于6.9MPa（1000psi）。另一种定义：这是一种在有效设计荷载下不发生形变（或蠕变）的材料。由于性能的要求，结构胶粘剂通常是一些可交联的（热固性的）有机化合物，经常带有极性，具有很高的表面能，能够抵抗多种类型的外界破坏，在恶劣环境中经受若干年甚至数十年；
2、膜状胶粘剂-film adhesive  膏状胶粘剂-paste adhesive
3、结构胶粘剂基体树脂的化学性质：
1）．酚醛树脂：
a．碱为催化剂，苯酚与过量甲醛反应制得甲阶酚醛树脂（resole phenolic resin）；酸为催化剂，甲醛与过量苯酚反应制得线型酚醛树脂（novolac phenolic resin）+六亚甲基四胺（Hexa 乌洛托品）可固化；
b．苯酚与甲醛以2：1的物质的量的比进行反应时，得到的产物被称为双酚F（二苯酚甲醛），当苯酚与丙酮以同样的物质的量的比进行反应时，则会得到双酚A(二苯酚丙酮);
2）．蛋白质：
用于结构胶粘剂的蛋白质主要来源有动物血、鱼、奶、连接组织和大豆等。纵观历史蛋白质类胶粘剂一直被人类所使用，在现代主要用于胶合板的生产，但其不能经受恶劣的环境，所以她制得的胶合板只能局限于室内使用；
3）．环氧树脂：
以环氧乙烷环作为其反应单元的树脂称为环氧树脂，多以酚类和环氧丙烷的反应为基础；
a.2,2-异亚丙基二酚（也称双酚A:BPA）与环氧氯丙烷反应可得双酚A的二环氧丙基醚（DGEBPA）;它可以与双酚A进一步反应得到更高分子量的树脂，其端基为环氧基或酚基；
二苯酚甲醛（也称双酚F:BPF）与环氧氯丙烷反应得到与DGEBPA树脂类似的树脂；环氧树脂还有两大类别分别为环氧化酚醛树脂和环脂族环氧树脂（脂环族？）
b．环氧树脂固化方式有醇或硫醇、酸酐、阳离子聚合（Lewis酸）、阴离子聚合（咪唑）、胺类（双氰胺）
c．热固性体系其固化温度、固化时间和热固性树脂的物理状态之间的关系非常复杂，并且通常都是混乱的。参看时温转变（T-T-T）谱图；
4）氨酯树脂：
虽然聚氨酯内在的强度或模量并不突出，但其固化得到的坚韧树脂吸收能量的潜能非常大，聚氨酯既可以配制成室温 胶粘剂，也可以配制成高温固化胶粘剂。氨酯基胶粘剂的配方设计取决于异氰酸酯、多元醇和一种被称为扩链剂（短链的胺或者醇）物质的选择。
5）丙烯酸类树脂：
广义上分为两大类：自由基固化胶粘剂和氰基丙烯酸酯胶粘剂（厌氧或UV固化）
6）耐高温结构胶粘剂：
a．表征耐高温胶粘剂材料的一个关键特性就是他们的高度芳香性（产生抗氧化性）和聚合过程中形成的过剩化学键。
b．聚酰亚胺（纳迪克官能团、间氨基苯乙炔）、双马来酰亚胺（迈克尔加成反应）
4、结构胶粘剂性能的优化设计：
1）酚醛树脂：腈-酚醛树脂薄膜胶粘剂（腈-丁二烯弹性体）；
2）环氧树脂：增塑处理和利用相分离进行韧化（增韧剂 toughening agent）（丁腈橡胶），三聚氰胺作为助固化剂可能用来降低双氰胺所要求的高固化温度。Goland-Reissner效应；
3）丙烯酸树脂：使用相对高分子量的丙烯酸酯-甲基丙烯酸酯共聚物、气相二氧化硅…
4）耐高温结构胶粘剂：（Subrahmanian）
a.在这些聚合物中应该只存在最强的化学键，最好是含有芳香环，而应该避免烷基和亚烷基等单元；
b．其结构处于最低能量状态，不会发生受热重排；
c．具有最大化的共振稳定性（高度芳香性）结构；
d．其结构中的化学键处于最稳定的构型，当其受热断裂后，能够很容易的重新形成；
e．主链中具有多键连接的梯形聚合物应尽可能的多，因此单根键的断裂就不会造成分子量的流失；
f．该聚合物在尽可能低的温度下应具有可加工性；
g．该聚合物应具有足够低的屈服应力，这样它本身就可以吸收断裂能或进行增韧。
最后两点与前面几点互相矛盾，要均衡这些要求的技术一直在研究中。