人類使用膠粘劑已有幾千年的歷史，然而環(huán)氧樹脂膠粘劑(簡稱環(huán)氧膠粘劑或環(huán)氧膠)從1950年左右出現(xiàn)至今，僅僅只有50多年。但是隨著20世紀(jì)中葉各種膠粘理論的相繼提出，以及膠粘界面化學(xué)、膠粘劑流變學(xué)和膠粘破壞機(jī)理等基礎(chǔ)研究工作的深入進(jìn)展，使膠粘劑階性能、品種和應(yīng)用有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。環(huán)氧樹脂及其固化體系也以其獨(dú)特的、優(yōu)異性能(詳見第2章和第3章)和新型環(huán)氧樹脂、新型固化劑和添加劑的不斷涌現(xiàn)，而成為性能優(yōu)異、品種眾多、適應(yīng)性廣泛的一類重要的膠粘劑。由于環(huán)氧膠粘劑的粘接強(qiáng)度高、通用性強(qiáng)，曾有“萬能膠”、“大力膠”之稱。已在航空、航天、汽車、機(jī)械、建筑、化工、輕工、電子、電器以及日常生活等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
環(huán)氧膠粘劑是由環(huán)氧樹脂、固化劑、促進(jìn)劑、改性劑、稀釋劑、填料等組成的液態(tài)或固態(tài)膠粘劑。環(huán)氧膠粘劑的膠粘過程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，包括浸潤、粘附、固化等步驟，最后生成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的固化物，把被粘物結(jié)合成一個(gè)整體。膠接性能(強(qiáng)度、耐熱性、耐腐蝕性、抗?jié)B性等)不僅取決于膠粘劑的結(jié)構(gòu)和性能以及被粘物表面的結(jié)構(gòu)和膠粘特性，而且和接頭設(shè)計(jì)、膠粘劑的制備工藝和貯存以及膠接工藝等密切相關(guān)，同時(shí)還受周圍環(huán)境(應(yīng)力、溫度、濕度、介質(zhì)等)的制約。因此環(huán)氧膠粘劑的應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工程。環(huán)氧膠粘劑的性能必須與上述影響膠接性能的諸因素相適應(yīng)，才能獲得最佳結(jié)果。用相同配方的環(huán)氧膠粘劑膠接不同性質(zhì)的物體，或采用不同的膠接條件、或在不同的使用環(huán)境中，其性能會(huì)有極大的差別。應(yīng)用時(shí)應(yīng)充分給予重視。由于篇幅的限制，本章主要介紹環(huán)氧膠粘劑主要品種的配方設(shè)計(jì)、膠接工藝條件、性能及應(yīng)用舉例。
1、 環(huán)氧樹脂膠粘劑的類型、特點(diǎn)、機(jī)理
環(huán)氧樹脂膠粘劑的品種很多，其分類的方法和分類的指標(biāo)尚未統(tǒng)一。通常按下列方法分類。
按膠粘劑的形態(tài)分類——如無溶劑型膠粘劑、(有機(jī))溶劑型膠粘劑、水性膠粘劑(又可分為水乳型和水溶型兩種)、膏狀膠粘劑、薄膜狀膠粘劑(環(huán)氧膠膜)等。
(1)按固化條件分類
1)冷固化膠(不加熱固化膠)。又分為：
低溫固化膠，固化溫度＜15℃；
室溫固化膠，固化溫度15—40℃。
2)熱固化膠。又可分為：
中溫固化膠，固化溫度約80—120℃；
高溫固化膠，固化溫度＞150℃。
3)其他方式固化膠，如光固化膠、潮濕面及水中固化膠、潛伏性固化膠等。
(2)按膠接強(qiáng)度分類
1)結(jié)構(gòu)膠，抗剪及抗拉強(qiáng)度大，而且還應(yīng)有較高的不均勻扯離強(qiáng)度，使膠接接頭在長時(shí)間內(nèi)能承受振動(dòng)、疲勞及沖擊等栽荷。同時(shí)還應(yīng)具有較高的耐熱性和耐候性。通常鋼-鋼室溫抗剪強(qiáng)度＞25MPa，抗拉強(qiáng)度≥33MPa。不均勻扯離強(qiáng)度＞40kN／m。
2)次受力結(jié)構(gòu)膠，能承受中等載荷。通常抗剪強(qiáng)度17—25MPa，不均勻扯離強(qiáng)度20—50kN／m。
3)非結(jié)構(gòu)膠，即通用型膠粘劑。其室溫強(qiáng)度還比較高，但隨溫度的升高，膠接強(qiáng)度下降較快。只能用于受力不大的部位。
(3)按用途分類
1)通用型膠粘劑。
2)特種膠粘劑。如耐高溫膠(使用溫度≥150℃)、耐低溫膠(可耐—50℃或更低的溫度)、應(yīng)變膠(粘貼應(yīng)變片用)、導(dǎo)電膠(體積電阻率10-3～10-4Ω·cm)、密封膠(真空密封、機(jī)械密封用)、光學(xué)膠(無色透明、耐光老化、折光率與光學(xué)零件相匹配)、耐腐蝕膠、結(jié)構(gòu)膠等。
此外也可按固化劑的類型來分類，如胺固化環(huán)氧膠、酸酐固化膠等。還可分為雙組分膠和單組分膠，純環(huán)氧膠和改性環(huán)氧膠(如環(huán)氧-尼龍膠、環(huán)氧-聚硫橡膠膠、環(huán)氧-丁腈膠、環(huán)氧-聚氨酯膠、環(huán)氧-酚醛膠、有機(jī)硅環(huán)氧膠、丙烯酸環(huán)氧膠等)。
環(huán)氧樹脂膠粘劑的特點(diǎn)——
環(huán)氧膠粘劑與其他類型膠粘劑比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)環(huán)氧樹脂含有多種極性基團(tuán)和活性很大的環(huán)氧基，因而與金屬、玻璃、水泥、木材、塑料等多種極性材料，尤其是表面活性高的材料具有很強(qiáng)的粘接力，同時(shí)環(huán)氧固化物的內(nèi)聚強(qiáng)度也很大，所以其膠接強(qiáng)度很高。
(2)環(huán)氧樹脂固化時(shí)基本上無低分子揮發(fā)物產(chǎn)生。膠層的體積收縮率小，約1％一2％，是熱固性樹脂中固化收縮率最小的品種之一。加入填料后可降到0．2％以下。環(huán)氧固化物的線脹系數(shù)也很小。因此內(nèi)應(yīng)力小，對膠接強(qiáng)度影響小。加之環(huán)氧固化物的蠕變小，所以膠層的尺寸穩(wěn)定性好。
(3)環(huán)氧樹脂、固化劑及改性劑的品種很多，可通過合理而巧妙的配方設(shè)計(jì)，使膠粘劑具有所需要的工藝性(如快速固化、室溫固化、低溫固化、水中固化、低粘度、高粘度等)，并具有所要求的使用性能(如耐高溫、耐低溫、高強(qiáng)度、高柔性、耐老化、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱等)。
(4)與多種有機(jī)物(單體、樹脂、橡膠)和無機(jī)物(如填料等)具有很好的相容性和反應(yīng)性，易于進(jìn)行共聚、交聯(lián)、共混、填充等改性，以提高膠層的性能。
(5)耐腐蝕性及介電性能好。能耐酸、堿、鹽、溶劑等多種介質(zhì)的腐蝕。體積電阻率1013—1016Ω·cm，介電強(qiáng)度16—35kV／mm。
(6)通用型環(huán)氧樹脂、固化劑及添加劑的產(chǎn)地多、產(chǎn)量大，配制簡易，可接觸壓成型，能大規(guī)模應(yīng)用。
環(huán)氧膠粘劑的主要缺點(diǎn)——
(1)不增韌時(shí)，固化物一般偏脆，抗剝離、抗開裂、抗沖擊性能差。
(2)對極性小的材料(如聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等)粘接力小。必須先進(jìn)行表面活化處理。
(3)有些原材料如活性稀釋劑、固化劑等有不同程度的毒性和刺激性。設(shè)計(jì)配方時(shí)應(yīng)盡量避免選用，施工操作時(shí)應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)和防護(hù)。
膠接破壞機(jī)理——
要設(shè)計(jì)出環(huán)氧膠粘劑的最佳配方，達(dá)到所要求的膠接性能，就必須了解環(huán)氧膠粘劑的粘附機(jī)理和膠接的破壞機(jī)理。在這方面已做了大量研究，提出了許多理論，雖然都還存在一些不足之處，但是已闡明和解決了不少實(shí)際問題，大大推動(dòng)了環(huán)氧膠粘劑的開發(fā)應(yīng)用。
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