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              環氧樹脂—聚氨酯—丙烯酸酯三種材料全方面對比分析!

              2019-02-27 15:05:57??????點擊:

              01

              1.1環氧樹脂簡介

              Epoxy Resin 指分子結構中含有2個或2個以上環氧基并在適當的化學劑存在下能形成三維網絡狀固化物的化合物總稱,是一類重要的熱固性樹脂。

              1.2環氧樹脂發展史

              環氧樹脂是1938年由P.Castam申請瑞士專利,由汽巴公司在1946年研制出最早的環氧粘接劑,1949年美國的S.O.Creentee研制了環氧涂料,我國于1958年開始環氧樹脂的工業化生產。

              1.3特點(雙酚A型)

              主要優點:

              (1)單獨的環氧樹脂應用價值很低,它需要與固化劑配合使用才有實用價值。

              (2)高粘接強度:在合成膠粘劑中環氧樹脂膠的膠接強度居前列。

              (3)固化收縮率小,在膠粘劑中環氧樹脂膠的收縮率最小,這也是環氧樹脂膠固化膠接高的原因之一。

              (4)耐化學性能工好:在固化體系中的醚基、苯環和脂肪羥基不易受酸堿侵蝕。在海水、石油、煤油、10%H2SO4、10%HCl、10%HAc、10%NH3、10%H3PO4和30%Na2CO3中可以用兩年;而在50%H2SO4和10%HNO3常溫浸泡半年;10%NaOH(100℃)浸泡一個月,性能保持不變。

              (5)電絕緣性優良:環氧樹脂的擊穿電壓可大于35kv/mm。

              (6)環氧固化物的耐熱性一般為80~100℃。環氧樹脂的耐熱品種可達200℃或更高。

              (7)工藝性好。環氧樹脂固化時基本上不產生低分子揮發物,所以可低壓成型或接觸壓成型。能與各種固化劑配合制造無溶劑、高固體、粉末涂料及水性涂料等環保型涂料。


              主要缺點:

              (1)操作粘度大,這在施工方面顯的有些不方便

              (2)固化物性脆,伸長率小。

              (3)剝離強度低。

              (4)耐機械沖擊和熱沖擊差。

              (5)耐候性差,環氧樹脂中一般含有芳香醚鍵,固化物經日光照射后易降解斷鏈。

              (6)環氧樹脂低溫固化性能差,一般需在10℃以上固化,在10℃以下則固化緩慢,對于大型物體如船舶、橋梁、港灣、油槽等寒季施工十分不便。

              1.4環氧樹脂應用

              (1)涂料工業:環氧樹脂在涂料工業中需用量最大,目前較廣泛使用的有水性涂料、粉末涂料和高固分涂料??蓮V泛用于管道容器、汽車、船舶、航天、電子、玩具、工藝品等行業。

              (2)電子電器工業:環氧樹脂膠可用于電氣絕緣材料,例如整流器、變壓器的密封灌注;電子元器件的密封保護;機電產品的絕緣處理與粘接;蓄電池的密封粘接;電容器、電阻、電感器的表面披覆。

              (3)五金飾品,工藝品、體育用品品行業:可用于標牌、飾品、商標、五金、球拍、釣具、運動用品、工藝品等產品上。

              (4)光電行業:可用于發光二極管(LED)、數碼管、像素管、電子顯示屏、LED燈飾等產品的封裝、灌注和粘接。

              (5)建筑工業:在道路、橋梁、地坪、鋼鐵結構、建筑、墻體涂料、堤壩、工程施工、文物修補等行業也會廣泛用到。

              (6)膠粘劑、密封劑和復合材料領域:如風力發電機葉片、工藝品、陶瓷、玻璃等各種物質之間的粘接,碳纖維板材的復合、微電子材料的密封等等。

              02

              2.1聚氨酯簡介

              聚氨酯:Polyurethane又名聚氨基甲酸酯是對主鏈上含有春福氨基甲酸酯基團的大分子化合物的總稱,簡稱 PU,化學式 (C10H8N2O2·C6H14O3)X。

              聚氨酯膠粘劑:Polyurethane Adhesive 指的是分子鏈中含有氨基甲酸酯基團(—NHCOO—)或異氰酸酯基(—NCO)的膠粘劑。

              2.2聚氨酯發展史

              1849年德國化學家Wurts用烷基硫酸鹽與氰酸鉀進行復分解反應,首次合成了脂肪族異氰酸酯化合物;1850年德國化學家Hoffman用二苯基甲酰胺合成了苯基異氰酸酯;1884年Hentschel用胺或胺鹽與光氣反應合成異氰酸酯,成為工業上合成異氰酸酯的方法。1937年德國化學家Bayer首次利用異氰酸酯與多元醇制得聚氨酯樹脂,并且在第二次世界大戰期間由拜耳公司應用于坦克履帶上,使聚氨酯膠粘劑首次工業化。

              其后,美國于1953年引進德國技術,日本于1954年引進德國和美國聚氨酯技術,1960年生產聚氨酯材料,1966年開始生產聚氨酯膠黏劑,開發成功乙烯類聚氨酯水性膠黏劑,并予1981年投入工業化生產。目前日本聚氨酯膠黏劑的研究與生產十分活躍,并與美國、西歐一起成為聚氨酯生產、出口大國 。

              我國于1956年研制并生產三苯基甲烷三異氰酸酯(列克納 膠),很快又生產了甲苯二異氰酸酯(TDI)、雙組分溶劑型聚氨酯膠黏劑,1986年以后,我國聚氨酯工業 進入迅速發展時期:1994年國家正式批準成立“中國聚氨酯工業協會”,下設“聚氨酯膠黏劑委員會”,該委員會業已成為全國聚氨 酯膠黏劑技術與信息交流的中心。90年代中后期,聚氨酯工業迎來了告訴發展。

              2.3聚氨酯的合成

              聚氨酯的合成原料主要有-異氰酸酯、多元醇、添加劑,添加劑主要包括催化劑、交聯劑及擴鏈劑——結構膠。

              PU合成方法主要有 預聚體法、半預聚體法、一步法,其中一步法因工藝簡單投資少而被普遍采用。

              2.4聚氨酯的特點

              主要優點

              (1)優良的耐磨性,低溫柔軟性以及性能可調節范圍較廣

              (2)機械強度大、粘接性好、彈性好,并且具有優良的復原性,可適合于動態接縫

              (3)耐候性好,使用壽命可達15~20年,耐油性能優良,耐生物老化性好且價格適中。

              (4)工藝性好,固好后的膠層硬度大、透明性好、光亮度高、可室溫加壓快速固化、耐熱性較好,電性能優良。

              (5)耐油性和耐寒性好。

              主要缺點

              收縮率大、膠粘強度不高,耐化學介質性和耐水性較差,用于非結構膠粘劑。不能長期耐熱,淺色配方容易受紫外光老化,單組分膠貯存穩定性受包裝及外界影響較大,通常固化較慢,高溫熱環境下可能產生氣泡和裂紋。還有就是許多場合都需要使用底涂劑。

              2.5主要應用

              (1)復合材料與金屬框架之間的粘接;

              (2)汽車的粘接填縫;

              (3)玻璃纖維增強塑料與金屬粘接;

              (4)密封粘膠劑;

              (5)反應性熱熔膠;

              (6)次貸粘膠劑;

              (7)還可以在宇航,電子電氣,金屬材料,包裝材料,造船,紡織,橡膠,塑料,陶瓷,建筑,汽車等行業中的應用;

              (8)可用于擠塑聚苯乙烯泡沫與鋼板,鋁板,硅酸鈣及水泥墻壁粘接。

              03

              3.1丙烯酸酯簡介

              丙烯酸酯:acrylic ester 或 acrylate丙烯酸及其同系物的酯類的總稱,化學式為C4H5OOR。

              丙烯酸酯膠黏劑:是以各種丙烯酸酯為基料,經化學反應制作而成,擁有色澤清淺,耐水、耐環境侵蝕、抗變色性好性能便于調節的特點。

              3.2丙烯酸酯膠黏劑發展史

              20世紀50年代EASTMAN公司發明了第一代丙烯酸酯膠粘劑,以過氧化苯甲酰/芳香胺為氧化還原體系,在單體與彈性體之間不發生接枝反應,其主要缺點是性脆。

              1975年由美國杜邦公司發明第2代丙烯酸酯膠粘劑,也稱為改性丙烯酸酯膠粘劑,新的氧化還原體系以過氧化氫型的過氧化物為引發劑, DuPont 808醛胺縮合物為促進劑。單體與彈性體之間發生接枝反應,形成韌性固化物,剝離強度和沖擊強度都有明顯提高。

              1968年德國拜爾公司首先開發成功光固化涂料,在此基礎上歐洲開發了UV固化膠粘劑,即第三代丙烯酸酯膠黏劑,具有固化速度快、環保等優點。此后,丙烯酸膠黏劑在20世紀70~80年代逐步實現工業化。

              目前,第1代丙烯酸酯膠已經很少應用,基本被第2代丙烯酸酯膠所代替,而第3代丙烯酸酯膠(UV膠)應用領域與第2代丙烯酸酯膠的差別較大,而且形成了相對獨立的體系。

              3.3丙烯酸酯膠黏劑分類

              (1)按代分類;

              (2)按涂布方式分類:底涂型丙烯酸酯膠粘劑,由主劑和底涂劑組成,主劑含有單體、彈性體、引發劑等成分,底涂劑為促進劑。使用時將主劑和底涂劑分別涂在2個被粘物表面,疊合后固化;雙主劑型丙烯酸酯膠粘劑,一個主劑由單體、彈性體、引發劑等成分組成,另一個主劑由單體、彈性體、促進劑等成分組成。使用時2個主劑按比例混合均勻后涂膠,也可將2個主劑分別涂在2個被粘物表面,通常雙主劑的質量比為1∶1;微膠囊型丙烯酸酯膠粘劑:將引發劑或促進劑包覆在微膠囊中,分散在由單體、彈性體、促進劑或引發劑組成的主劑中,使用時在外力作用下使微膠囊破裂而引發聚合反應。

              (3)丙烯酸酯膠粘劑還可以根據其性能、應用領域的不同進行分類。例如按性能可分為通用型、結構型、耐水型、耐溫型等;按用途可分為建筑用膠、機電用膠、電子用膠、汽車用膠等。

              3.4丙烯酸酯膠黏劑特點

               主要優點:

              (1)室溫快速固化,一般為幾分鐘至幾十分鐘。

              (2)可以低溫固化,甚至可以在0 ℃以下固化。

              (3)適用于大多數金屬和非金屬材料的粘接。

              (4)對于被粘接材料的表面處理要求不嚴格,甚至可以油面粘接。

              (5)對雙組分的混合比例要求不嚴格。

              (6)粘接強度高。

              主要缺點:

              (1)單體的氣味和毒性問題。

              (2)丙烯酸或甲基丙烯酸對產品的腐蝕性問題。

              (3)固化速度快,不適合大面積粘接。

              (4)固化反應放熱激烈,不適合大間隙的粘接和灌封。

              (5)耐熱、耐候性還不夠理想。

              3.5丙烯酸酯膠黏劑應用

              (1)交通行業:汽車、大型卡車、游艇、機車制造中的結構粘接以及飛機的結構修補,被粘材料以金屬、塑料為主,近年來玻璃鋼的粘接明顯增多。

              (2)機電行業:直流電機磁鋼與金屬的粘接,電梯轎廂不銹鋼與加強筋的粘接等。

              (3)電聲行業:揚聲器的裝配是改性丙烯酸酯膠最主要的應用領域。

              (4)建筑行業:建筑物加固和結構改造的鋼筋錨固,玻璃及金屬幕墻后加埋件的安裝,地鐵、輕軌道釘的錨固。

              3.6UV膠簡介、特點及應用

              3.61UV膠簡介

              UV膠為第三代丙烯酸酯膠黏劑逐漸發展而成的一種單獨膠黏劑體系,按化學成分可將其歸為丙烯酸酯膠黏劑類,按固化方式可將其歸類為輻射固化膠黏劑。

              3.62UV膠特點

              優點:(1)單組分,使用方便;(2)固化速度快,一般只需幾至幾十秒鐘,生產效率高;(3)強度高,透明度好;(4)無溶劑,低氣味,環境友好。

              缺點:(1)被粘基材必須有一個面是可透光的;(2)需要對紫外線進行防護;(3)受到設備尺寸和被粘物形狀的限制;(4)需要投入固化設備的費用。

              3.63UV膠應用

              (1)光電領域: LCD制造業、照相機等光學產品制造業、光盤制造業(CD、VCD、DVD、DVD2R) 。

              (2)電子領域:印刷電路板( PCB)粘貼表面元件、手表制造業、手機按鍵的裝配。

              (3)醫療領域:皮******射針頭與注射器和靜脈注射管的粘接,導尿管和醫用過濾器的粘接。

              (4)日用品領域:玻璃家具的制造、玻璃工藝品的組裝;玩具、珠寶裝飾品的組裝。

              聚氨酯、環氧樹脂及丙烯酸酯膠黏劑性質對比


              性質 聚氨酯 環氧 丙烯酸酯
              耐磨 柔軟性 優良的耐磨性及低溫柔軟性 性脆 耐磨性柔軟性比聚氨酯稍差,比環氧強
              彈性 優良的彈性及復原性 彈性差,伸長率小 彈性較好
              粘接性 機械強度大,粘接性好,適合動態接縫 高粘接強度 固化反應放熱激烈,不適合大間隙的粘接和灌封
              耐候性 耐候性好,使用壽命15-30年 耐候性差 耐候性不理想
              操作性 固化時間可控,低溫操作性好,幾乎無刺激性氣味 固化時間可控性稍差,低溫操作困難,有刺激性氣味 固化速度快,不適合大面積粘接低溫操作性好,可在0度以下固化,有強烈的刺激性氣味
              毒腐蝕性 毒性低,無腐蝕性 毒性低,無腐蝕性 毒性高,對產品有腐蝕性
              耐油寒熱性 耐油性耐寒熱性能良好 耐油寒性差,耐熱性良好 耐油寒性好,耐熱性不理想
              耐水化學性 耐水性良好,耐化學性能稍差 耐水化學性能良好 耐水性差,耐化學性能良好
              收縮性 收縮率大 收縮率小 收縮率小
              電性能 電絕緣性優良 電絕緣性優良 電絕緣性優良
              表面處理 擦凈油污水漬灰塵,粘木板時需進行脫水處理 擦凈油污水漬灰塵 表面處理要求不嚴格,甚至可以油面粘接

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