環(huán)氧樹脂結構膠的改性及粘接性能研究.pdf

1、作為異質材料最理想的連接技術之一，粘接技術已被廣泛應用到汽車制造中。然而，高強度結構膠通常需要高溫固化，這不僅會增加生產成本，還會使粘接接頭存在較大的熱應力，導致板材翹曲和接頭開裂等問題。為解決這一問題，鄭州大學與美國通用汽車公司合作開展了“同質和異質材料的粘接”研究。本文主要研究了環(huán)境暴露對兩種改性膠（4.0％C1+1.0%CA1+5089和2.5%C2+4.0%CA2+5089）粘接的AA6061-T4鋁合金接頭強度的影響，并借助差

2、示掃描量熱分析（DSC）、動態(tài)熱機械分析（DMA）對改性膠的固化行為和熱學性質進行了分析。
　　環(huán)境暴露試驗結果顯示，改性膠的空氣暴露、鋁合金板材的濕熱環(huán)境（40℃&R.H96%）暴露和粘接接頭的水浸試驗（54℃+1周）對接頭強度無明顯影響。但相對于Henkel5089結構膠的長適用期，4.0%C1+1.0%CA1+5089和2.5%C2+4.0%CA2+5089改性膠的適用期分別減少至3h和5h，表現為無法均勻涂抹到鋁板上。這表

3、明改性膠隨放置時間延長發(fā)生了部分固化反應，導致粘度明顯增大。
　　在100-120℃固化20min時，4.0%C1+1.0%CA1+5089改性膠粘接接頭強度隨固化溫度升高而增大，而2.5%C2+4.0%CA2+5089改性膠粘接接頭強度近似保持不變，且其強度水平（~21MPa）明顯高于前者（15-19MPa），僅比Henkel5089結構膠177℃+20min固化后的接頭強度（~26MPa）低約5MPa。這表明固化劑和固化促進劑

4、聯合添加的確能在犧牲少量接頭強度情況下，顯著降低 Henkel5089結構膠的固化溫度。而當固化時間減少至10min時，兩種改性膠的粘接接頭強度均隨固化溫度降低而明顯降低，且2.5%C2+4.0%CA2+5089改性膠粘接接頭強度下降程度更明顯。
　　高溫（82℃）拉伸結果表明，Henkel5089結構膠，4.0%C1+1.0%CA1+5089和2.5%C2+4.0%CA2+5089改性膠粘接接頭的剪切強度均明顯降低，分別比室溫強

5、度降低了49%，69%和8.7%。這表明2.5%C2+4.0%CA2+5089改性膠粘接接頭具有最好的高溫強度。而經82℃熱保持30min后的室溫剪切強度不僅不會降低，反而稍有提高，提高幅度在1.7-7.1%間，這可能與粘接接頭經82℃+30min熱保持后，接頭含水量有所降低有關。
　　差示掃描量熱分析（DSC）發(fā)現，2.5%C2+4.0%CA2+5089改性膠、1.0%C1+4.0%CA2+5089改性膠（綜合前兩種改性膠成分而

6、配制）和Henkel5089結構膠在升溫過程中均只出現一個顯著的放熱峰，這是由于結構膠的固化反應所引起的。相對于Henkel5089結構膠放熱峰峰溫（162℃）而言，改性膠放熱峰峰溫（~125℃）明顯更低。這也表明固化劑和固化促進劑的添加影響了Henkel5089結構膠的固化反應過程，從而明顯降低其固化反應溫度。而對4.0%C1+1.0%CA1+5089改性膠而言，DSC曲線上出現了兩個放熱峰，低溫峰峰溫在87℃，第二個放熱峰除了高度明

7、顯降低外，基本與Henkel5089結構膠放熱峰重合。這表明4.0%C1+1.0%CA1添加并不會影響Henkel5089結構自身的固化反應，只是簡單增加了一個添加劑所引起的固化過程。
　　通過動態(tài)熱機械分析（DMA），研究了三種改性膠不同溫度固化20min后的弛豫行為。結果表明：2.5%C2+4.0%CA2+5089改性膠的玻璃化轉變溫度Tg最高，這也表明該改性膠耐熱性最好。至于改性膠玻璃化轉變溫度與固化溫度關系，除4.0%C1

8、+1.0%CA1+5089改性膠Tg隨固化溫度升高而升高外，其它兩種改性膠 Tg基本與固化溫度無關。此外，三種改性膠不同溫度固化后的玻璃化轉變表觀活化能均明顯低于Henkel5089結構膠，這表明固化劑和固化促進劑聯合添加使得改性膠固化產物的耐熱性變差。
　　綜合結果表明：固化劑C1/C2和固化促進劑CA1/CA2的聯合添加的確能夠在犧牲少量接頭強度的情況下，明顯降低Henkel5089結構膠的固化溫度，且改性膠粘接接頭均具有良好