间苯二胺/低分子聚酰胺协同固化EP胶粘剂研究

梁凤飞，陈立新，李凡　　　　（西北工业大学理学院应用化学系，陕西西安710129）　　　　摘要：在EP（环氧树脂）/低分子PA（聚酰胺）胶粘剂体系中，通过添加适量的改性液体m-PDA（间苯二胺）固化剂，能明显提高胶粘剂体系的力学性能。研究结果表明：当m（EP）∶m（PA）=10∶5时，胶粘剂的综合力学性能最佳；当固化剂中m（m-PDA）∶m（PA）=31.03∶100时，相应胶粘剂的剪切强度（17.68MPa）和压缩强度（94.34MPa）俱佳，其EP/低分子PA/m-PDA固化体系的表观活化能（49.39kJ/mol）介于EP/PA固化体系（59.11kJ/mol）和EP/m-PDA固化体系（42.15kJ/mol）之间。　　　　关键词：环氧树脂；聚酰胺；间苯二胺；力学性能　　　　中图分类号：TQ433.437文献标志码：A文章编号：1004－2849（2011）12－0005-04　　　　0前言　　　　EP（环氧树脂）是指含有两个或两个以上环氧基，并以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架的，通过环氧基团反应形成热固性产物的一类高分子低聚物或化合物。EP在固化反应过程中收缩率较低，其固化物具有良好的粘接性、化学稳定性、电绝缘性和加工性，故自EP问世以来，其作为胶粘剂、涂料和复合材料等基体树脂，已广泛应用于建筑、机械、电子电器和航空航天等领域中。然而，未改性EP脆性大、柔韧性差等缺点极大限制了其应用范围[1-2]。EP本身为热塑性树脂，只有与固化剂反应后形成三维网状交联结构时才具有使用价值，即EP的应用价值是通过固化剂得以实现的。　　　　低分子PA（聚酰胺）是EP的主要固化剂之一（占EP固化剂总量的30%以上）[3]，是由亚油酸（或桐油酸）二聚体与脂肪族多胺（如乙二胺等）缩合而成的一种琥珀色黏稠状树脂；低分子PA固化剂几乎无毒、无挥发性，在固化EP时又是一种增韧剂，可有效改善EP的脆性；EP/低分子PA固化物的力学性能、电性能均衡，其耐冲击性和粘接性能优异，因而已广泛用作工业胶粘剂[4]。　　　　芳香胺类固化剂也是EP最重要的固化剂之一。EP/芳香胺类固化产物具有热变形温度高、力学性能优、介电性能佳和耐腐蚀性强等特点，但芳香胺熔点较高，室温多呈固态或晶态，故必须加热熔融后才能与EP配合使用，即其室温使用性欠佳、操作工艺性较差。因此，芳香胺类固化剂的低熔点化是该研究领域的重点之一。陈红宇等[5]采用物理共混法，制得了m-PDA（间苯二胺）/DDM（4，4′-二氨基二苯基甲烷）/MOCA（3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷）三元共混低共熔点固化剂。将m-PDA/DDM共混物用3，4-环氧环己基羧酸酯改性，制成的固化剂外观呈深棕色透明状、黏度（25℃）为10～15Pa·s且密度为1136kg/m3（25℃）[6]。　　　　随着胶粘剂应用领域的不断拓展，人们既要求胶粘剂具有较高的剪切强度，又要求其固化体系具有较高的压缩强度[7]。因此，本研究采用破坏结晶条件法制得液体m-PDA，从而显著改善了m-PDA的室温操作性能；然后将其与PA共混制得一种新型液体固化剂（一方面，利用PA的韧性和极性来实现胶粘剂体系对铝合金良好的粘接性能；另一方面，m-PDA的引入可显著提高固化体系的粘接性能和压缩性能），并将其用于EP体系的固化。通过考察不同配比的混合胺对EP固化物性能的影响（兼顾剪切强度和压缩强度），从中优选出综合性能良好的固化剂配方和胶粘剂配方。　　　　1试验部分　　　　1.1试验原料　　　　聚酰胺（PA），工业级（胺值330～360），宜春远大化工公司；环氧树脂（EP），工业级（牌号E-54，环氧值0.51~0.57），大连齐化化工公司；间苯二胺（m-PDA），分析纯（熔点62℃），天津市福晨化学试剂厂。2.0mm厚LY-12铝合金，优羿特金属材料公司。　　　　1.2试验仪器　　　　WQF-310型红外光谱仪，北京第二光学仪器厂；SANSCMT5105型万能试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司深圳分公司。　　　　1.3试验制备　　　　1.3.1液体m-PDA的制备[8]　　　　将固体m-PDA置于玻璃（或搪瓷）仪器中，然后将其置于普通鼓风恒温干燥箱中，115~120℃使m-PDA熔化；待熔体温度达到115℃时保温5min，取出并自然冷却至室温即可（由此法制得的液体m-PDA稳定性良好，其在15～30℃储存180d后仍呈液体且流动性良好）。　　　　1.3.2EP/固化剂浇铸体的制备[9]　　　　按配方将一定量的EP和固化剂组分室温搅拌均匀，然后浇入模具中，抽真空排除体系中全部气泡；随后按照“80℃/2h→100℃/2h”充分固化，脱模后即得浇铸体试样。

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