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摘要：以环氧E-51、聚酰胺651、促进剂DMP-30、溶剂苯甲醇、偶联剂KH-560为原料，制备了一种室温固化的高粘接性胶粘剂。研究了DMP-30和苯甲醇用量对胶粘剂粘接性能的影响，并用氧化石墨烯对环氧胶粘剂进行增韧改性。结果表明，DMP-30和苯甲醇的用量分别为15%和20%时，胶粘剂的剪切强度最高。另外，氧化石墨烯对环氧胶粘剂有明显的增韧效果，用量为0.6%时，胶粘剂的剪切强度最高，达到25.81 MPa，比未添加时提高了34.3%。
关键词：环氧胶粘剂；室温固化；氧化石墨烯
中图分类号：TQ433.4 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2016）07-0031-03
环氧树脂胶粘剂具有粘接性能好、力学性能高、收缩性小、稳定性好等优点，被广泛应用到航天、航空、汽车、电子等领域。室温固化环氧胶粘剂由于省时、省力、省工、适用性强等优点，长期以来被广泛关注。
本文以环氧E-51、聚酰胺651、促进剂DMP-30、溶剂苯甲醇、偶联剂KH-560为原料，制备出一种室温固化的高粘接性胶粘剂。探讨了DMP-30和苯甲醇用量对胶粘剂剪切强度的影响，并研究了氧化石墨烯对环氧胶粘剂的增韧改性作用。
1.实验部分
1.1实验原料
环氧E-51、聚酰胺651，工业级，无锡树脂厂；2，4，6-三（二甲氨基甲基）苯酚（DMP-30），常州亿佳新材料科技有限公司；苯甲醇，分析纯，天津市河东区红岩试剂厂；KH-560，分析纯，荆州市江汉精细化工有限公司；氧化石墨烯，实验室自制。
1.2实验仪器
CMT7204型电子万能试验机，深圳新三思计量技术有限公司；VEGA3型扫描电子显微镜，捷克泰思肯；一般实验室仪器。
1.3制备方法
1.3.1胶粘剂的制备
称取一定量的环氧E-51、聚酰胺651，混合后加入苯甲醇、KH-560和DMP-30，充分搅拌混合均匀，然后在真空干燥箱中抽气泡。
1.3.2粘接试样制备
先用800目砂纸打磨45#钢片的表面，再用二甲苯擦去金属表面的污物，然后用丙酮清洗2次。在2块钢片表面分别均匀涂一层环氧胶，搭接，用铁夹固定，放在25℃烘箱中固化24 h。
1.3.3性能测试
拉伸剪切强度根据GB/T 7124-2008，采用电子万能试验机进行测试，速度5mm/min。
浇筑体的冲击试样断面喷金处理后采用扫描电子显微镜进行断口形貌分析。
2.结果与讨论
2.1DMP-30用量对胶粘剂剪切强度的影响
DMP-30是一种最具代表性的环氧树脂促进剂，能使固化温度降低，固化速度明显加快。图1为DMP-30用量对胶粘剂剪切强度的影响。
由图1可以看出，随着促进剂用量的增加，剪切强度呈先增后减的趋势。在不添加促进剂时，反应比较慢，难以生成较高交联密度的树脂。而加入促进剂后，固化速度大大加快，交联密度增加，剪切强度提高。DMP-30用量为1 5%时，剪切强度最大，达到19.39 MPa。当促进剂用量过多时，反应速度过快导致局部反应剧烈，易形成应力缺陷，因此粘接强度会有所降低。
2.2苯甲醇用量对胶粘剂剪切强度的影响
由于环氧胶粘剂通常黏度较大，施工性能差，因此常需要加入稀释剂来改善其施工性能。非活性稀释剂与树脂仅是机械混合，相容性差，主要起降低胶粘剂黏度的作用。它在胶液固化过程中大部分是挥发掉的。而常用的活性稀释剂挥发性大，毒性大且成本较高。苯甲醇价格低廉，本身无毒，不易挥发，同时能够与环氧树脂很好地相容，不会产生迁移，可以用于改善环氧胶粘剂的黏度。图2为苯甲醇用量对胶粘剂剪切强度的影响。
由图2可以看出，随着苯甲醇用量的增加，胶粘剂的剪切强度先增后减。添加一定量的苯甲醇，剪切强度会有所提升。当添加量达到20%时，剪切强度最大，达到19.81MPa，与未添加时相比，剪切强度提高了84.8%。如此大幅提升主要归因于2个方面：一是苯甲醇的引入降低了胶粘剂的黏度，使得气泡容易去除，固化物中气泡形成的应力集中点明显减少，因此环氧树脂的力学性能有所提高；二是苯甲醇在交联的树脂中以小分子形式存在，能起到类似增塑剂的作用，从而提高固化物的韧性。但随着苯甲醇用量的进一步增加，会影响环氧树脂的交联反应，导致交联密度降低，因而胶粘剂的粘接性能下降。
2.3氧化石墨烯对胶粘剂的增韧改性
未改性的环氧一胺体系固化产物较脆，容易开裂，通常需要对其进行增韧，以达到实际应用的要求。纳米粒子增韧环氧树脂是一种常用的方法，如纳米Sio2、纳米TiO、纳米Al2O3、碳纳米管等都被广泛用于环氧树脂的增韧改性。氧化石墨烯作为一种力学性能优异且含有大量活性官能团的碳材料，可有效改善聚合物的力学性能。氧化石墨烯用量对胶粘剂性能的影响见图3、图4。
由图3可知，随氧化石墨烯添加量的增加，剪切强度呈先增后减的趋势。当添加量小于0.6%时，由于氧化石墨烯具有极大的比表面积，能使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化，吸收能量，起到增韧的作用。同时，氧化石墨烯表面存在大量含氧官能团，可以与树脂产生较强的界面结合作用，因此胶粘剂的剪切强度会明显提升。而当添加量大于0.6%时，氧化石墨烯容易团聚，易形成应力集中区，因此剪切强度下降。从图4可以看到，未添加氧化石墨烯的环氧固化物其冲击断面整体上较为平整，裂纹方向单一且未出现明显凹坑，表现为典型的脆性断裂特征。而仅仅添加0.2%的氧化石墨烯后，冲击断面就会发生明显的变化，裂纹呈褶皱状，裂纹方向趋于无序，表明断裂机制由脆性断裂转为韧性断裂，说明氧化石墨烯起到了增韧效果。
3.结论
（1）以环氧E-51、聚酰胺651、促进剂DMP-30、溶剂苯甲醇、偶联剂KH-560为原料，制备出一种室温固化的高粘接性胶粘剂，DMP-30和苯甲醇用量分别为15%和20%时，胶粘剂的剪切强度最高。
（2）在环氧胶粘剂中添加氧化石墨烯可以起到增韧改性的效果，氧化石墨烯用量为0.6%时，胶粘剂的剪切强度最高。
关键词：环氧胶粘剂；室温固化；氧化石墨烯
中图分类号：TQ433.4 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2016）07-0031-03
环氧树脂胶粘剂具有粘接性能好、力学性能高、收缩性小、稳定性好等优点，被广泛应用到航天、航空、汽车、电子等领域。室温固化环氧胶粘剂由于省时、省力、省工、适用性强等优点，长期以来被广泛关注。
本文以环氧E-51、聚酰胺651、促进剂DMP-30、溶剂苯甲醇、偶联剂KH-560为原料，制备出一种室温固化的高粘接性胶粘剂。探讨了DMP-30和苯甲醇用量对胶粘剂剪切强度的影响，并研究了氧化石墨烯对环氧胶粘剂的增韧改性作用。
1.实验部分
1.1实验原料
环氧E-51、聚酰胺651，工业级，无锡树脂厂；2，4，6-三（二甲氨基甲基）苯酚（DMP-30），常州亿佳新材料科技有限公司；苯甲醇，分析纯，天津市河东区红岩试剂厂；KH-560，分析纯，荆州市江汉精细化工有限公司；氧化石墨烯，实验室自制。
1.2实验仪器
CMT7204型电子万能试验机，深圳新三思计量技术有限公司；VEGA3型扫描电子显微镜，捷克泰思肯；一般实验室仪器。
1.3制备方法
1.3.1胶粘剂的制备
称取一定量的环氧E-51、聚酰胺651，混合后加入苯甲醇、KH-560和DMP-30，充分搅拌混合均匀，然后在真空干燥箱中抽气泡。
1.3.2粘接试样制备
先用800目砂纸打磨45#钢片的表面，再用二甲苯擦去金属表面的污物，然后用丙酮清洗2次。在2块钢片表面分别均匀涂一层环氧胶，搭接，用铁夹固定，放在25℃烘箱中固化24 h。
1.3.3性能测试
拉伸剪切强度根据GB/T 7124-2008，采用电子万能试验机进行测试，速度5mm/min。
浇筑体的冲击试样断面喷金处理后采用扫描电子显微镜进行断口形貌分析。
2.结果与讨论
2.1DMP-30用量对胶粘剂剪切强度的影响
DMP-30是一种最具代表性的环氧树脂促进剂，能使固化温度降低，固化速度明显加快。图1为DMP-30用量对胶粘剂剪切强度的影响。
由图1可以看出，随着促进剂用量的增加，剪切强度呈先增后减的趋势。在不添加促进剂时，反应比较慢，难以生成较高交联密度的树脂。而加入促进剂后，固化速度大大加快，交联密度增加，剪切强度提高。DMP-30用量为1 5%时，剪切强度最大，达到19.39 MPa。当促进剂用量过多时，反应速度过快导致局部反应剧烈，易形成应力缺陷，因此粘接强度会有所降低。
2.2苯甲醇用量对胶粘剂剪切强度的影响
由于环氧胶粘剂通常黏度较大，施工性能差，因此常需要加入稀释剂来改善其施工性能。非活性稀释剂与树脂仅是机械混合，相容性差，主要起降低胶粘剂黏度的作用。它在胶液固化过程中大部分是挥发掉的。而常用的活性稀释剂挥发性大，毒性大且成本较高。苯甲醇价格低廉，本身无毒，不易挥发，同时能够与环氧树脂很好地相容，不会产生迁移，可以用于改善环氧胶粘剂的黏度。图2为苯甲醇用量对胶粘剂剪切强度的影响。
由图2可以看出，随着苯甲醇用量的增加，胶粘剂的剪切强度先增后减。添加一定量的苯甲醇，剪切强度会有所提升。当添加量达到20%时，剪切强度最大，达到19.81MPa，与未添加时相比，剪切强度提高了84.8%。如此大幅提升主要归因于2个方面：一是苯甲醇的引入降低了胶粘剂的黏度，使得气泡容易去除，固化物中气泡形成的应力集中点明显减少，因此环氧树脂的力学性能有所提高；二是苯甲醇在交联的树脂中以小分子形式存在，能起到类似增塑剂的作用，从而提高固化物的韧性。但随着苯甲醇用量的进一步增加，会影响环氧树脂的交联反应，导致交联密度降低，因而胶粘剂的粘接性能下降。
2.3氧化石墨烯对胶粘剂的增韧改性
未改性的环氧一胺体系固化产物较脆，容易开裂，通常需要对其进行增韧，以达到实际应用的要求。纳米粒子增韧环氧树脂是一种常用的方法，如纳米Sio2、纳米TiO、纳米Al2O3、碳纳米管等都被广泛用于环氧树脂的增韧改性。氧化石墨烯作为一种力学性能优异且含有大量活性官能团的碳材料，可有效改善聚合物的力学性能。氧化石墨烯用量对胶粘剂性能的影响见图3、图4。
由图3可知，随氧化石墨烯添加量的增加，剪切强度呈先增后减的趋势。当添加量小于0.6%时，由于氧化石墨烯具有极大的比表面积，能使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化，吸收能量，起到增韧的作用。同时，氧化石墨烯表面存在大量含氧官能团，可以与树脂产生较强的界面结合作用，因此胶粘剂的剪切强度会明显提升。而当添加量大于0.6%时，氧化石墨烯容易团聚，易形成应力集中区，因此剪切强度下降。从图4可以看到，未添加氧化石墨烯的环氧固化物其冲击断面整体上较为平整，裂纹方向单一且未出现明显凹坑，表现为典型的脆性断裂特征。而仅仅添加0.2%的氧化石墨烯后，冲击断面就会发生明显的变化，裂纹呈褶皱状，裂纹方向趋于无序，表明断裂机制由脆性断裂转为韧性断裂，说明氧化石墨烯起到了增韧效果。
3.结论
（1）以环氧E-51、聚酰胺651、促进剂DMP-30、溶剂苯甲醇、偶联剂KH-560为原料，制备出一种室温固化的高粘接性胶粘剂，DMP-30和苯甲醇用量分别为15%和20%时，胶粘剂的剪切强度最高。
（2）在环氧胶粘剂中添加氧化石墨烯可以起到增韧改性的效果，氧化石墨烯用量为0.6%时，胶粘剂的剪切强度最高。