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● 粘结剂的介绍及发展概述 ● 粘接剂的分类   粘结剂可以按照应用、形态分类也可以按物理和机械性能分类；还可以按化学成分以及固化原理进行分类。按照化学组成的不同，粘结剂可分为有机粘结剂、无机粘结剂以及有机无机混合粘结剂，粘结剂的详细分类如左图所示。 粘结剂界面的作用力 粘结剂与被粘结材料间的相互作用力包括分子间作用力、界面静电引力、化学键和内聚能。 分子间作用力：大多数的粘结剂和被粘结材料间的作用力为分子间作用力。在粘结过程中，粘结剂熔融状态下浸入到被粘结物表面或孔隙中。当粘结剂分子和被粘结材料分子间距离小到一定程度时，这两种物质间的分子产生相互的分子问作用力(范德华力或者氢键作用力)。 界面静电引力：当供电子材料和吸电子材料接触时，在界面电化学势的平衡过程，便会形成双电层，产生界面静电引力。 化学键是粘结剂分子与被粘结基体发生化学反应而形成的，包括共价键、离子键和金属键等，其作用力远大于分子间作用力。使用粘结剂最理想的效果当然是希望被粘结材料与粘结剂基体形成某种化学键，但是实际使用过程中并不一定会形成化学键。 内聚能是聚集在一起的分子形成的聚集态能量，即从高能状态转变为低能状态分子所释放出的能量。内聚能的计算公式是:Δ E=4Hvap-RT，其中△Hvap 表示摩尔蒸发烩，R 表示阿伏伽德罗常数，T 表示温度。高聚物无法气化，故不能采用上述的公式直接计算内聚能。而采用溶解法近似计算内聚能密度，再根据公式△ E=CED·Vm，其中 CED 表示内聚能密度，V 表示摩尔体积。一般认为，内聚能密度(CED)越大，分子间作用力也越大，材料的强度和模量越高。 粘结剂的研究与发展 粘结剂以其优良的物理性能和突出的化学性能、与被粘结碳材料相容性好、在特定温度下仍有较高的强度及其生产加工制造方便、成本低廉等优点，在大型冶金设备、机械车辆刹车、航空航天等领域都取得了非常成功的应用。 目前，国、内外所报道的耐高温型粘接剂主要有：酚醛树脂、有机硅树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、COPNA 树脂等有机性粘结剂和磷酸盐、硅酸盐的等无机胶粘剂。 ●有机粘结剂研究与发展 单纯的有机粘结剂在常温下通常有着无机粘结剂无可比拟的固化速率，粘结强度和耐化学性能。同时，有机粘结剂经过碳化处理后产生的无定型碳的耐温性却十分是突出，并且，与碳材料有着相似的特性，所以它们有着良好的相容性。但是随着温度的升高粘结性能越来越差，当温度高于200℃后绝大多数的有机粘结剂会不断分解产生小分子，致使其粘结剂性能不断的下降，直至失去粘结效果。 大量科研工作者为充分利用有机粘结剂的优势特性，通过添加改性材料来增加有机粘结剂的耐热性能和粘结强度。目前，己在环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂、杂环树脂类等取得了良好的效果。 ●环氧树脂树脂粘结剂 环氧树脂粘结剂主要是以环氧树脂为主要基体材料而制得的一类重要工程粘结剂。环氧树脂粘结剂由环氧树脂、固化剂两部分共同组成的。因为环氧树脂分子包含环氧基、羟基、醚键等极性基团，故其粘结强度较一般的树脂粘结剂要高。该类粘结剂拥有的价格、简单的工艺、低的固化收缩率、稳定的耐化学、好的电绝缘性等一系列的特点。但其存在着韧性差、抗冲击性差及易开裂等缺点， 所以常需要通过增韧材料来提高其韧性和伉冲击性。目前改善环氧树脂的韧性主要是通过将增韧材料添加到环氧树脂的连续相中来实现的。提高环氧类粘结剂耐温性的途径主要有：择适当的固化剂；物理共混或化学改性；引入新的基团。其目前常被用在土木建筑、航天航空、汽车机械和体育用品等行业。 环氧树脂粘结剂最早由 Ciba-Geigy 公司 1946 年推出系列产品，并于 1950 年开始用于航空工业的结构粘结。上世纪 60 年代，室温固化的环氧树脂粘结剂被成功研制出来；80 年代，合成了第三代的室温固化型耐高温粘结剂，其耐冲击性能、耐久性能优异。90 年代初，研究者通过改性实现了环氧树脂分子网络增韧，赋予了环氧树脂优良的耐久性、耐热性和高的强度。A.Ashok Kumart 等使用马来酰亚胺和硅改性环氧树脂，当马来酰亚胺(BMI)添加量达百分之十五时， 改性环氧树脂粘结剂的玻璃转变温度为 182 oC。Bajpai M, Shukla V 等使用 1.5% 的硅烷改性后的环氧树脂，使其耐热温度达 420 oC。王丁，程斌等使用甲基苯基硅树脂改性酚醛环氧树脂，以绢云母粉、纳米蒙脱土作为填料，制得的粘结剂可长时间在 300℃下使用。张多太、张曦等用 F 系列固化剂固化的 E-51 环氧树脂， 能长时间耐 300 oC -500 oC 高温，在 1000℃也可短暂使用。 |
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