环氧胶粘剂（深入探讨环氧粘合剂）

第一章：环氧树脂胶粘剂原理

本章将讨论什么是环氧树脂粘合剂、它们的制造方法以及它们的作用。

什么是环氧树脂胶粘剂？

环氧树脂：环氧树脂胶是一种热固性粘合剂，由树脂或环氧聚合物和硬化剂组成，用于粘合或连接一系列表面，具有牢固、永久和坚固的粘合力，可以承受极端压力和天气条件。粘合剂：指粘附在表面或物体上。环氧树脂胶粘剂是应用最广泛的工业胶粘剂，也是适应性最强的结构胶粘剂。固化产品的坚韧度，以及它们对各种材料的不可思议的粘附能力，都有助于环氧粘合剂的普及。环氧树脂胶水解决方案定制起来非常简单，可以满足每个项目的特定性能要求。环氧粘合剂由多种环氧粘合剂树脂制成，这些树脂定义了胶水的基本特性。当需要耐高温时，耐热环氧树脂是理想的选择，而当可以移动时，柔性环氧树脂是最佳选择。

环氧树脂胶粘剂是如何制成的

在评估环氧树脂粘合剂的功效时，查看构成它的化合物的一般组成会很有帮助。两种初始组分（树脂和硬化剂）的混合物聚合会产生环氧树脂。环氧粘合剂主要由环氧树脂和固化剂组成。可根据需要添加填料、增韧剂、增塑剂和其他添加剂，包括硅烷偶联剂、消泡剂和着色剂等。

表 1：环氧粘合剂组合物环氧树脂主要通过酚类、醇类、胺类和酸中的活性氢与环氧氯丙烷（通常缩写为 ECH）在严格控制的条件下发生反应而制成。环氧树脂也可以通过用过氧化物氧化烯烃来制备，类似于脂环族环氧树脂的制备方法。双酚 A 二缩水甘油醚，有时也称为双酚 A 型环氧树脂，是第一种商用环氧树脂，至今仍是最广泛使用的环氧树脂。按体积计算，这种形式的环氧树脂预计将占工业用环氧树脂的大约 75%。双酚 A 二缩水甘油醚是环氧粘合剂中最常用的环氧树脂，具有众多官能团的化学结构和重要性能。当树脂与特定催化剂结合时，固化开始。固化是分子链在化学活性位置发生反应时发生的放热反应。由于这种结合，树脂的环氧基团与硬化剂或催化剂的胺基团之间形成的共价连接使聚合物能够交联，从而决定了环氧树脂的刚度和强度。通过温度监测固化条件以及树脂和硬化剂化学品的选择，改变机械强度质量和热、电和化学耐受性的能力是可能的。因此，环氧粘合剂可满足广泛的应用和操作环境。环氧树脂粘合剂可粘附多种材料，其质量取决于系统的化学性质和可用的交联类型。卓越的耐化学性和耐热性、良好的附着力和耐水性以及令人满意的机械和电气绝缘质量只是最重要的性能要求中的一部分。环氧粘合剂是最常用的结构型胶水，通常以单组分或双组分系统提供。单组分环氧粘合剂通常在 250 至 300°F 的温度下固化，从而使产品具有强度、强金属附着力以及环境和恶劣的化学耐受性。实际上，这种产品经常被用来代替焊接和铆钉。单组分系统经过预催化，只需要温和的加热即可固化，从而提高效率并降低因空气滞留而导致错误的风险。一种组分系统的固化时间少于双组分系统的固化时间。催化作用发生在环境温度下，并且可以通过双组分环氧树脂体系中的热量来增加。热会促进进一步的交联，从而产生更好的性能。大多数表面都可以用双组分溶液粘合。由于它们能够长时间承受恒定的重量或力，以及它们对物理和化学作用的抵抗力，它们非常稳定。双组分环氧树脂具有很高的稳定性，因为它们能够长时间承受稳定的重量或应变，并且对物理和化学影响具有出色的抵抗力。它们具有令人难以置信的适应性，可用于各种行业的粘合、密封、涂层和封装，包括电子、医疗设备和航空航天等。阻燃、低温适用、快速固化、耐高温等都是特殊配方的特点。

选择环氧粘合剂时的注意事项

选择环氧粘合剂时的一些注意事项包括：

粘合剂基材

• 需要什么作为结合的基质？
• 金属？木头？塑料（什么样的塑料）？
• 大面积好还是小面积好？
• 表面是可比的还是不同的？

粘合剂必须彻底“润湿”要粘合的表面以获得最佳粘合力。当粘合剂“润湿”时，它会流动并覆盖表面，以增加粘合剂与粘合表面之间的接触面积和吸引力。

接头和负载配置

以下是创建粘合接头时要牢记的主要设计准则：

• 最大限度地提高剪切力，同时减少剥离和解理。
• 压缩应最大化，而拉伸应最小化。
• 接头的宽度比重叠的长度更重要。

服务条件

许多常见条件，如温度、湿度、化学液体和外部风化，都会对粘合强度产生影响。候选粘合剂应在可能存在降解因素的情况下，在模拟使用条件下进行测试。

附着力

• 坚韧、柔韧的粘合剂在剥离、冲击和热冲击以及具有不同热膨胀的表面上表现更好。
• 脆性刚性粘合剂的耐热性和耐化学性、拉伸强度和抗蠕变性都更好。

申请方法

在分析粘合剂时，确保它们不仅在性能方面而且在生产方面运行至关重要。将使用什么方法来应用材料？它是单组分系统还是双组分系统？从长远来看，及早考虑分配、混合和应用概念可以节省大量时间和金钱，并防止生产延误。

粘合剂的测试

最后，评估粘合剂归结为选择一种（或几种）并在做出决定之前在应用中对它们进行测试。有用于比较相对质量的既定测试。如前所述，个人抽样和测试产品无法替代。

固化速度

为了获得给定应用的最佳粘合性能，首先要确定正确的固化时间表。以下是要考虑的主要准则：

• 虽然一些环氧树脂、有机硅和聚氨酯可以在环境温度下固化，但许多其他树脂需要更高的温度才能开始化学固化反应。应用是否可以承受高温？
• 当暴露在正确波长和强度的光下时，紫外线会快速愈合。它们是单组分粘合剂，适用于玻璃或塑料可以将紫外线或可见光传输到粘合层的各种情况。

包装类型

环氧树脂通常分两部分交付，根据使用时所需的数量进行称重和组合。这意味着用户可以延长粘合剂的保质期并避免浪费。许多药物现在都可以在双筒筒中使用，带有静态混合头，可以分配两种成分——以正确的混合比例预先混合——以提高便利性。这允许用户应用均匀、可重复的混合粘合剂。环氧树脂有时以冷冻、预混合的形式提供，使用前必须立即解冻。在电子业务中，这种交付方式非常普遍。

阻燃和耐化学性

耐化学性和阻燃性都是重要的考虑因素。环氧树脂对各种物质的弹性是其最重要的特性之一。许多这些化合物，包括酸、碱、有机溶剂、燃料、液体以及淡水和盐水，现在都适合暴露在恶劣的化学品和条件下。一些环氧树脂的制造也符合阻燃规范，例如用于必须遵守严格准则的应用（例如美国保险商实验室、全球安全认证等）。特种环氧树脂还可以延长设备在恶劣环境中的使用寿命。

电导率和热导率

电子和机电组件通常使用粘合剂。在这些应用中，环氧树脂可用于粘合需要在它们之间保持导电或导热性的材料。例如，环氧树脂可以将散热器粘合到在操作过程中产生热量的电子组装部件上。为了促进散热，导热环氧树脂可以更有效地将热传递到散热器。导电环氧树脂可用于连接需要电气连接以传输电信号或释放静电的组件。由于这些粘合特性，设计和工艺工程师现在可以构建更可靠和高性能的设备。

第 2 章：环氧树脂胶粘剂的类别和类型

本章将讨论环氧粘合剂的类别和类型。

环氧树脂胶粘剂的类别

环氧树脂粘合剂分为单组分和双组分胶水系统，这两种胶水系统都能产生非常牢固的连接，但在固化过程、最终质量和应用方面有所不同。通常，双组分环氧树脂粘合剂比单组分系统更耐用。

2K 环氧树脂粘合剂或 2 组分环氧树脂粘合剂

在应用之前，必须将 2K 环氧树脂粘合剂的两种成分混合在一起。这些成分相互反应，导致环氧树脂粘合剂固化。双组分环氧树脂粘合剂的适应性更大，因为它们适用于所有细分市场。它们处理起来有点困难，因为树脂和催化剂这两种成分必须混合在一起，并且工作寿命从几分钟到几小时不等，具体取决于工业环氧粘合剂的成分。这些 2K 环氧树脂粘合剂可在室温下固化，但根据配方的不同，可以通过加热或外部能源（例如紫外线辐射）来加速该过程。当固化时间最长时，环氧粘合剂会固化成最强的粘合。2K 环氧胶解决方案的优势在于几乎可以粘附在任何表面上，包括木材、金属、塑料、陶瓷和许多类型的橡胶。它们还可以抵抗物理和化学影响，并且可以承受 95 至 200°C（200 至 390 华氏度）的温度范围。

单组分环氧粘合剂

与 2K 环氧胶相比，单组分环氧树脂粘合剂使用简单，因为它们不需要混合。它们通常具有糊状稠度，使其成为抹子应用或珠挤出的理想选择。这些粘合剂在 120°C 至 175°C 的高温下固化，具体取决于配方。单组分热固化粘合剂系统可有效填充和密封缝隙，尤其是金属表面之间的缝隙。一份环氧树脂粘合剂也可用作热固化薄膜粘合剂。薄膜粘合剂最适用于大面积粘合或层压用途。这些薄膜用于航空航天领域的组装化合物。单组份环氧树脂粘合剂也常用作建筑用环氧树脂粘合剂，可用于安装瓷砖。

环氧树脂胶粘剂的种类

各种类型的环氧粘合剂包括：

DGEBA环氧树脂

DGEBA 环氧树脂，或双酚 A (BPA) 的二缩水甘油醚，是最早的环氧树脂，也是迄今为止环氧粘合剂配方中最重要的环氧树脂，尤其是因为其原材料成本低。此外，这种树脂与多种催化剂相容，可以产生多种特性。DGEBA 环氧基工业环氧粘合剂解决方案可在环境温度或加热下固化。DGEBA 环氧树脂有多种形式，包括低分子量液体、高分子量半固体和固体，以及溴化树脂。后者通常用于需要耐点火性的应用中。因此，溴化树脂通常用于电路板和其他需要阻燃性的应用。

水性环氧胶粘剂

环氧树脂本质上是疏水性的，因此不能溶于水。无论如何，可以通过化学改性或乳化赋予环氧树脂水分散性。后者通常用于水性环氧粘合剂中的树脂，它是通过使用表面活性剂将水与树脂分离来实现的。粘合剂的机械和化学稳定性取决于所用的表面活性剂和所用的制造参数。

环氧丙烯酸酯树脂

两种类型的环氧丙烯酸酯树脂用于制造粘合剂：乙烯基酯和用于辐射固化的特定树脂。尽管是环氧树脂，但这些树脂的性能更像聚酯树脂。它们制作简单，在室温下快速固化，并且可以用过氧化物固化。与传统的 DEGBA 环氧树脂相比，这些环氧树脂在粘合剂中具有更低的粘度、更高的柔韧性和更好的润湿性。当它们固化时，它们确实比任何其他环氧粘合剂收缩得更多。来自外部能源的辐射，例如紫外线 (UV) 或电子束，也可以固化环氧丙烯酸酯树脂 (EB)。环氧树脂粘合剂的粘度和蒸气压通常较低。

柔性环氧树脂胶

环氧树脂胶和粘合剂的柔韧性并不高。另一方面，长链脂肪族环氧树脂可以使环氧粘合剂更加柔韧。尽管如此，使用这种柔性环氧树脂会降低胶水的硬度。因此，柔性环氧树脂通常作为改性剂与其他环氧树脂混合，以形成更坚韧、更坚固但仍具有柔性的解决方案。当 10-30% 的树脂是脂肪族环氧树脂时，可以达到所需的柔韧性水平，而不会显着影响其他品质。这些是可用的最有效的柔性环氧树脂粘合剂方法。柔性环氧树脂粘合剂用于层压安全玻璃，吸收振动和声音，以及封装电气元件和其他需要温度循环的精密元件，

环氧酚醛粘合剂

众所周知，环氧酚醛清漆粘合剂是最耐化学腐蚀和耐热的环氧树脂。它们还比 BPA 环氧树脂更好地附着在表面上。环氧酚醛清漆必须在高温下固化才能完全获得这些品质。在室温下固化时可达到的质量与 DGEBA 环氧粘合剂相似。固化周期的长短影响固化粘合的热稳定性。由于其高粘度，酚醛环氧树脂通常难以制造。为了使加工更容易，最近创造了低粘度替代品。另一方面，这些产品的环氧树脂含量较低。无论如何，酚醛环氧树脂实际上完全由 2K 环氧树脂胶组成。

在室温下固化的环氧树脂粘合剂

用于室温固化的环氧粘合剂通常以双组分包装制造和供应，环氧树脂组分位于一个树脂部分，固化剂位于另一个硬化剂部分。当这两种元素混合在一起时，环氧树脂在室温下与固化剂快速反应，形成交联的强热固性结构，可以紧密地附着在粘合基材上。适用期和固化时间可以通过使用多种类型的固化化学品来定制。

在环境温度下干燥的环氧树脂粘合剂

由于在适量的碱性化学物质如叔胺或咪唑作为促进剂存在的情况下，它与环氧树脂的反应非常快，因此硫醇化合物通常用作快速室温固化环氧粘合剂的固化剂。通过加聚反应机理，环氧树脂与硫醇基团进行等量反应。在室温下，夹具时间可短至 30 分钟或长至 15 分钟。补救措施需要 24 小时才能完成。由于其有限的工作寿命为 10 分钟或 5 分钟，因此必须采取预防措施。

在室温下固化的环氧树脂粘合剂

在环氧树脂技术中，脂肪族多胺是最常用的固化剂。固化剂供应商已经将许多改性多胺型固化剂商业化，这些固化剂对固化性、操作性或其他物理特性进行了调整，以便于使用。伯胺和仲胺的活性氢以相同的方式在加聚机理中与环氧化物结合。结合使用合适的固化剂可以改变固定时间和工作寿命。

可在阳光下固化的环氧树脂粘合剂

UV固化环氧胶固化速度快，已成功应用于各种新型电子组装和通用粘合应用，如图像传感器模块组装、显示面板和模块组装，以及其他需要高粘合性能和快速生产速度的应用. 近年来，又推出了多种UV阳离子环氧胶粘剂和UV丙烯酸酯杂化热固化环氧胶粘剂。与典型的 UV 丙烯酸酯粘合剂相比，UV 固化环氧粘合剂没有氧抑制问题，减少了固化收缩，并提高了粘附性。

UV阳离子环氧胶粘剂

环氧树脂和阳离子光引发剂是UV阳离子环氧胶粘剂的主要成分。由于脂环族型环氧树脂比传统的双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂具有更快的阳离子聚合速率，因此常用于UV阳离子环氧胶粘剂。UV环氧胶粘剂中的阳离子光引发剂吸收紫外光产生强酸，强酸与环氧反应生成阳离子，引发环氧树脂均聚。由于环氧树脂结构，UV 阳离子环氧粘合剂比传统的丙烯酸酯基 UV 粘合剂具有更低的固化收缩率，并且由于它们通过阳离子聚合固化，因此没有由于氧抑制自由基聚合而导致的表面固化问题。另一方面，UV 阳离子环氧粘合剂不适用于粘合终止阳离子聚合的碱性基材。UV 阳离子环氧粘合剂将需要更多时间来固化。在实践中，通常采用紫外光照射后，对阳离子环氧胶进行后热固化，以确保完全固化和良好的粘合性能。

UV 混合环氧粘合剂

丙烯酸酯组合物是最常用的紫外线固化粘合剂。丙烯酸酯基紫外光固化粘合剂的基本成分是丙烯酸酯单体、丙烯酸酯低聚物和自由基光引发剂。基于丙烯酸酯的紫外线固化粘合剂可在几秒钟内立即固化。表面固化问题、阴影固化问题、过度固化收缩和较差的湿度可靠性都是紫外线固化丙烯酸酯粘合剂的缺点。通过结合 UV 丙烯酸酯和热固化环氧树脂组合物，UV 和热固化混合环氧粘合剂已经生产和商业化超过 20 年。UV 和热固化混合粘合剂通常由丙烯酸单体、环氧树脂、光引发剂和环氧固化剂组成。UV 混合环氧粘合剂将 UV 丙烯酸酯百分比和热固化环氧树脂部分的优点结合在一个产品中。与标准 UV 丙烯酸酯粘合剂相比，环氧树脂成分的引入可以显着提高粘合可靠性。同时，通过将紫外线辐射的固定时间减少到几秒钟，生产效率可能会大大提高，而热固化环氧粘合剂需要几十分钟。由于可自由基固化丙烯酸酯组合物的浓度降低，丙烯酸酯UV粘合剂的表面固化问题、阴影固化问题和固化收缩问题可得到一定程度的改善。在某些情况下，在混合粘合剂配方中使用热引发剂如过氧化物，以确保未暴露于紫外光或处于紫外光无法到达的阴影区域的丙烯酸酯组合物的固化。