新型高性能厌氧胶的研制

编辑:wangyun 时间:2013年12月12日 访问次数:1567

新型高性能厌氧胶的研制

祝 军,张 尧,王 云,张爱萍

              浙江省机电设计研究院有限公司,浙江 杭州310009

摘要:以环氧甲基丙烯酸酯和聚氨酯甲基丙烯酸酯为主要原料,制备了综合性能优良的厌氧胶。该厌氧胶胶具有极好的通用性、高强度、低温快速固化和储存稳定等性能,拥有很好的应用前景。

关键词:厌氧胶;高强度;密封;快速固化

 

Study on a New and High Property Anaerobic Adhesives 

ZHU Jun, ZHANG Yao, WANG Yun, ZHANG Ai-ping 

Anaerobic Adhesives Co., LTD, Hang Zhou 310009, China

Abstract: In this paper, with EA(bisphenol A epoxy acrylate) and PU(polyurethane acrylate) as main raw materials, an outstanding anaerobic adhesive was preparedThe anaerobic adhesive in this paper were found to exhibit high versatility, excellent strength, fast-curable in winter and highly-stablewhich have a fine application prospect.

Keywordsanaerobic adhesives, high strength, airproof, fast-curable

 

前 言

厌氧胶以其性能优异、使用方便而广泛应用于汽车、摩托车、飞机、船舶、工程机械、工业设备、机电、家电、文体用品等领域,主要作用是螺纹锁固密封、平面密封、零件固持、管螺纹密封、微孔微缝密封等[1-3]。厌氧胶的扭矩强度与外部因素密切相关,基体材质、固化温度和时间、机械零件精密度和表面状态都对扭矩强度影响很大。随着厌氧胶的广泛应用,不仅要满足大型企业,还要满足各种小型企业的需要,大型企业为了达到严格的锁固密封性能,都会采用精度高的机械零件,纯度高的金属材质,而小企业为了降低各种成本,通常使用的是非标件螺丝,材质也是尽可能的使用廉价产品,材质选择上往往是良莠不齐。为满足各种客户的通用性需要,开发一种对各种金属材质和非标螺丝都适应的通用型高强度快速固化的厌氧胶已成为厌氧胶研究者的目标。本文结合笔者多年从事厌氧胶研究工作的经验,进行了大量的基础实验研究,自制合适的主要单体,精选出各单体配比、促进剂和引发剂,成功研制了一款高储存稳定性,对材质通用性强,高扭矩强度,冬季快速固化的高性能厌氧胶。

 

1实验部分

1.1配方设计

表1 配方设计

原材料名称

配方1#

(质量份数

环氧甲基丙烯酸酯

25

TDI改性甲基丙烯酸酯

40

聚氨酯甲基丙烯酸酯

10

甲基丙烯酸酯   

25

异丙苯过氧化氢

3

三乙胺

0.5

酸化糖精

1

对苯二酚

0.01

 

1.2厌氧胶的配制

按照配方要求,首先将各单体混合均匀,然后加入阻聚剂(对苯二酚),水浴升温至40~60 搅拌2 h,再加入丙烯酸、促进剂(三乙胺)和助促进剂(糖精),搅拌至溶解,使固体物料完全溶解。随后边搅拌边快速冷却至室温,加入氧化剂(异丙苯过氧化氢),搅拌均匀后出料,避光保存。

1.3 分析测试[4]

13.1 固化速度的测试

采用脱脂处理的10 mm碳钢螺栓和螺母为试件,将厌氧胶涂在螺栓和螺母上,把螺母拧上,使其预加扭矩为零,然后在室温下放置固化,测定螺母前后左右转不动的时间即为开始粘接时间,也就是我们说的初固时间。

1.3.2 贮存稳定性测试

82快速测定法:将l ml胶液装于2 ml的试管中,在82恒温烘箱中放置

1h以上,不凝胶的话其常温贮存时间为一年以上。

1.3.3 扭矩强度测试

根据GB/T14903-94,用碳钢螺栓作为测试件,5个一组,涂胶后放于室温下24 h,用扭矩扳手松开螺母,刚转动时的扭矩强度称为破坏扭矩。用扭矩扳手将螺母倒退一周(01/41/21)的4个扭矩的平均值称为平均拆卸扭矩强度。

 

结果与分析

2.1 各种粘结材质的强度

对厌氧胶固化有促进作用的活性材料有:钢、青铜、铸铁、紫铜、黄铜、铝合金等;而无促进作用的惰性材料有:纯铝、钛、不锈钢、橡胶、陶瓷、锌、锡、银、镀铬表面、塑料、镉、玻璃、阳极化表面等。本实验采用机械行业应用较多的普通碳素钢、黄铜、镀白锌、镀彩锌、不锈钢、氧化螺栓为粘接基材,做了一系列的试验,结果见表2

2  粘接基材对扭矩强度的影响

测试项目

碳钢标准件

碳钢非标

黄铜

白锌

彩锌

不锈钢

氧化螺栓

本样品

40/46

28/34

32/35

16/32

26/32

40/50

乐泰271

32/35

16/23

22/26

16/22

20/22

35/34

注:表中强度表示的是Tb/Tp,即破坏扭矩/平均拆卸扭矩,单位为Nm.

 

从表2可见,不管是本文研究的产品还是乐泰的产品,对于不同的粘接基材,胶的强度也不同。一般来讲,氧化螺栓强度最高,其次是碳钢螺栓,镀层产品如镀白锌、镀彩锌螺栓和不锈钢螺栓对不同体系的胶来说强度变化比较大。从表中可以看出,乐泰胶对于镀层结构和非标准件的螺丝来说强度较低,该胶比较适合大型企业的精度较高的零件。而本样品用在镀件产品上相对于活性金属材料扭矩强度略有降低,但依然达到了高强度的标准。这是因为本文选择环氧甲基丙烯酸酯和聚氨酯甲基丙烯酸酯两种预聚体作为主要成分,预聚体具有结构可调控性,本样品采用含有刚性链段结构的环氧和TDI异氰酸根为主要单体,配合含有醚类柔性链段的单体进行预聚合,刚性分子结构和柔性结构可以达到一个平衡,从而制备出通用性较强高强度的厌氧胶。

2.2 低温固化时间

3  粘接基材对固化时间(min)的影响(5℃)

胶种

碳钢非标

白锌

不锈钢

氧化螺栓

本样品

10

25

30

10

乐泰271

25

35

50

15

 

固化时间对于厌氧胶是重要的性能指标,固化速度太慢会影响企业的生产效率,严重的会导致胶液固化不完全,甚至出现不固化的现象,从而导致扭矩强度偏低,影响装配成品的不合格率,给客户的带来重大损失。

 从表3可见,乐泰271在低温环境下固化时间偏慢,特别是镀件产品基本要超过30分钟,而本样品对于各种材质的螺丝固化速度都很快,基本可以控制在30分钟以内。本产品采用聚醚类的聚氨酯改性甲基丙烯酸酯进行预聚合,由于该单体含有数量比较多的醚键,而醚键比较容易吸氧被氧化,因此聚合速度大大加快,可以制备固化速度快的厌氧胶。

 

2.3 研制的高性能厌氧胶的基本性能

4  研制的高性能厌氧胶的基本性能

颜色

密度(g/cm3

粘度(mPa.s

初固时间(min/25℃)

储存稳定性(82℃,h

淡黄色

1.05

3000

5

≧2

 

小结

1)引入环氧树脂和聚氨酯树脂,环氧树脂改性甲基丙烯酸酯具有刚性链段,硬度大,所配置的厌氧胶储存稳定性好,聚氨酯改性甲基丙烯酸酯具有刚性链段和柔性链段并存的优势,同时所配置的厌氧胶反应活性大,固化速度快,利用这两种单体为主要成分,采用优化设计配方的方法,成功制备了通用性好,高强度快速固化储存稳定性好的厌氧胶。

2)普通厌氧胶对材质选择性大,镀件产品强度损失严重,对零件精度要求也较高,不利于需要降低成本而采用低层次零件的小型企业,本文研制产品可以解决此类问题。

 

参考文献

[1] Girard S H. Machinery adhesive for lockingretainingand sealing[M]. New York: Marcel Dekker, INC, 1986.

[2] 王孟钟,黄应昌.胶粘剂应用手册[M].北京:化学工业出版社,1987

[3] 吴民达.机械产品胶接密封技术实用手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1995