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硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃及鋁膠接耐久性的影響

1　引言硅烷偶聯(lián)劑具有有機(jī)-無機(jī)混雜結(jié)構(gòu),用于改善膠粘劑與表面之間的粘接性。最早開發(fā)的硅烷偶聯(lián)劑是用于改善復(fù)合材料中玻璃纖維與環(huán)氧基體之間的粘接。近幾年,將硅烷用于鋁及玻璃的結(jié)構(gòu)膠接,以取代其他對(duì)環(huán)境有害的或昂貴的表面處理,引起了人們的關(guān)注。本文從實(shí)際應(yīng)用角度著重討論用硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃及鋁表面對(duì)粘接的耐久性的影響。

2　實(shí)驗(yàn)部分

2.1　偶聯(lián)劑應(yīng)用于玻璃表面在實(shí)驗(yàn)中以氨丙基三乙氧基硅烷(ＡＰＥＳ)及環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(ＧＰＭＳ)作為偶聯(lián)劑,通過混合于膠粘劑中或用偶聯(lián)劑溶液浸涂應(yīng)用于玻璃表面。玻璃試樣用蒸餾水清洗后于50℃,1ｈ烘干,然后以不同濃度的偶聯(lián)劑溶液浸30ｍｉｎ,偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～5%。然后于120℃烘干1ｈ。與浸涂法相比較,將偶聯(lián)劑直接混合于膠粘劑中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～5%。浮法玻璃以錫面對(duì)錫面粘接,玻璃試樣的錫浴面與空氣面在紫外光下可區(qū)別開。膠接面積為20ｍｍ×5ｍｍ,膠層厚度為0.2ｍｍ。固化條件為室溫24ｈ→120℃,1ｈ。所有粘接試件在含0.15%陰離子表面活性劑的蒸餾水中于40℃下浸泡28ｄ。經(jīng)浸泡的試件在通用試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定壓剪強(qiáng)度,壓頭速率5ｍｍ·ｍｉｎ-1。

2.2　硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用于鋁表面在施用ＡＰＥＳ及ＧＰＭＳ硅烷偶聯(lián)劑前,鋁基材以不同的方法前處理(見表1)。通過0.5%偶聯(lián)劑水溶液浸泡將偶聯(lián)劑施用于基材上。試樣于40℃,30ｍｉｎ烘干。膠粘劑為雙酚Ａ環(huán)氧樹脂-二乙烯三胺體系。單搭接試件在70℃去離子水中浸42ｄ后測(cè)定拉剪強(qiáng)度,夾頭速度為10ｍｍ·ｍｉｎ-1。

3　結(jié)果與討論

3.1　偶聯(lián)劑對(duì)玻璃粘接的影響試驗(yàn)結(jié)果見圖1～3。圖1及圖2說明硅烷含量對(duì)粘接強(qiáng)度及耐久性的影響。圖3說明非功能基硅烷的影響。實(shí)驗(yàn)中采用了ＡＰＥＳ及ＧＰＭＳ。若硅烷直接混合于樹脂中,ＡＰＥＳ的效果優(yōu)于ＧＰＭＳ(圖1)。這可能是因?yàn)閴A性的膠粘劑加速了氨基硅烷的縮合。相反,對(duì)于玻璃表面預(yù)處理來說,ＧＰＭＳ的結(jié)果優(yōu)于ＡＰＥＳ(圖2)。

　　由圖2可見,接頭強(qiáng)度隨偶聯(lián)劑含量而變化,在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值14ＭＰａ。直接混合法得到了不同的結(jié)果(見圖1)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.1%增加到1%接頭強(qiáng)度迅速增大。玻璃粘接的耐久性得到很大的改善:40℃,28ｄ老化試驗(yàn)后接頭強(qiáng)度高達(dá)15ＭＰａ,比不用偶聯(lián)劑的試件高1倍。這些試驗(yàn)結(jié)果表明硅烷改善了耐久性。與膠粘劑混合需要更多的硅烷才能達(dá)到最大粘接強(qiáng)度。以非官能基硅烷作表面處理的結(jié)果說明硅烷不僅改善了與基材的粘接,而且防止玻璃表面被腐蝕。

3.2　硅烷對(duì)鋁粘接的影響圖4說明氨丙基三乙氧基硅烷應(yīng)用于溶劑脫脂的鋁表面上,對(duì)初始粘接強(qiáng)度及長(zhǎng)期老化后的強(qiáng)度都沒有改善。

　　與溶劑脫脂法相比,堿液清洗過的鋁表面用相同的硅烷偶聯(lián)劑處理后,無論是初始粘接強(qiáng)度或在高溫去離子水中長(zhǎng)期浸泡后的強(qiáng)度都有所改善(見圖5)。　ＡＰＥＳ也能改善噴砂處理鋁試件的剪切強(qiáng)度,而具有環(huán)氧基的ＧＰＭＳ效果更顯著(見圖5)。它說明將鋁表面以適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)或機(jī)械方法進(jìn)行前處理再施用偶聯(lián)劑的重要性。

4　結(jié)束語多的偶聯(lián)劑才能達(dá)到最大強(qiáng)度。(2)　對(duì)于鋁的粘接,經(jīng)堿處理和噴砂處理的鋁片,偶聯(lián)劑可改善其耐久性,且ＧＰＭＳ比ＡＰＥＳ效果更顯著,而僅用溶劑脫脂處理,則基本無影響。

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