预聚物对UV固化胶黏剂性能的研究
资讯类型:行业新闻 加入时间:2009年7月15日16:57
                               预聚物对UV固化胶黏剂性能的研究
                                    孙会宁1,张建2
(1.绵阳职业技术学院材料工程系,四川绵阳621000;2.四川绵阳机电工程学校,四川绵阳621000)
    摘要:预聚物作为胶黏剂的主要成膜物质,它的性能基本决定了固化后胶黏剂的主要性能。采用不同类型的丙烯酸酯共混聚合的方法研究了预聚物对紫外光固化胶黏剂性能的影响。主要讨论了预聚物的种类、含量及复配对胶黏剂的固化速率、黏附力及粘接强度的影响。实验发现预聚物的种类和含量是胶黏剂的主要影响因素,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯6148J和改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯6079性能较好,且二者比列为3:7,含量为50%时胶黏剂综合性能较好。
    关键词:光固化;胶黏剂;粘接强度;预聚物
    中图分类号:TQ 433.43文献标识码:B文章编号:1001-0017(2009)02-0074-03
    前言
    UV(ultraviolet紫外光)固化胶黏剂是一种节能 和环保型胶黏剂,发展非常迅速,目前已广泛用于印 刷电路板的制造、各种塑料粘接、液晶显示器安装、电子原器件组装等许多领域[1]。在辐射固化材料的 各种组分中,预聚物是光固化树脂的主体,它的性能基本上决定了固化后的主要性能[2]。本文主要研究预聚物对胶黏剂粘接性能的影响。
    1.实验部分
    1.1实验原料
    预聚物:新齐3(#双酚A环氧丙烯酸酯),自制;PEA400(聚酯丙烯酸UV树脂),陕西金岭光固化材 料股份有限公司;CN972(芳香族聚氨酯丙烯酸酯) 沙多玛公司;6148J-75(脂肪族聚氨酯丙烯酸酯,本 文简写为6148J)、6071(含溶剂型丙烯酸酯改性低 聚物),6079(改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯)台湾长兴化学品公司。
    稀释单体:二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPG- DA),山东烟台德邦公司提供。
    引发剂:1173,常州华钛化学品有限公司。
    基材:有机玻璃25mm×80mm×5mm的透明 板材。
    1.2仪器与设备
    紫外光固化机UV-125A型,北京埃士博印刷新技术发展中心;QFZ胶膜黏附力测定仪,天津市 材料试验机厂;WDW电子万能试验机:长春科新 试验仪器有限公司。
    1.3胶黏剂的配制及粘接固化
    1)胶黏剂的配制:称取一定质量的预聚物,然 后加入适量稀释单体、光引发剂、助剂、搅拌均匀,避 光保存,备用。
    2)基材的粘接与固化
将选用基材经过表面处理后,在其中-块基材涂少量胶液,将另一块基材与其在涂胶处紧密贴合在一起,并对正位置,调匀胶层,使搭接长度为 5mm。如发现缺胶或有缝,应及时补胶填缝,然后在UV灯下反复照射直至完全固化,使固化膜达到表干,用指触干法进行表征,记录时间。
    1.4性能测试
    固化时间:本实验采用指触法,以手指轻触胶膜表面,如不感到发黏,即认为胶膜表面已固化,单位为s(本实验是记录固化机固化次数并带入给定公式计算)。实验条件为:功率为1kW的紫外灯一 支,灯距为15cm。
    黏附力测定:按照GB/T1720-79涂膜黏附力测定法测定。分为七级,一级最佳,七级最差。 
    粘接强度测定:根据文献[3]拉伸剪切实验测试原理和方法,将粘接好的试样在WDW-1002电子万能试验机上进行拉伸剪切实验。加载速率为10 mm·min-1,记下基材被拉断时的最大拉力,用该力除以粘接面积即为其拉伸剪切强度[2]参照GB/T527-19 82测定)。
    2.结果与讨论
    2.1预聚物含量对固化速率的影响
    预聚物是紫外光固化胶黏剂的主要成膜物质, 预聚物含量直接影响了胶黏剂的固化时间[2]。以自 制的新齐3#为预聚物,考察预聚物含量对固化速率 的影响,具体结果见图1。

注:单体TPGDA,引发剂1173(4%质量分数,下同),紫外灯1kW 由图1可知,随着预聚物含量的增加,固化速率变快,因为紫外光固化反应是自由基聚合反应,但预聚物含量增加到一定程度时固化速率反而减缓,其原因可能是由于预聚物黏度太大,以至于光 引发剂分散困难,降低引发效率,从而导致固化速 率降低。
    2.2  预聚物对胶黏剂粘结性能的影响
    (1)预聚物种类的影响
    固定TPGDA(45%),引发剂1173(5%)不变,与不同单一种类预聚物(50%)组成一组胶黏剂配方,对选用有机玻璃进行粘接后测试各项性能,结果见表1。
                      
    由表1可以看出,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯6079 和6148J的综合性能较好,聚醚型丙烯酸酯 PEA400的性能较差,其中6148J为一种双键含量 较低脂肪族聚氨酯丙烯酸酯,其分子结构中的柔性脂肪长链提供材料良好的韧性和延伸率,降低弹性模量,有效地传递固化应力和热效应,使内应力分散均匀,达到降低收缩应力的目的。PEA400虽有较好的耐黄变性,但其膜较硬、柔韧性低,机械强度 差,所以附着力和粘结性能均较差。新齐3含有极性的羟基基团,但固化膜较脆,固化收缩产生的收 缩应力不能很好的释放,附着力反不及极性较弱、柔韧性较好的6148J。6071是一种改性的丙烯酸预聚物,其综合性能稍差于6148J。芳香族聚氨酯CN972因为其主链中含有苯环所以其柔韧性和拉伸强度不如主链为饱和烷烃的脂肪族聚氨酯6148J 好。
    (2)预聚物复配对粘结性能的影响
    实际配制的胶黏剂从综合性能考虑,并根据表1的实验结果,将性能较好的预聚物进行复配实验,其他组分不变,具体结果见表2。
    由表2可以看出,6148J和6079以3∶7复配时有较好的协同效应,其次是新齐3#和6079与 6148J复配。6148J有较好的柔性,和改性的聚氨酯丙烯酸酯6079复配提高了体系的固化速率和固化度,使UV快速固化过程中产生的收缩应力能够通过体系构象的改变得到部分消除,使得应力与拉伸剪切强度都得到提高。少量新齐3的加入使体系的硬度和机械强度有所增加,但其量过多反而综合性能下降。这是由于双酚A型环氧丙烯酸酯的刚性结构使固化速率快,但涂膜收缩率大,收缩内应力大,收缩应力不能很好地松弛[4],导致附着力和拉伸剪切强度都有所下降。
                        
    (3)预聚物含量对胶黏剂粘结性能的影响
    预聚物与单体的比例也会对粘接性能产生影响。以6148J∶6079=3∶7为基础,改变预聚物的含量测定其对粘接性能的影响,具体见表3。
                        
从表3可以看出,预聚物含量为50%~60%时粘接性能最好。可见,拉伸剪切强度随着预聚物含量的增加而增加,但预聚物过多,拉伸剪切强度有所降低。这是由于预聚物含量较高时,体系黏度较大,胶黏剂中的气泡无法溢出,固化后会造成应力集中点,粘接强度降低,所以预聚物含量不能过高。此外,当单体含量较高时,过多的单体参与固化导致膜的综合性能变差,单体参与交联固化后,体系 堆积较为松散,所以粘接强度也会降低,所以两者配比应当合适。
    3.结束语
    对于紫外光固化胶黏剂,预聚物的种类、用量及胶黏剂固化程度的不同都会影响其粘接性能。由实验可得出以下结论:
    (1)预聚物含量在50%~60%时对所选基材固化速率适中,且黏附力和粘接强度较好。
    (2)6148J与6079复配比单一组分预聚物配制的胶黏剂粘接性能要好,实验发现两者配比为3∶7 时粘接性能较好。
    (3)双酚A环氧丙烯酸酯与改性脂肪族聚氨酯丙烯酸酯复配比单一组分预聚物配制的胶黏剂粘 接性能要好,改变两者比例,性能随之改变,实验发 现两者配比为3∶7时粘接性能较好。
    参考文献:
    [1]蒋龙平,李润卿,刘翠华.紫外光固化胶粘剂组成与应用[J].中国 胶粘剂,2002,12(1):55~58.
    [2]陈用烈,曾照华.辐射固化材料及其应用[M].北京:化学工业 出版社,2003.47~48.
    [3]肖卫东.何培新.电子电器用胶粘剂[M].北京:化学工业出版社, 2004.
    [4]RAYSS S.Effect of Polyacrylate Binding Layers on Adhesion 
for UV Cured Epoxyacrylate Protective Coatings on Optical Fibers
[J].Applied Polymer Science,1998,67:1913~1923. 
文章来自:中国胶粘剂网
文章作者:网络管理员
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