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硅烷偶聯劑對玻璃及鋁膠接耐久性的影響

1　引言硅烷偶聯劑具有有機-無機混雜結構,用于改善膠粘劑與表面之間的粘接性。最早開發的硅烷偶聯劑是用于改善復合材料中玻璃纖維與環氧基體之間的粘接。近幾年,將硅烷用于鋁及玻璃的結構膠接,以取代其他對環境有害的或昂貴的表面處理,引起了人們的關注。本文從實際應用角度著重討論用硅烷偶聯劑處理玻璃及鋁表面對粘接的耐久性的影響。

2　實驗部分

2.1　偶聯劑應用于玻璃表面在實驗中以氨丙基三乙氧基硅烷(ＡＰＥＳ)及環氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(ＧＰＭＳ)作為偶聯劑,通過混合于膠粘劑中或用偶聯劑溶液浸涂應用于玻璃表面。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劑溶液浸30ｍｉｎ,偶聯劑質量分數為0.1%～5%。然后于120℃烘干1ｈ。與浸涂法相比較,將偶聯劑直接混合于膠粘劑中,質量分數為0.1%～5%。浮法玻璃以錫面對錫面粘接,玻璃試樣的錫浴面與空氣面在紫外光下可區別開。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。經浸泡的試件在通用試驗機上測定壓剪強度,壓頭速率5ｍｍ·ｍｉｎ-1。

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

3　結果與討論

3.1　偶聯劑對玻璃粘接的影響試驗結果見圖1～3。圖1及圖2說明硅烷含量對粘接強度及耐久性的影響。圖3說明非功能基硅烷的影響。實驗中采用了ＡＰＥＳ及ＧＰＭＳ。若硅烷直接混合于樹脂中,ＡＰＥＳ的效果優于ＧＰＭＳ(圖1)。這可能是因為堿性的膠粘劑加速了氨基硅烷的縮合。相反,對于玻璃表面預處理來說,ＧＰＭＳ的結果優于ＡＰＥＳ(圖2)。

　　由圖2可見,接頭強度隨偶聯劑含量而變化,在質量分數為0.5%時強度達到最大值14ＭＰａ。直接混合法得到了不同的結果(見圖1)。質量分數從0.1%增加到1%接頭強度迅速增大。玻璃粘接的耐久性得到很大的改善:40℃,28ｄ老化試驗后接頭強度高達15ＭＰａ,比不用偶聯劑的試件高1倍。這些試驗結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到最大粘接強度。以非官能基硅烷作表面處理的結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　硅烷對鋁粘接的影響圖4說明氨丙基三乙氧基硅烷應用于溶劑脫脂的鋁表面上,對初始粘接強度及長期老化后的強度都沒有改善。

　　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劑處理后,無論是初始粘接強度或在高溫去離子水中長期浸泡后的強度都有所改善(見圖5)。　ＡＰＥＳ也能改善噴砂處理鋁試件的剪切強度,而具有環氧基的ＧＰＭＳ效果更顯著(見圖5)。它說明將鋁表面以適當的化學或機械方法進行前處理再施用偶聯劑的重要性。

4　結束語多的偶聯劑才能達到最大強度。(2)　對于鋁的粘接,經堿處理和噴砂處理的鋁片,偶聯劑可改善其耐久性,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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