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环氧胶黏剂为什么具备高强度? 大多数人对胶的印象还停留在“糊”在表面的层次上。好像只要表面粗糙一点、干净一点,就能粘得更牢。 但环氧树脂不是靠“糊”,它靠的是反应。 环氧分子上有典型的三元环氧结构(-CH-CH2-O-),内部张力很大,非常活泼。 固化剂分子中的活泼氢或者具有攻击环氧的亲电基团,使环氧基团打开,形成新的、坚固的C-OH、C-N共价键三维立体网络。这意味着, 环氧胶在固化时,不仅能通过物理作用润湿附着形成锚固,更能与基材表面的M-OH形成氢键。对于金属、玻璃、硅醇基团、纤维素酸等具有羟基的表面,它不完全是“贴”在上面,而是在界面发生了关键的化学偶联。 同时,因为环氧的交联结构密度大,双酚型结构具有良好的尺寸稳定性和刚性,在固化的过程中收缩率低,界面应力大,体现出高硬度、高粘接力、高机械打磨性能。 如丙烯酸、聚氨酯、不饱和树脂,刚粘上去时初粘力可能很高,但在有溶剂的环境下,它的粘接力就开始掉。溶剂、自由基氧会快速渗透胶层,导致溶胀、软化、氧化、界面劣变或者降解。此时,即使界面还在,力也无法有效地通过胶层传递。 环氧就完全不同。固化后的环氧树脂是一个高交联密度的三维网状结构, 分子链之间通过强大的共价键连接,形成一个刚性的整体。应力一旦传入,会被这个坚固的网络有效地分散和吸收。 所以,它耐热性、抗蠕变性、玻璃化温度、老化能力更强。 从分子与电子层面看,“牢”从哪来? 环氧的强度不是凭空来的,它的本质在于电子的能量分布。 环氧基被打开时,形成新的σ键(C-O、C-N),电子从高能态跃迁到低能态。新的共价键键能远高于氢键、范德华力。也就是说,你想让它断开,就得提供同样高的能量来断裂这些化学键。 一个设计完美的环氧树脂双官能端或者多官能端,在受力破坏时,我们通常希望看到的是内聚破坏——即破坏发生在胶层内部,而不是界面。这反过来证明了其界面强度已经超过了胶体本身的强度。 从微观上,一方面是氢键的破坏,分子间距增大范德华力消失,一方面是分子结构被高能量基团破坏形成离散的结构。 换句话说,环氧粘得牢,不是因为它“粘性好”,而是因为它从一开始就把界面、分子结构、能量状态三者绑定在了一起。 工程层面的体现: 它的“牢”是体系稳定 这也是为什么在航空航天、电子、风电等要求极高的领域,结构胶首选往往是环氧体系。
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