最適なエポキシ接着剤の処方をデザインする方法

エポキシ接着剤は最も広く使用されており、接着剤の中で最大の使用量を有する。 エポキシ接着剤の最適な処方を設計し、必要な接着性能を実現するには、接着メカニズムと結合の破壊メカニズムを理解する必要があります。

エポキシ接着剤式設計の基本原理に関しては、次の3つの側面をうまく管理する必要があります。

一、接着特性とボンディング性能の関係

接着剤の特性は、接着性能に決定的な影響を与え、接着剤の処方設計にとって重要である。 接合部の接着層および界面層の性能は、主に接着剤の構造、特性、および硬化プロセス、ならびに表面構造および接着剤の特性に依存する。

ここで説明する接着剤の特性は、硬化した接着剤層および界面層の特性を指す。 接着性能に影響を与える接着剤の主な特性は次のとおりです。

(1) 接着剤の强度と靭性。 前者は外力に抵抗する接着剤の能力であり、後者は応力集中を減らして亀裂の伝播に抵抗する能力です。 接着剤の強度と靭性を向上させることは、ジョイントの接着強度を高めるのに有益です。

(2) 接着剤の弾性率と破損時の伸び。 これらの2つは、結合されたジョイントの応力分布に影響します。 弾性率が低く、ブレーク時の伸びが高い接着剤は、「線形力」条件下での結合強度を大幅に向上させることができます。 ただし、モジュラスが低すぎたり、ブレーク時の伸びが高すぎたりすると、凝集強度が低下することが多く、結合強度が低下する可能性があります。 これらの2つの相反する要因については、関節の影響下で最適な値を見つけることによってのみ、最良の「線形力」結合強度を達成できます。

(3) 接着剤の安定性と耐久性。 これは、周囲の環境 (温度、湿度、老化、中程度の侵食など) によって引き起こされる接着剤性能の劣化や構造的損傷に抵抗する能力です。 これは、耐熱性、耐湿性、耐熱性、耐老化性、耐食性、およびジョイントの安全性と信頼性を向上させる上で決定的な役割を果たします。 せん断強度 (表面応力) と剥離強度 (線応力) は、明らかに2つの異なるタイプの特性です。 前者は応力のカテゴリーに属し、材料の究極の応力 (破壊応力) です。後者は接着剤の変形エネルギーに関連し、エネルギーカテゴリーに属します。それは材料の破壊エネルギー (破壊の仕事) です。 したがって、一部の人々は、靭性パラメータとして剥離強度を挙げています。 Zhongwei Yizong et al。接着剤層の厚さ、温度、および試験速度と剥離強度の関係を測定し、これらのパラメータを変換できることを発見しました。 曲線の剥離強度ピークの数は、接着剤の転移点の数に関連しています。

エポキシ接着剤の硬度、弾性率、および接着性能の関係は、その硬度に基づいて、非構造接着剤、フレキシブル接着剤、一般構造接着剤、そして耐熱性接着剤。

接着剤の性能と接着性能は相互に関連し、相互に制限されていることを指摘しなければならない。 包括的に検討し、計量することによってのみ、必要なエポキシ接着剤の最適な処方を設計できます。

二、必要なエポキシ接着剤の主な性能を決定するための主な基礎

(1) 接合部の応力状態と大きさに応じて接着剤の性能を選択します。 「平面力」の場合は、凝集力と接着力が高く、靭性に優れた接着剤を選択することをお勧めします。 「直線力」の場合は、靭性が高く、弾性率が低く、破損時の伸びが高い接着剤を選択することをお勧めします。 疲労または衝撃荷重を受けるときは、靭性の良い接着剤を選択することをお勧めします。

(2) 接着剤の特性に応じて接着剤を選択します。 硬くて脆い材料 (ガラス、セラミックス、セメント、石など) は、高強度、高硬度、弾性率の接着剤を使用し、容易に変形しないようにする必要があります。 板金部品や構造部品、その他の丈夫で高強度の剛性材料は、大きな負荷と剥離応力、衝撃、疲労応力の存在により、高強度を使用する必要があります。エポキシ-ニトリル接着剤などの丈夫な構造接着剤。 柔らかくて弾力性のある材料 (プラスチックフィルム、ゴムなど) は一般にエポキシ接着剤を使用しません。 フレキシブルなエポキシ接着剤を選択することもできる。 多孔質材料 (発泡プラスチック、海洋損傷など) は、より粘性を使用する必要があります。フレキシブルエポキシ接着剤。 極性の低い材料 (ポリエチレン、ポリプロピレン、フルオロプラスチックなど) は、エポキシ接着剤で接着する前に表面活性化する必要があります。

(3) 使用温度に応じて接着剤を選択します。 接着剤のガラス転移温度Tgは、一般に、最大使用温度よりも高いべきである。 汎用エポキシ接着剤の使用温度は約-40〜80 ℃ です。 使用温度が150 ℃ より高いときは、耐熱接着剤を使用する必要があります。 使用温度が-70 ℃ 未満の場合は、エポキシ-ポリウレタン接着剤、エポキシナイロン接着剤など、丈夫な低温耐性接着剤を使用する必要があります。交互の寒さと熱は関節に大きな破壊効果をもたらし、エポキシ-ナイロン接着剤などの丈夫な高温および低温耐性接着剤を使用する必要があります。

(4) 他の性能要件に従って接着剤を選択します。 耐水性、耐湿性、老化耐性、耐食性、誘電特性など。

(5) プロセス要件 (硬化温度、硬化速度、粘度、湿った表面または水中での硬化など) に応じて接着剤を選択します。 選択された接着剤は、しばしばすべての要件を同時に満たすことができない。 これには、必要な接着剤の主な特性 (重要な特性) であり、どの特性が二次特性であるかを正しく判断する必要があります。 そして、主な特性を確保し、他の特性を考慮に入れて、接着剤の処方を設計します。

三、エポキシ接着剤式デザインのステップと方法

まず、使用性能と許容硬化プロセス条件に基づいてエポキシ接着剤を使用できるかどうか、および性能価格比の点で利点があるかどうかを判断する必要があります。 次いで、式の設計は、以下のステップで行うことができる。

(1) 主な特性であり、エポキシ接着剤に必要な二次特性であるものの予備的な判断。

(2) 主な機能を確保し、他の機能を考慮するという原則に基づいて、接着剤の予備式 (グループアセンブリと接着剤の比率) を決定します。构成材料の构造と特性と接着剤の特性との関系に応じて。 コンポーネント材料のコストとソースも考慮する必要があります。

まず、エポキシ樹脂硬化システムを選択します。 化学量に応じて、樹脂と硬化剤の理論量を計算します。 触媒および促進剤については、経験的データを参照する。

次に、他の添加物を選択します。 経験的データまたは試験的アセンブリに従って予備的な量 (比率) を決定します。 コンポーネント材料を選択するときは、それらの間の相互の影響にも注意してください。

(3) 最適な主関数と適切なその他の関数の原理に従って予備式を最適化します。 直交回帰分析を使用するなど、コンピューター支援設計の助けを借りて、包括的に検討した後、最終的に最良の式を決定します。