林 欣， 朱冬玲， 张军营， 程 珏， 曲 军

（1.北京化工大学 常州先进材料研究院，江苏 常州 213000；2.Sika Technology AG,苏黎世 CH-8046,Switzerland）

汽车用单组分环氧结构胶性能的研究

林 欣1， 朱冬玲1， 张军营1， 程 珏1， 曲 军2

（1.北京化工大学 常州先进材料研究院，江苏 常州 213000；2.Sika Technology AG,苏黎世 CH-8046,Switzerland）

对一种汽车用单组分环氧结构胶的固化行为、固化工艺和力学性能进行了研究。结果表明：黏度随温度升高而降低，在固化工艺为175℃/30min时，力学性能达到最佳，在固化时间20min时，剪切强度达到最大值28.9MPa，并对其耐水、耐湿热和耐热等老化性能进行了研究，结果表明试样的性能变化不大，说明该环氧结构胶具有良好的耐老化性能。

汽车；环氧结构胶；力学性能；老化性能

前 言

汽车用结构胶黏剂是一种用于受力构件，能够传递载荷，承受较大应力和具有高强度的胶黏剂[1]。结构胶主要用于汽车工业中，代替传统的焊接工艺，减少焊接裂纹，提高汽车安全使用性[2]。因此要求结构胶具有优良的耐高低温，高强度和抗老化性,目前这类单组分结构胶主要是环氧树脂类结构胶,环氧树脂具有粘接强度高、收缩率低、使用温度宽、毒性小等特点，作为结构胶使用代替传统焊接，可简化工艺，减轻车身质量并有效提高防振、防腐和密封性[3～5]。汽车在日常生活中经常处于不同的工况及环境，而环氧树脂是一种高分子材料，受到环境中的温度、水分、湿度等因素的影响而老化，缩短汽车的使用寿命进而影响到人身安全。此外胶本身的固化工艺直接影响汽车的生产和使用。因此本文研究了汽车用环氧结构胶Sikapower-492G的固化工艺，重点研究力学性能和老化性能。

1 试验部分

1.1 试验原料与设备

Sikapower-492G胶黏剂，瑞士Sika公司；氯化钠、丙酮，分析纯，市售；PPyrisl型差示扫描量热（DSC）分析仪，美国Perkin Elmer；胶枪，市售；NDJ-1F布氏旋转黏度计，上海昌吉地质仪器有限公司；101型号电热鼓风干燥箱，北京中兴伟业仪器有限公司；平板小刀法装置，自制；45#钢板，市售；76-1玻璃恒温水浴，北京中兴伟业仪器有限公司；AGS-10GN电子式万能材料试验机，深圳市凯强试验仪器有限公司。

1.2 测试与表征

（1）凝胶时间：采用平板小刀法：首先将带控温装置的热台加热到预定温度，待热台温度恒定，将热台凹槽内上脱模剂，然后取1g左右的环氧胶黏剂铺展于凹槽内，同时记上时间，待混合液呈凝胶状失去流动性时，停止计时，所用时间即为该环氧树脂胶黏剂的凝胶化时间。

（2）将单组份环氧结构胶放在室温下密封保存，每隔一个月用NDJ-1F布氏旋转黏度计测试其黏度。

（3）拉伸性能：按照GB/T 2568-1995万能试验机进行测定。

（4）弯曲性能：按照GB/T2570-1995标准测定。

（5）冲击强度：按照GB/T 2571-1995标准在冲击实验机上进行测定。

（6）拉伸剪切强度的测定：按GB7124-86测试。

（7）T-剥离强度的测试：按GB/T 2791-1995标准测试，试片规格为：200mm×25mm×0.8mm。

（8）老化性能：将拉伸剪切的钢片样条分别浸泡在50.0℃水中、130℃的鼓风干燥箱中以及50℃、R.H.95%湿热老化箱中，每隔一段时间测其强度。

2 结果与讨论

2.1 环氧结构胶的固化行为

图1 温度对Sikapower-492G黏度的影响Fig.1 Effect of temperature on the viscosity of Sikapower-492G

图1显示Sikapower-492G黏度随温度的变化规律，由图可知随着温度的升高，黏度是降低的，温度升高到50℃时，继续升高温度，黏度变化很小。高聚物的表观黏度与温度（在一定的范围内）的关系符合Arrhenius经验公式：

ηα- 表观黏度，Pa·s；A- 常数；E- 黏流活化能，kJ/mol；R- 气体常数，8.314；T- 绝对温度，K。进一步推导可知，

作lgηα-1/T的关系曲线，拟合出直线方程，其斜率为：

拟合图得到k=1986.5则E=38.0kJ/mol（曲线的相 关 系 数 ：（0.97818）（25℃-50℃） 由 此 可 知Silapower-492G环氧树脂胶黏剂的黏度对温度的敏感性比较小，比较稳定。

2.2 环氧结构胶的贮存稳定性

图2 贮存时间对黏度影响Fig.2 Effect of storage time on the viscosity of Sikapower-492G

通常，胶黏剂的贮存期为6～9个月，随着贮存时间的延长，胶黏剂的黏度和固化行为都会发生变化，影响使用。本研究对胶黏剂的贮存过程中的黏度进行了跟踪，结果见图2，图2是Sikapower-492G环氧胶在室温调条件下贮存不同时间的黏度，从图2中可以看出Sikapower-492G环氧胶的黏度在贮存12月几乎是不变的，表明Sikapower-492G环氧胶的贮存稳定性比较好。

2.3 固化工艺与力学性能

目前汽车用的环氧结构胶黏剂的固化工艺为一般为170～180℃/30min，表1是固化工艺与力学性能的关系，从表1可以看出，固化工艺在170～180℃/30min时，拉伸强度、冲击强度及粘接强度变化不大，而弯曲强度在175℃/30min时突增。在170℃时，由于固化温度低，固化速率慢，交联密度较低，本体强度低，从而造成剪切强度偏低。在180℃时，由于固化温度高，固化速率快，固化程度高，胶黏剂的交联密度增加，脆性增加，从而使机械性能稍微下降。

表1 固化温度与力学性能的关系Table1 Relationship between curing temperature and mechanical property

图3显示了固化时间对Sikapower-492G剪切强度的影响，由图可知随着固化时间的延长，剪切强度是先增大后减少的，在20min时达到最大值28.9MPa.。在固化时间小于20min时，由于体系没完全固化，交联密度比较低，随固化时间的延长，交联密度不断的增大，强度也随着交联密度的增大而增大；在固化时间20min之后，体系内的交联密度已超过了临界值，剪切强度减小。

图3 固化时间对Sikapower-492G剪切强度的影响Fig.3 Effect of curing time on the shear strength of Sikapower-492G

2.4 老化性能

环氧胶接接头在使用过程中，受到介质、湿气和温度的作用，会使性能退化，从而使胶接接头的胶接强度降低，使寿命缩短。

2.4.1 耐水老化

图4 耐水化时间对Sikapower-492G剪切性能的影响Fig.4 Effect of water aging time on the shear strength of Sikapower-492G

图4显示了Sikapower-492G粘接钢/钢胶接接头在50℃恒温水中老化后其胶接强度随时间的变化趋势。由图可知，随着老化时间的增加，钢/钢胶接接头的剪切强度呈现出稍微下降的趋势。由于水分子进入胶层和界面取代了胶黏剂与金属表面的粘附，导致界面粘接强度下降[6]。

2.4.2 耐湿热老化

图5 耐湿热老化时间对西卡胶492G剪切性能的影响Fig.5 Effect of humid-heat aging time on the shear strength of Sikapower-492G

图5是环氧单组分胶Sikapower-492G钢/钢胶接接头在50℃、R.H.95%的条件下的剪切强度随老化时间的增加变化趋势。由图5可知，剪切强度随着时间的延长逐渐减小。这是因为高温加剧了水蒸汽分子的热运动程度，使水蒸汽分子进入胶层，对胶层起到一定的增塑作用从而使剪切强度下降[7]。另一方面，树脂吸收湿气后发生溶胀作用，而粘接的钢材料是不吸湿的。吸湿溶胀的树脂体系与不吸湿的钢材表面存在着湿膨胀的区别，增大了胶层与基材的不匹配性。这种不匹配在胶接界面上产生了内应力引起界面脱粘与开裂，导致剪切强度降低。随湿热老化时间的增加，剪切强度降低。

2.4.3 耐热老化

图6 耐热老化时间对西卡胶492G剪切性能的影响Fig.6 Effect of heat aging time on the shear strength of Sikapower-492G

图6所示为在130℃热空气老化条件下，环氧胶接接头的剪切强度随时间的变化曲线。由图可以看出，在试验温度条件下，试样的剪切强度随热老化时间的增加而增大。这可能是因为在老化初期胶体反应程度较低，体系交联密度较低；随着老化时间的增加，体系进一步反应，交联密度增大，剪切强度增大。

3 结论

（1）以环氧树脂为基质的单组分环氧结构胶Sikapower-492G的黏度随温度的升高而降低。

（2）单组分环氧结构胶Sikapower-492G有良好的贮存稳定性，贮存期长达12个月。

（3）固化工艺对其力学性能和粘接性能有一定的影响，在固化温度为175℃/30min时，力学性能达到最佳值，在175℃/20min时，剪切强度达到最大值28.9MPa。

（4）Sikapower-492G单组分环氧结构胶在55℃的水中和50℃、R.H.95%湿热老化箱中数十天后，剪切强度稍有下降，而在130℃的鼓风干燥箱静放96h后，剪切强度稍有增大。

［1］朱启荣，杨国标，丁懿，等.新型车用结构胶粘剂力学性能测试研究［J］.现代科学仪器,2009，（1）：65～66.

［2］周建文,陈光前，冯润才.单组份环氧型车用折边胶［J］.粘接,2002，23（2）：14～19.

［3］宋伟荣，汽车用CTBN改性环氧树脂胶粘剂的研究［J］.上海涂料，2008，56（10）：9～11.

［4］王超，王军，王虹，等.汽车用胶黏剂［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［5］闵志刚,昊克志,夏玉华.D-263汽车用点焊密封胶的研制和应用［J］.粘接，2002,23（6）：33～35.

［6］高岩磊.环氧树脂粘合剂环境行为与老化机理研究［D］.北京化工大学，2006.

［7］孙攀.可溶性聚醚酮改性环氧树脂的研究［D］.北京化工大学，2010.

Study on Performance of the One-component Epoxy Structural Adhesive for Automobile

LIN Xin1,ZHUDong-ling1,ZHANG Jun-ying1,CHENG Jue1and QU Jun2
（1.Changzhou Institute of Advance Materials,BUCT,Changzhou 213000,China;2.Sika Technology AG,Tueffenwies 16,Zurich CH-8046,Switzerland）

The curing behavior，curing process and mechanical property of the one-component epoxy structural adhesive for automobile was studied in this article.The results showed that the viscosity decreased with increasing temperature.The mechanical properties were the best when the curing process was 175℃/30min.The maximum shear strength（28.9MPa）was obtained in curing 20minutes.The water resistance,thermal resistance and hygrothermal properties were also investigated.The results showed that the epoxy structural adhesive had good aging resistance because the decrease of shear strength werenot obvious with prolonging aging time.

Automobile；epoxy structural adhesive；mechanical property；aging property

TQ436.2

A

1001-0017（2012）05-0045-04

2012-06-18

林欣（1985-），男，海南海口人，工程师，从事胶黏剂方面研究。