硅烷偶联剂对玻璃及铝胶接耐久性的影响

1　引言硅烷偶联剂具有有机-无机混杂结构,用于改善胶粘剂与表面之间的粘接性。最早开发的硅烷偶联剂是用于改善复合材料中玻璃纤维与环氧基体之间的粘接。近几年,将硅烷用于铝及玻璃的结构胶接,以取代其他对环境有害的或昂贵的表面处理,引起了人们的关注。本文从实际应用角度着重讨论用硅烷偶联剂处理玻璃及铝表面对粘接的耐久性的影响。
　　2　实验部分
　　2.1　偶联剂应用于玻璃表面在实验中以辰工有机硅的氨丙基三乙氧基硅烷(ＡＰＥＳ)及环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(ＧＰＭＳ)作为偶联剂,通过混合于胶粘剂中或用偶联剂溶液浸涂应用于玻璃表面。玻璃试样用蒸馏水清洗后于50℃,1ｈ烘干,然后以不同浓度的偶联剂溶液浸30ｍｉｎ,偶联剂质量分数为0.1%～5%。然后于120℃烘干1ｈ。与浸涂法相比较,将偶联剂直接混合于胶粘剂中,质量分数为0.1%～5%。浮法玻璃以锡面对锡面粘接,玻璃试样的锡浴面与空气面在紫外光下可区别开。胶接面积为20ｍｍ×5ｍｍ,胶层厚度为0.2ｍｍ。固化条件为室温24ｈ→120℃,1ｈ。所有粘接试件在含0.15%阴离子表面活性剂的蒸馏水中于40℃下浸泡28ｄ。经浸泡的试件在通用试验机上测定压剪强度,压头速率5ｍｍ?ｍｉｎ-1。
　　2.2　硅烷偶联剂应用于铝表面在施用ＡＰＥＳ及ＧＰＭＳ硅烷偶联剂前,铝基材以不同的方法前处理(见表1)。通过0.5%偶联剂水溶液浸泡将偶联剂施用于基材上。试样于40℃,30ｍｉｎ烘干。胶粘剂为双酚Ａ环氧树脂-二乙烯三胺体系。单搭接试件在70℃去离子水中浸42ｄ后测定拉剪强度,夹头速度为10ｍｍ?ｍｉｎ-1。

 　　3　结果与讨论
　　3.1　偶联剂对玻璃粘接的影响试验结果见图1～3。图1及图2说明硅烷含量对粘接强度及耐久性的影响。图3说明非功能基硅烷的影响。实验中采用了ＡＰＥＳ及ＧＰＭＳ。若硅烷直接混合于树脂中,ＡＰＥＳ的效果优于ＧＰＭＳ(图1)。这可能是因为碱性的胶粘剂加速了氨基硅烷的缩合。相反,对于玻璃表面预处理来说,ＧＰＭＳ的结果优于ＡＰＥＳ(图2)。

 　　由图2可见,接头强度随偶联剂含量而变化,在质量分数为0.5%时强度达到最大值14ＭＰａ。直接混合法得到了不同的结果(见图1)。质量分数从0.1%增加到1%接头强度迅速增大。玻璃粘接的耐久性得到很大的改善:40℃,28ｄ老化试验后接头强度高达15ＭＰａ,比不用偶联剂的试件高1倍。这些试验结果表明硅烷改善了耐久性。与胶粘剂混合需要更多的硅烷才能达到最大粘接强度。以非官能基硅烷作表面处理的结果说明硅烷不仅改善了与基材的粘接,而且防止玻璃表面被腐蚀。
　　3.2　硅烷对铝粘接的影响图4说明氨丙基三乙氧基硅烷应用于溶剂脱脂的铝表面上,对初始粘接强度及长期老化后的强度都没有改善。
　　与溶剂脱脂法相比,碱液清洗过的铝表面用相同的硅烷偶联剂处理后,无论是初始粘接强度或在高温去离子水中长期浸泡后的强度都有所改善(见图5)。　ＡＰＥＳ也能改善喷砂处理铝试件的剪切强度,而具有环氧基的ＧＰＭＳ效果更显著(见图5)。它说明将铝表面以适当的化学或机械方法进行前处理再施用偶联剂的重要性。
　　4　结束语多的偶联剂才能达到最大强度。(2)　对于铝的粘接,经碱处理和喷砂处理的铝片,偶联剂可改善其耐久性,且ＧＰＭＳ比ＡＰＥＳ效果更显著,而仅用溶剂脱脂处理,则基本无影响。