紫外光固化胶粘剂的粘接强度研究

    摘要：以二官能团PUA（聚氨酯丙烯酸酯）为基体树脂、四氢呋喃丙烯酸酯为稀释单体、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷（KH-560）为偶联剂、HCPK（1-羟基环己基苯基甲酮）为光引发剂和nano-SiO2（纳米二氧化硅）为填料，成功制备出一种UV（紫外光）固化胶。将UV固化胶用于PC（聚碳酸酯）塑料片材的胶接，并以该胶接件的T型剥离强度作为考核指标，采用单因素试验法优选出制备UV固化胶的较佳配方。结果表明：当w（二官能团PUA）=64%、w（HCPK）=3.0%、w（KH-560）=1.00%、w（四氢呋喃丙烯酸酯）=30%和w（nano-SiO2）=2.0%时，UV固化胶的剥离强度达到甚至超过市售同类产品（loctite3106）。
    关键词：光固化；胶粘剂；剥离强度；聚碳酸酯
    中图分类号：TQ433.43  文献标志码：A  文章编号：1004－2849（2011）05－0015-04
    0前言
    UV（紫外光）固化胶具有固化速率快、可大面积施工和生产效率高等优点，已在电子电器、医疗器械等领域中得到广泛应用。UV固化胶的粘接强度主要与配方、被粘接材料及其表面处理技术等有关，并且UV固化胶中低聚物的选择及配方设计极其重要[1-3]。
    本研究以二官能团PUA（聚氨酯丙烯酸酯）为基体树脂、四氢呋喃丙烯酸酯为稀释单体，并辅以偶联剂、填料和光引发剂等制备UV固化胶；然后以PC（聚碳酸酯）塑料为被粘接材料，着重探讨了UV固化胶中各组分变化对PC塑料粘接强度的影响，从中优选出制备UV固化胶的较佳配方。
    1试验部分
    1.1试验原料
    聚己内酯二醇（PCL），工业级，德国BASF公司；异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），工业级，德国BAYER公司；丙烯酸羟乙酯（HEA），工业级，日本触媒公司；四氢呋喃丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸羟乙酯、己二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA），工业级，Sartomer公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷（KH-560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、乙烯基三乙氧基硅烷（A151）、乙烯基三甲氧基硅烷（A171）、N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-792），工业级，佛山文泰化工有限公司；nano-SiO2（纳米二氧化硅），工业级，Degussa公司；nano-CaCO3（纳米碳酸钙）、硅灰粉、金红石型TiO2（钛白粉），工业级，广州瑞格化工有限公司；HCPK（1-羟基环己基苯基甲酮），工业级，常州华钛化学有限公司。
    0.175mm厚PC（聚碳酸酯）塑料片材，美国GE公司。
    1.2试验仪器
    SafQ-H10K型台式万能材料试验机，德国SafQ公司；Intelli-Ray400型全功能UV固化机（光源为400W金属卤素灯），美国Uvitron公司；Sirion200型扫描电镜，荷兰FEI公司。
    1.3试验制备
    1.3.1二官能团PUA的制备
    在装有温度计、搅拌器和抽真空装置的四口烧瓶中，加入计量的PCL，升温至110℃，真空脱水2h；降温至80～85℃，加入IPDI，搅拌反应若干时间；待-NCO含量达到设计值时，升温至90℃，加入计量的HEA，继续反应2～3h。
    1.3.2UV固化胶及测试用样品的制备
    （1）UV固化胶的配制：用稀释单体溶解HCPK，然后加入其他组分，搅拌均匀即可。
    （2）PC胶接件的制备：将两块相同尺寸的PC片材（300mm×25mm）胶接在一起（胶接面积为180mm×25mm，胶层厚度为0.02~0.03mm）；然后在UV辐照下固化完全（UV辐射源的主波长为365nm，入射光强为60mW/cm2，光照时间为20s）。
    1.4测试与表征
    （1）T型剥离强度：按照GB/T2791—1995标准，采用万能材料试验机进行测定（测试温度为21～25℃，相对湿度为45%～55%）。
    （2）体积收缩率[4]：先测定固化前后试样的密度，然后根据密度计算体积收缩率（水为参比物，测试温度为25℃，UV固化）。
    （3）微观形貌：采用扫描电镜（SEM）进行观测（喷金处理剥离后的PC板材，放大倍数为180倍）。