偶联剂的作用是什么,一般怎样使用（偶联剂作用是什么）

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偶联剂作为一种粘合剂的组份、底剂或填料的处理剂正越来越受到重视。

因为恰当地使用它作表面处理剂或粘合剂的组份可以明显地提高胶接强度,增加胶接头耐潮热的能力。

用偶联剂处理过的填料比没有用偶联剂处理的填料,在适当量的情况下胶接强度提高得多;若在胶接强度不变的情况下,可以在粘合剂中加入较多偶联剂处理过的填料,粘合剂成本更低,胶接性能也好。

偶联剂能在界面进行吸附和化学反应,形成氢键、共价键和可变形层等,并能缓和、松弛和消除复合材料界面存在的应力,有人用光弹技术证明,用KH550处理玻璃纤维,内应力分别降低16%和25%。

有关这些报导都证明了偶联剂能降低复合材料界面的应力。

对于金属与金属胶接,金属与非金属胶接,偶联剂能否松弛、消除应力,未见有关报导。

本工作初步探索了铜与玻璃胶接,用KH550处理与不处理被胶接面,在水准器精度专用测试仪上测定了胶接面应力的变化情况。

实验部分材料

(1)偶联剂KH550,辽宁营口盖州化工厂;

(2)107甲基硅橡胶,上海树脂厂;

(3) 正硅酸乙酯,上海树脂厂;

(4) 二月桂酸二丁基锡,上海树脂厂;

(5) 二氧化钛(三级纯),上海石粉厂;

(6) 60"水准泡,西北光学仪器厂;

(7) H62水准器壳,自制;

(8)水准器用玻璃管,西北光学仪器厂。

测试设备

(1)水准器精度专用测试仪,西北光学仪器厂或日本产;

(2)VEB500型万能材料拉力试验机;东德。

试样

(1)水准器,示意如图1。

图1 水准器有关部分示意图

1—窗口,2—端盖,3—外壳(H62),4—玻璃水准泡,5—粘合剂

图2 模拟剪切试样

1—水准泡用玻璃管,2—粘合剂,3—水准器壳(H62)

(2)模拟剪切试样,如图2所示。

(3)剪切试样,如图3所示。

图3 剪切试样

1—H62,2—玻璃(厚1—1.5)

胶接工艺胶粘剂配方

107甲基硅橡胶10g

正硅酸乙酯0.2～0.4g

二月桂酸二丁基锡0.05～0.1g

二氧化钛15g

(2)表面处理被胶接件全部用三级纯丙酮清洗晾干,将其中的半数再用5%的KH550丙酮液浸渍后晾干,另一半不再浸渍KH550,以资对照。

(3)涂胶、迭合和装配按配方量依次称取胶液的前三个组份,搅匀,再加入第4个组份,搅匀,分别涂于试样(1)、(2)和(3)上,按要求迭合和装配。

(4)固化室温下放置48小时。

试验结果与讨论

(一)按试样(图2)浸涂K H 550后,测定胶接固化的压缩剪切强度,强度为43～93kg,不浸涂KH550的试样剪切强度不大于10kg。

(二)按试样(图3)胶接的试件搭接剪切强度,经KH550处理的为21.9kg/cm2,不经处理的仅2.9kg/cm2。

上述的胶接强度都说明,采用KH550处理被胶接面的胶接强度比不处理的高,套接和搭接都可以提高4～9倍。

(三)按图1胶接的水准器,未浸涂KH550的合格水准泡胶接后仍符合GB1164—74标准,浸涂KH550的合格水准泡胶接后就不符合GB1164—74标准。

经在水准器精度专用测试仪上测定两种情况的精度,部分结果如表1所示。

表1 KH550处理与否与水准器的精度关系

从表1可见,经过浸涂KH550处理过的水准器的精度发生了极为显著的变化,国标规定60"水准器公差为±10",现在只有19"～47",平均值约为30"。

这种变化说明水准泡的弧面半径的变化,即由国标规定的60"水准泡弧面半径6876mm,变到30"水准泡的弧面半径13751mm左右,如图4所示。

即是经过KH550处理,使60"水准泡产生了界面拉伸应力。

这种界面应力的产生是由偶联剂KH550与被胶接物(一面为H62铜,一面为玻璃)和胶接剂(硅橡胶)发生了偶联化学反应,反应中由于低分子物的放出,产生胶粘剂和偶联反应物的体积收缩(这种收缩显然比单独使用硅橡胶胶粘剂,不用偶联剂大得多)引起的。

而且这种应力由于所使用的试样,有一个面开口,分布会更不均匀,故更明显地表现出来。

倘若没有这个开口应力会对称一些,但测定就十分困难了。

图4 60",30"水准泡弧面半径示意图

1—60"水准泡;2—30"水准泡

硅烷偶联剂与被胶接物和胶粘剂(这里指弹性体胶)在界面形成一个以硅烷为骨架的中间界面层,这种界面层的交联密度比弹性体胶层内的交联密度大,从而不能像弹性体那样松弛缓和界面应力。

这里偶联剂与被胶接物界面反应,推测如下:

氨基能催化烷氧基水解,并导致很快缩聚,或者氨基和硅醇基同时吸附在玻璃表面上很快缩聚。

在金属表面偶联剂也能发生类似的反应。

产生-NH和—OH基再分别与硅橡胶胶粘剂中的—OH基形成氢键和缩聚而完成偶联过程。

一般说来偶联剂的界面反应物其交联密度大,释放出醇和水,从而产生了界面应力。

这种应力在适当的条件下就能促使被胶接物产生变形,具有相应的测试设备就能测定变形程度,再进一步可以计算应力的大小。

这种偶联剂产生的界面应力可能是普遍的,只是由于它在绝大多数情况下不足以使被胶接物产生变形,而且测试手段缺乏,才未发现而已。

合成胶粘剂

合成胶粘剂是一种能把两个物件牢固地粘结在一起的物质,它在现代的科学技术中已广泛的应用。

由于它具有优良的粘接强度、耐水、耐化学药品、不易发霉等特点,与铆、焊、螺栓联结方式相比,具有应力分散均匀、工艺简单、防锈等优点,目前在国防或工业上正在逐步取代上述这些传统的结合方法。

由于胶粘面具有平整,无损等特点,目前国内外在修复文物方面也正逐步扩大胶粘剂的应用面。

目前在省内对青铜器文物的修复粘接尚未见有报导,为此我们把对淅川下寺出土的春秋晚期楚墓的两个断裂甬钟进行粘接修复的过程作一报导,供有关方面参考。

甬钟编号淅川下寺M2:17,甬把重4斤,钟重27.5斤,断裂情况见照片(上),断裂面为一不规则的同心圆。

外径平均为4.8厘米,内径平均为3.4厘米,经计算需粘接的断裂面积为9平方厘米。

要求粘牢后能悬挂和来回摆动。

目前国内应用于金属与金属之间的合成胶粘剂有酚醛一缩醛、酚醛一聚酰胺、酚醛一丁腈橡胶、环氧类胶粘剂、氰基丙烯酸酯等材料。

断裂的甬钟要求粘接后能承受较大的载荷,不产生变形、要求耐环境的老化性能好。

环氧类胶粘剂具有粘合强度高,粘附性好、收缩率小、耐化学品稳定性高,对霉菌抵抗力强等优点,我们决定选用环氧树脂;为了使它固化交联成网状结构,以显示出它的优良性能,又为了改善其冲击韧性,决定选用上海产的#650聚酰胺树脂作为固化剂和增韧剂,不添加具有挥发性的增塑剂,以提高其耐老化的性能。

甬钟的两个断裂面经表面处理(化学除锈)后部分地方不太吻合,决定采用填充剂。

由于氧化铜是青铜器文物上的一种很稳定的腐蚀产物,目前有一种无机胶粘剂也选用氧化铜作为组份,为了提高固化时的温度,增加胶接处的耐热性,减小收缩率,决定采用氧化铜粉作为有机胶粘剂的填充剂。

表面处理是胶接工艺中重要的一环,要想得到满意的粘接强度,必须进行适当的表面处理,为此我们先用软毛刷将断裂面的灰尘刷洗干净,然后决定选用去铜锈的试剂,经试验我们推荐以下两种配方:

淅川下寺出土断裂甬钟(M2:17)修复前后情况

断裂面生锈较薄的青铜器

溶液1氢氧化钠5克

酒石酸钾钠15克

蒸馏水100毫升

溶液2过氧化氢(30%) 20毫升

蒸馏水100毫升

溶液2须装在棕色滴瓶里,应存放在阴凉而不露光的地方。

在断裂面上先滴几滴溶液1,然后再滴入溶液2,使锈上产生一些小水泡,待水泡散发完再用刷子刷一下,待锈去掉后(有时须重复几次)用蒸馏水洗净,再用热风吹干即可。

断裂面生锈较厚的青铜器

先滴几滴90%的浓硫酸在断裂面上,然后用药勺加上一些锌粉,用一根玻璃棒拌匀,待锈去掉后(有时也须重复几次)用蒸馏水洗净,再用热风吹干即可。

胶粘剂的配方(重量份)

6101环氧树脂100

650聚酰胺80

氧化铜粉(分析纯)50

粘接工艺:使断裂面均匀地分布到粘接剂,粘合后用绷带绑紧,将粘合后挤出的树脂用手术刀刮除。

然后在鼓风干燥箱中升温到100℃固化1.5小时再升温到135℃固化1.5小时。

逐步冷却,第二天折除绷带。

用绳子将甬钟悬挂起,来回摆动,敲打所发生的钟声没有破裂感。

悬挂后经半个月的观察,仍保持原样,能满足修复、陈列展出的要求。

结束语

以KH550为偶联剂,107硅橡胶等为胶粘剂,胶接容易测定应力变形的水准器,测定了偶联剂产生的界面应力引起的水准泡的变形情况,试验表明偶联剂能产生界面应力。

这种应力是由于偶联剂与被胶接物表面和粘合剂之间反应,放出低分子物,形成交联密度更大的以偶联剂为骨架的界面层产生的。

这种用水准泡测定偶联剂产生界面应力的方法,我们认为可以用来比较各种偶联剂产生界面应力变形的大小。