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超低溫用UV丙烯酸酯膠:-196℃粘接粘度高達17MPa

2021/8/13 11:35:58??????點擊:
就在今年6月,三名中國宇航員首次進入了自己國家的太空空間站,舉國歡騰。

不少人好奇,空間站的材料是怎么忍受太空中各種惡劣條件的?比如,能夠在超低溫環境下(液氮-196℃)使用的膠黏劑并不常見。本文將要介紹一種由北京航空航天大學研究團隊公開的一款UV固化丙烯酸酯膠黏劑,即使在液氮環境中,依舊可以保持17MPa。這種膠黏劑的技術核心在于配方中使用了一種特殊的高性能熱塑性樹脂——酚酞基聚芳醚***(PEKC)。研究者在UV光固化丙烯酸酯膠黏劑體系中,分別加入1,2,3,4%的PEKC(其它原材料份數保持不變),各配方在液氮溫度下對鋁-玻璃搭接基材的粘接力如下圖所示:

由上圖可見,隨著PEKC含量從0增加到4%,膠黏劑的剪切強度逐步提高,當PEKC含量為3%時,在液氮下的粘接強度達到最大值17.23MPa,充分表明了PEKC可以有效提高UV固化丙烯酸酯膠黏劑在超低溫下的粘接性能。研究者認為,純粹的UV丙烯酸酯膠黏劑體系脆性較大,在超低溫下,收縮嚴重,極易與被粘接基材發生脫粘現象,從而導致較低的粘接力。若體系中加入適量的PEKC,則能構成熱塑/熱固共混樹脂體系,誘導成核-增長相分離機制的形成,造成“海(富熱固相)/島(富熱塑相)結構?!睄u“的存在會引發次級裂紋,從而體系抵抗裂紋擴展的能力增強。另一方面,PEKC的加入可以降低丙烯酸酯體系的固化收縮率和熱膨脹系數,有效降低丙烯酸酯體系的收縮內應力,從而提高UV丙烯酸酯膠在液氮溫度下的粘接能力。為了驗證以上設想,研究者測試了PEKC不同含量下的體收縮率和線收縮率,如下所示:


如上圖所示,沒有加入PEKC的UV丙烯酸酯膠黏劑體系的體收縮率為25.61、線收縮率為1.78%。加入PEKC后,兩者收縮率相應下降;PEKC含量越高,體系的收縮率越??;當PEKC為4%時,膠黏劑的體收縮率和線收縮率分別下降到6.24%和0.41%,兩者均下降了將近4倍。研究者認為”UV固化樹脂體系的體積收縮主要原因在于固化過程中聚合反應帶來的原子間距離的變化,PEKC本身不會參與到固化交聯反應中,可以降低丙烯酸酯體系中官能度含量,從而可以降低收縮率;另一方面,固化過程中丙烯酸酯固化物可能會與PEKC發生相分離,可以部分抵消固化導致的體積收縮,有望進一步降低丙烯酸酯體系的內應力?!?/span>另外,PEKC/丙烯酸酯膠黏劑的熱膨脹系數如下表所示:


隨著PEKC含量從0增加到4%,線性膨脹系數則從6.71下降到5.29。常見材料的線性熱膨脹系數分別是:鋁合金2.32x10-5/℃,銅為1.75x10-5/℃,玻璃為1.15x10-5/℃。膠黏劑的熱膨脹系數越接近被粘材料的膨脹系數,膠/基材界面在不同溫度下的接觸效果越好,所以PEKC的加入降低了體系的膨脹系數,從而提高了其在超低溫下的粘接效果。總的來說,PEKC的加入可以有效降低UV固化丙烯酸酯樹脂膠黏劑的熱膨脹系數和收縮率,促使其在液氮溫度下依舊能保持17MPa的粘接剪切強度(鋁/玻璃)。更多濾芯膠請訪問www.www.click4cv.com