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正确应用环氧树脂粘结剂修补农业机械

文章作者:51abj.com 人气: 发表时间:2018-12-27

一、性能介绍
环氧树脂是农机修理中常用的粘结剂。在应用时根据需要可加入相应比例的硬化剂、填充剂、增塑剂和稀释剂。目前常用环氧树脂的主要技术指标如表7所示。常用硬化剂的种类及使用方法见表8。在应用中可按表9选择填充剂。为了减小环氧树脂粘结剂硬化后的脆性,提高其抗弯曲、抗冲击的能力,需加入增塑剂。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯(无色无毒油状液体,20℃时比重为1.84)、邻苯二甲酸二辛酯及磷酸三苯脂(白色针状结晶,可溶于丙酮、醚及苯中,熔点为49~50℃)。增塑剂的用量常为环氧树脂重量的10~20%。值得注意的是加入增塑剂的环氧树脂粘结剂,硬化后的耐热性降低,电绝缘性也变差,如果加入过量,硬化速度减慢,粘结强度也会降低。

为了降低粘结剂的粘稠度,增加其流动性和渗透性,便于粘结、灌注和喷涂,可加入稀释剂。加入稀释剂后,还可延长粘结剂的使用时间。常用稀释剂有丙酮、无水乙醇、甲苯、二甲苯、信那水等。稀释剂加入过多,会使粘结剂固化速度减慢,收缩率大,且易产生气泡。除喷涂外,一般用量为环氧树脂重量的5~10%,夏天不加或少加,冬天稍多加些。修理中,只有在采用冷硬化剂(如乙二胺)硬化的粘结剂中,才加入少量的稀释剂,以利灌注。当采用酸酐类硬化剂时,除喷涂外,一般可不必加入稀释剂。

表7 常用环氧树脂主要技术指标

牌号 软化点(℃) 环氧值(当量/100克) 一般性能及用途 新牌号
618 常温下为液体 0.48以上 粘合力强,粘度低,便于操作,适于粘合,浇铸 E-51
6101 14~22 0.40~0.47 分子量低,适于粘合、浇铸 E-44
634 20~28 0.38~0.45 分子量低,适于粘合、浇铸 E-42
637 30~38 0.30~0.40 软化点较高,适于粘合、浇铸、密封 E-35
601 64~67(固体) 0.18~0.22 附着力好,柔韧性好的涂料原料 E-20
603 78~85(固体) 0.10~0.18 附着力好,柔韧性好的涂料原料 -
604 80~95(固体) 0.09~0.15 附着力好,柔韧性好的涂料原料 E-12
607 110~135(固体) 0.04~0.07 具有良好的抗化学药品及绝缘性能 -

表8 常用硬化剂的用量及硬化条件

硬化剂 用量(重量比*) 调制温度℃ 允许操作时间 硬化条件 粘结剂性能(参考)  
类别 名称
胺类硬化剂 乙二胺 6~8 20~40 0.5小时左右 20~2524小时或1201小时 普通非结构粘结剂 乙二胺有毒。调制时控制温度不超过40
二乙烯三胺 8~10 - 20~251~2天或11505小时 加热硬化耐高温 有轻毒
多乙烯多胺 10~15 - 20~251~2天或803小时 - 有轻毒
间苯二胺 14~16 65 5小时 120~1503~6小时 耐高温高强度 有毒
酸酐类硬化集剂 邻苯二甲酸酐 35~50 120~140 长期 150~1804~6小时压力05~3公斤/厘米2 耐高温高强度 有刺激作用
顺丁烯二酸酐 30~40 60 长期 150~1804~6小时压力0.5~3公斤/厘米2 耐高温高强度 -
树脂类硬化剂 聚酰胺树脂(低分子量) 40~100 20~25 长期 20~252~3天或1502小时 高韧性、耐磨性、高强度 无毒
酚醛树脂 30~40 20~25 长期 150~1802~4小时 耐高温高强度 调制时如加入适量的乙二胺可提高硬化速度
咪唑类硬化剂 咪唑 2~5 45℃溶于乙二醇 长期 1504小时 耐高温、耐腐蚀、高温度 -
2—甲基咪唑 2~5 同上 同上 同上 耐热耐腐蚀 -
2—乙基—4—甲基咪唑 2~5 同上 同上 同上 耐热、耐腐蚀、高强度 -

*指每100个重要单位(克)的环氧树脂中,应加入的硬化剂的重量单位数(克)。

表9 填充剂的应用

加入填充剂的目的 所用填充剂
提高冲击韧性 石棉纤维、玻璃纤维
提高耐热性 石棉粉(120目以上)、硅胶粉、酚醛树脂、云母粉
增加粘结力,提高机械强度 铝粉(200目以上)、瓷粉(300目以上)、氧化铝粉(200目以上)、无碱玻璃布
提高硬度 石英粉(300目以上)、瓷粉、铁粉、水泥、金刚砂(300目以上)
增加导热导电性 铝粉、铜粉
增加粘稠度,防止在垂直面上流胶 滑石粉、白垩粉
增加润滑性 石墨粉、滑石粉、二流化钼粉
增加绝缘性 云母粉、瓷粉、石英粉
降低收缩率 石英粉、石棉粉、滑石粉
具有色彩 各种颜料


二、应用范围
可粘结各种类型的材料,对金属与金属,金属与非金属,非金属与非金属均有较强的粘结力。如金属中的硬质合金,有色金属、合金钢、不锈钢、碳钢、铸铁等,非金属如玻璃、陶瓷。塑料(聚乙烯和聚氯乙烯塑料除外)、橡胶、木材等;均可粘结。在农机修理中,环氧树脂粘结剂主要用于下列几方面:

①修复铸铁零件,如气缸体、气缸盖(目前还不能修复燃烧室等高温部位)、各种铸铁壳体或箱体等的裂缝、气孔和砂眼,并可对大块破碎处进行修补。

②修复有色金属零件,如铝制气缸体、气缸盖及汽化器壳、汽油泵壳、分配式油泵壳等的断裂、裂缝、气孔和砂眼等。

③修复非金属零件,如分电盘盖、分火头及点火线圈胶木盖的断裂与漏电,方向盘、电瓶亮与盖、马达胶木盖的断裂,刹车片与离合器片的粘结等。

④修复磨损的轴类零件,如用卷粘法修复磨损的轴颈,用粘接修复轴与滚动轴承的配合或滚动轴承与座孔的配合等。

⑤密封,如用来解决水箱漏水,油箱漏油,各处堵塞,盖及接头的漏油、漏水、漏气等。

⑥防腐蚀,如水泵叶轮、水道边盖及分水管涂胶后,可以防腐蚀,延长使用寿命。

三、粘结工艺

环氧树脂粘结剂粘结的工艺过程一般是:粘结件及辅助加强件的准备-配料-涂胶-硬化-修整。

①粘结件及辅助加强件的准备

粘结件表面清洗(包括涂胶前的清洗)钢铁零件,一般可用烧碱水煮洗去油;铝制零件,可用碳酸钠25:肥皂10:水100的混合溶液,加温至90℃处理30分钟,或用汽油、酒精清洗,有条件的再用丙酮、三氯乙烯等有机溶剂擦洗,去油污效果更好,随后,再用砂布或手砂轮除去锈层。

破损部位的处理在破损处要进行钳工加工,可在裂纹两端钻直径为3~4毫米的止裂孔,并在裂纹处开出深为零件厚度2/3左右的“V”形槽,槽两侧应加工到见金属光泽,对其它破洞、折断等损坏,也应根据情况进行适当的钳工处理,目的是增加粘结表面,消除应力集中部位和便于施工;还应对表面进行粗糙处理,常用钢丝刷、锉刀、砂布、砂轮、喷砂等将粘结表面搞毛糙,增加粘合面,提高机械粘附力,从而提高粘结强度。除此外,还需进行粘接表面的化学处理,即通过化学药品的作用,使粘结表面产生一层微观多孔性的化学薄膜,它具有很大的吸附力。如有条件进行这种处理,则处理后可明显地提高粘件的粘结强度。

辅助加强设备的准备农机壳体类零件,常因受力过大而出现裂、爆、崩缺等现象。在粘补这一类零件对,因粘结剂不能达到一般铸铁的抗拉强度(15~20公斤/毫米2),所以不能恢复受力位置的承载能力,必须配用辅助加强件。辅助加强的方法应根据粘结形状、大小和受力情况等决定,采用玻璃布、绸布、点焊、金属码、键、钉、燕尾块、铁板等方法。最常用的方法为补板法和粘玻璃布法。前者适用于长的裂纹或破洞,常按裂纹范围和破洞大小,用1.5~2毫米厚的钢板或铜板配制一块补板,作为加强元件。补板应比裂纹长40毫米左右、宽50毫米左右,补板表面形状应与零件表面形状密切吻合。然后将补板与零件一齐钻孔,在零件上攻丝,在补板上扩孔。采用粘玻璃布法加强时,粘补用的玻璃布宜采用无碱玻璃布,玻璃布表面多带有一层浆料或油脂,它对粘结强度有很大的影响,使用前应将玻璃布放在300℃左右的温度下,保温10分钟,脱去浆料与油脂,最后按粘补需要的大小与层数裁剪。

②粘结剂的配制。由于硬化剂的种类不同,粘接胶的配制方法略有差异。用胺类作硬化剂时,配制工艺(即冷硬化粘结剂的调制工序)如下:

调制热硬化粘结剂时,环氧树脂应放火烧杯中加热至全部熔化,并在此温度下保温2~3分钟。其加热方法,可以用红外线灯照射,也可在火炉或电炉上隔水加热。加入硬化剂后,在室温下一般使用期为18~24小时。

调制冷硬化粘结剂时,环氧树脂一般可不必加热,但冬季低温或其分子量较高不便调制时,可适当加热至熔化。一般调胶温度不宜超过40~45℃,加入胺类硬化剂时,应边加入边搅拌,以免局部积热。一般每次配制量在100~150克左右,配量过多,使温度迅速上升,结块不能使用。调胶后,一般有效使用时间为半小时左右,如搅匀后立即倒在干净白纸上散热,可延长有效使用时间至一个半小时左右。

硬化剂用量要准确,特别是使用乙二胺作硬化剂时,一般是以所有环氧树脂能完全进行化合为准。如加入量过少,则环氧树脂不能完全硬化,产生假硬化甚至不硬化;加入量过多,则硬化后的环氧树脂胶性质脆,硬化速度快。

下面以修理中应用广泛的农机粘补胶Ⅰ号和Ⅱ号为例介绍粘接胶的配制方法。

农机粘补胶Ⅰ号配方:

甲组分:重量份数

环氧树脂 6101# 100

聚硫橡胶(分子量1000) 30

生石灰(160目以上,600℃30活化4小时)

(根据各地原料来源和施工环境条件可选用各种牌号的通用(标准)环氧树脂)。

乙组分:

三乙烯四胺10.84

DMP-302.96(即2、4、6-三甲氨基甲基)苯酚)硫 1.4

2-甲基咪唑 1.54

环氧树脂618#3.26

(根据地区与季节温度的不同,环氧树脂量可以调节,主要改变稠度以控制工艺性能)

KH-5503 (不加KH—550亦可,但强度略有下降)

农机粘补胶Ⅱ号配方:

甲组分: 重量份数

环氧树脂6101#100

邻苯二甲酸二丁脂 15

生石灰(160目以上,600℃活化4小时) 30

乙组分:

二乙烯三胺 10

DMP-30 6.28

硫 3.72

除了上述两个配方外,还可根据原料来源、性能需要及不同的工作条件,采用其它配方的粘结剂。这些粘结剂品种繁多,各有所长,应用于各种不同的粘修工艺。一般冷硬化粘结剂,多用于体积较大,不便加热的零件(如气缸体、后桥壳体等),或不能加热的零件(如电瓶壳、胶木等)。对要求耐较高温度或较高粘结强度的零件,则应使用热硬化粘结剂。表10列举了12种配方及其性能,供参考。

表10 粘结剂配方(未注明的单位:克)

编号 配方 硬化条件 性能
1 环氧树脂100
邻苯二甲酸二丁脂
20
乙二胺
 8
石灰粉
25
石棉粉25
常温24小时 耐热性较好
一般填补
2 环氧树脂 100
邻苯二甲酸二丁脂
15
乙二胺
 8
氧化铝
20
丙酮 10~20
常温24小时 一般灌注粘补
3 环氧树脂 100
聚酰胺
40~100
银粉
15
氧化铝15
常温24小时或603小时 韧性好
4 环氧树脂 100
邻苯二甲酸二丁脂
20
乙二胺
 8
石棉粉30
常温24小时 耐热性较好
5 环氧树脂 100
邻苯二甲酸二丁脂
12
酚醛树脂
 100
乙二胺
 1.5
氧化铝
12
乙醇20
1252小时 高温粘补(耐热性250℃左右)
6 环氧树脂 100
聚酰胺树脂
40
二硫化钼粉
80
乙醇
 150
丙酮 150
1302小时 用作耐磨表面,润滑性较好
喷涂用
7 环氧树脂100
邻苯二甲酸二丁脂
 20
邻苯二甲酸酐
 40
二硫化钼粉
120
丙酮300
170 2.5小时 润滑性能较好
喷涂用
8 环氧树脂100
邻苯二甲酸二丁脂
 15
邻苯二甲酸酐
 35
石棉粉 20
170 2.5小时 具有高的耐热性
粘结性好
9 环氧树脂100
邻苯二甲酸二丁脂
 20
乙二胺
6
石灰粉
 80
水泥(400#) 20
常温24小时 适应填补量大
10 环氧树脂100
聚酰胺树脂
60~70
(650#651#300#
均可)
DMP30 1~3或苯酚
 3~5
生石灰3
常温24小时或1002小时 产物收缩性小,韧性好,粘结强度好,使用方便
11 环氧树脂637# 100
邻苯二甲酸酐
60
二氧化硅粉
10
铝粉50
零件加温到196℃后粘结,然后在185℃温度下保温3小时 系环氧树脂棒料焊剂,粘结强度高,抗拉强度可达1018公斤/厘米2
12 环氧树脂634# 100
邻苯二甲酸二丁脂10
毫升
乙二胺
8~12
毫升
胶木粉
 30
常温下2~3 绝缘性能好,用于粘修电气绝缘零件

当配方选定后,照配方顺序称取各种原料的重量,甲组分和乙组分分开配制。如制备农机粘补胶Ⅰ号或Ⅱ号甲组分时,将照配方称取的各种原料倒入容器中,边加热边搅拌(加热约60℃,使胶变稀)至混合均匀,经40目过筛后,灌入铅管中封口备用。制备乙组分时,根据配方顺序称取原料,将原料倒入带有搅拌器的三口烧瓶内,在充分搅拌下逐渐升温至110~120℃,并保持此温度,其颜色由浅黄(精品)或黑褐色(粗品)转变成鲜红或淡黄色,最后成为桔红透明均一溶液。泡沫消失,反应完全(3000毫升料约需3~4小时)。冷却后出料,灌装入小安瓶封口备用。

在使用时取等量的甲、乙组分,在玻璃板上搅拌均匀,即可使用,注意用多少配多少,以免硬化失效。

③粘接涂胶。将配制好的粘结剂涂于准备好的粘结表面上,如两件是直接粘合,则在两件的粘合面上各涂一层胶,胶层厚约0.1毫米。然后,将两件粘合在一起,加以接触压力,挤出多余的胶便可。涂胶过程必须均匀迅速。

如系修复裂缝。可将粘结剂灌注或涂敷在已准备好的“V”形槽内,并稍高于原来表面, 最后再粘贴 l~2层无碱玻璃布。如采用辅助加强板,则加强板、联接螺钉与零件之间均需涂胶。修复管件裂缝或修复磨损轴时,可用涂胶的无碱玻璃布或白纱带等缠绕,玻璃布层贴或缠绕时不得有气孔,以免影响胶结面。降低粘结强度。

④硬化。涂胶粘接(或粘补)后,即可按配方要求条件进行硬化处理。不同的硬化剂,必须采用不同的硬化条件。采用冷硬化剂时,一般在室温下放置1~2天,必要时在阳光下晒4~5小时即可硬化。采用热硬化剂时,一定要在规定的加热温度和时间内进行硬化。加热温度不应一下子过高,升温和降温都应缓慢,否则易发生气泡、碳化等缺陷,影响粘补质量。此外,在加热硬化时,还应注意防止粘结剂的流失。

硬化完全的环氧树脂粘结剂,用丙酮去擦都不会留下手纹痕迹,如有溶解现象,则说明没有完全硬化,不应使用。

⑤表面整修及防护。粘结剂彻底硬化后,根据粘件的形状及尺寸要求进行修整,可以用锉刀修整,也可以车、镗、刨、……。在进行机加工时,吃刀量不要过大,速度不要过高,不要冲击敲打。

修整后,即可涂一层防护漆,涂漆主要是减少粘结剂的自然老化,亦可提高粘接部位忍受环境条件的能力,一般采用黑漆或与粘件同色之油漆。

四、存在的问题及注意事项

①环氧树脂粘结剂性质较脆,耐热性较低(目前较好的允许工作温度约为250~300℃),使用具有一定的局限性。

②配制环氧树脂粘结剂所用的各种化工药品,有的有毒性,有的有腐蚀性,有的易燃。工作中要特别注意安全,做好防毒、防腐蚀、防爆、防火等工作。操作时应背风,戴好口罩和手套。

③胺类硬化剂发热量高,有效使用期短,不宜配制较大数量,用多少配多少,随配随用,一次用完,一般每次不超过150克。冬季配料时,常需将环氧树脂加热,以便与增塑剂等搅拌均匀,待其冷却后再加入乙二胺。否则,在温度过高(35℃以上)时加入乙二胺,会出现未搅拌均匀就硬化的情况。调胶容器应浅平,便于散热,夏季高温时,应将调胶容器置于冷水中散热调胶。容器在涂胶后,要及时清洗。

④为增加粘结强度,粘接件接头设计时应设法增加粘决面积,减少接头所受剥离力。接头最好结构为套接,次之是糟接,平接最差。

⑤粘件表面处理应保证清洁,并使二粘结面配合良好,以获得厚薄均匀的胶层,机械加工的粘结表面,光洁度宜为▽3左右,胶层厚度0.1~0.15毫米为宜,光洁度过高,胶层厚度过大,均会降低粘结强度。

⑥在硬化过程中,不能变动零件粘结面的相互位置,否则对粘结强度影响很大。

⑦环氧树脂粘结剂不耐冲击,所以不能用锤击等方法来检查是否硬化。

 

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