正確應用環氧樹脂粘結劑修補農業機械

    (1)性能介紹
    環氧樹脂是農機修理中常用的粘結劑。在應用時根據需要可加入相應比例的硬化劑、填充劑、增塑劑和稀釋劑。目前常用環氧樹脂的主要技術指標如表7所示。常用硬化劑的種類及使用方法見表8。在應用中可按表9選擇填充劑。為了減小環氧樹脂粘結劑硬化后的脆性,提高其抗彎曲、抗沖擊的能力,需加入增塑劑。常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯(無色無毒油狀液體,20℃時比重為1.84)、鄰苯二甲酸二辛酯及磷酸三苯脂(白色針狀結晶,可溶于丙酮、醚及苯中,熔點為49~50℃)。增塑劑的用量常為環氧樹脂重量的10~20%。值得注意的是加入增塑劑的環氧樹脂粘結劑,硬化后的耐熱性降低,電絕緣性也變差,如果加入過量,硬化速度減慢,粘結強度也會降低。
    為了降低粘結劑的粘稠度,增加其流動性和滲透性,便于粘結、灌注和噴涂,可加入稀釋劑。加入稀釋劑后,還可延長粘結劑的使用時間。常用稀釋劑有丙酮、無水乙醇、甲苯、二甲苯、信那水等。稀釋劑加入過多,會使粘結劑固化速度減慢,收縮率大,且易產生氣泡。除噴涂外,一般用量為環氧樹脂重量的5~10%,夏天不加或少加,冬天稍多加些。修理中,只有在采用冷硬化劑(如乙二胺)硬化的粘結劑中,才加入少量的稀釋劑,以利灌注。當采用酸酐類硬化劑時,除噴涂外,一般可不必加入稀釋劑。

                              表7常用環氧樹脂主要技術指標

牌號 軟化點(℃) 環氧值(當量/100克) 一般性能及用途 新牌號
618 常溫下為液體 0.48以上 粘合力強,粘度低,便于操作,適于粘合,澆鑄 E-51
6101 14~22 0.40~0.47 分子量低,適于粘合、澆鑄 E-44
634 20~28 0.38~0.45 分子量低,適于粘合、澆鑄 E-42
637 30~38 0.30~0.40 軟化點較高,適于粘合、澆鑄、密封 E-35
601 64~67(固體) 0.18~0.22 附著力好,柔韌性好的涂料原料 E-20
603 78~85(固體) 0.10~0.18 附著力好,柔韌性好的涂料原料 -
604 80~95(固體) 0.09~0.15 附著力好,柔韌性好的涂料原料 E-12
607 110~135(固體) 0.04~0.07 具有良好的抗化學藥品及絕緣性能 -

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                              表8常用硬化劑的用量及硬化條件

硬化劑 用量(重量比*) 調制溫度℃ 允許操作時間 硬化條件 粘結劑性能(參考)
類別 名稱
胺類硬化劑 乙二胺 6~8 20~40 0.5小時左右 20~2524小時或1201小時 普通非結構粘結劑 乙二胺有毒。調制時控制溫度不超過40
二乙烯三胺 8~10 - 20~251~2天或11505小時 加熱硬化耐高溫 有輕毒
多乙烯多胺 10~15 - 20~251~2天或803小時 - 有輕毒
間苯二胺 14~16 65 5小時 120~1503~6小時 耐高溫高強度 有毒
酸酐類硬化集劑 鄰苯二甲酸酐 35~50 120~140 長期 150~1804~6小時壓力05~3公斤/厘米2 耐高溫高強度 有刺激作用
順丁烯二酸酐 30~40 60 長期 150~1804~6小時壓力0.5~3公斤/厘米2 耐高溫高強度 -
樹脂類硬化劑 聚酰胺樹脂(低分子量) 40~100 20~25 長期 20~252~3天或1502小時 高韌性、耐磨性、高強度 無毒
酚醛樹脂 30~40 20~25 長期 150~1802~4小時 耐高溫高強度 調制時如加入適量的乙二胺可提高硬化速度
咪唑類硬化劑 咪唑 2~5 45℃溶于乙二醇 長期 1504小時 耐高溫、耐腐蝕、高溫度 -
2―甲基咪唑 2~5 同上 同上 同上 耐熱耐腐蝕 -
2―乙基―4―甲基咪唑 2~5 同上 同上 同上 耐熱、耐腐蝕、高強度 -

    *指每100個重要單位(克)的環氧樹脂中,應加入的硬化劑的重量單位數(克)。
                                         表9 填充劑的應用

加入填充劑的目的 所用填充劑
提高沖擊韌性 石棉纖維、玻璃纖維
提高耐熱性 石棉粉(120目以上)、硅膠粉、酚醛樹脂、云母粉
增加粘結力,提高機械強度 鋁粉(200目以上)、瓷粉(300目以上)、氧化鋁粉(200目以上)、無堿玻璃布
提高硬度 石英粉(300目以上)、瓷粉、鐵粉、水泥、金剛砂(300目以上)
增加導熱導電性 鋁粉、銅粉
增加粘稠度,防止在垂直面上流膠 滑石粉、白堊粉
增加潤滑性 石墨粉、滑石粉、二流化鉬粉
增加絕緣性 云母粉、瓷粉、石英粉
降低收縮率 石英粉、石棉粉、滑石粉
具有色彩 各種顏料

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  (2)應用范圍
    可粘結各種類型的材料,對金屬與金屬,金屬與非金屬,非金屬與非金屬均有較強的粘結力。如金屬中的硬質合金,有色金屬、合金鋼、不銹鋼、碳鋼、鑄鐵等,非金屬如玻璃、陶瓷。塑料(聚乙烯和聚氯乙烯塑料除外)、橡膠、木材等;均可粘結。在農機修理中,環氧樹脂粘結劑主要用于下列幾方面:
    ①修復鑄鐵零件,如氣缸體、氣缸蓋(目前還不能修復燃燒室等高溫部位)、各種鑄鐵殼體或箱體等的裂縫、氣孔和砂眼,并可對大塊破碎處進行修補。
    ②修復有色金屬零件,如鋁制氣缸體、氣缸蓋及汽化器殼、汽油泵殼、分配式油泵殼等的斷裂、裂縫、氣孔和砂眼等。
    ③修復非金屬零件,如分電盤蓋、分火頭及點火線圈膠木蓋的斷裂與漏電,方向盤、電瓶亮與蓋、馬達膠木蓋的斷裂,剎車片與離合器片的粘結等。
    ④修復磨損的軸類零件,如用卷粘法修復磨損的軸頸,用粘接修復軸與滾動軸承的配合或滾動軸承與座孔的配合等。
    ⑤密封,如用來解決水箱漏水,油箱漏油,各處堵塞,蓋及接頭的漏油、漏水、漏氣等。
    ⑥防腐蝕,如水泵葉輪、水道邊蓋及分水管涂膠后,可以防腐蝕,延長使用壽命。
    (3)粘結工藝
    環氧樹脂粘結劑粘結的工藝過程一般是:粘結件及輔助加強件的準備-配料-涂膠-硬化-修整。
    ①粘結件及輔助加強件的準備
    粘結件表面清洗(包括涂膠前的清洗)鋼鐵零件,一般可用燒堿水煮洗去油;鋁制零件,可用碳酸鈉25:肥皂10:水100的混合溶液,加溫至90℃處理30分鐘,或用汽油、酒精清洗,有條件的再用丙酮、三氯乙烯等有機溶劑擦洗,去油污效果更好,隨后,再用砂布或手砂輪除去銹層。
    破損部位的處理在破損處要進行鉗工加工,可在裂紋兩端鉆直徑為3~4毫米的止裂孔,并在裂紋處開出深為零件厚度2/3左右的“V”形槽,槽兩側應加工到見金屬光澤,對其它破洞、折斷等損壞,也應根據情況進行適當的鉗工處理,目的是增加粘結表面,消除應力集中部位和便于施工;還應對表面進行粗糙處理,常用鋼絲刷、銼刀、砂布、砂輪、噴砂等將粘結表面搞毛糙,增加粘合面,提高機械粘附力,從而提高粘結強度。除此外,還需進行粘接表面的化學處理,即通過化學藥品的作用,使粘結表面產生一層微觀多孔性的化學薄膜,它具有很大的吸附力。如有條件進行這種處理,則處理后可明顯地提高粘件的粘結強度。
    輔助加強設備的準備農機殼體類零件,常因受力過大而出現裂、爆、崩缺等現象。在粘補這一類零件對,因粘結劑不能達到一般鑄鐵的抗拉強度(15~20公斤/毫米2),所以不能恢復受力位置的承載能力,必須配用輔助加強件。輔助加強的方法應根據粘結形狀、大小和受力情況等決定,采用玻璃布、綢布、點焊、金屬碼、鍵、釘、燕尾塊、鐵板等方法。常用的方法為補板法和粘玻璃布法。前者適用于長的裂紋或破洞,常按裂紋范圍和破洞大小,用1.5~2毫米厚的鋼板或銅板配制一塊補板,作為加強元件。補板應比裂紋長40毫米左右、寬50毫米左右,補板表面形狀應與零件表面形狀密切吻合。然后將補板與零件一齊鉆孔,在零件上攻絲,在補板上擴孔。采用粘玻璃布法加強時,粘補用的玻璃布宜采用無堿玻璃布,玻璃布表面多帶有一層漿料或油脂,它對粘結強度有很大的影響,使用前應將玻璃布放在300℃左右的溫度下,保溫10分鐘,脫去漿料與油脂,后按粘補需要的大小與層數裁剪。
    ②粘結劑的配制。由于硬化劑的種類不同,粘接膠的配制方法略有差異。用胺類作硬化劑時,配制工藝(即冷硬化粘結劑的調制工序)如下:
    調制熱硬化粘結劑時,環氧樹脂應放火燒杯中加熱至全部熔化,并在此溫度下保溫2~3分鐘。其加熱方法,可以用紅外線燈照射,也可在火爐或電爐上隔水加熱。加入硬化劑后,在室溫下一般使用期為18~24小時。
    調制冷硬化粘結劑時,環氧樹脂一般可不必加熱,但冬季低溫或其分子量較高不便調制時,可適當加熱至熔化。一般調膠溫度不宜超過40~45℃,加入胺類硬化劑時,應邊加入邊攪拌,以免局部積熱。一般每次配制量在100~150克左右,配量過多,使溫度迅速上升,結塊不能使用。調膠后,一般有效使用時間為半小時左右,如攪勻后立即倒在干凈白紙上散熱,可延長有效使用時間至一個半小時左右。
    硬化劑用量要準確,特別是使用乙二胺作硬化劑時,一般是以所有環氧樹脂能完全進行化合為準。如加入量過少,則環氧樹脂不能完全硬化,產生假硬化甚至不硬化;加入量過多,則硬化后的環氧樹脂膠性質脆,硬化速度快。
    下面以修理中應用廣泛的農機粘補膠Ⅰ號和Ⅱ號為例介紹粘接膠的配制方法。
    農機粘補膠Ⅰ號配方:
    甲組分:重量份數
    環氧樹脂 6101# 100
    聚硫橡膠(分子量1000) 30
    生石灰(160目以上,600℃30活化4小時)
    (根據各地原料來源和施工環境條件可選用各種牌號的通用(標準)環氧樹脂)。
    乙組分:
    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
    環氧樹脂618#3.26
    (根據地區與季節溫度的不同,環氧樹脂量可以調節,主要改變稠度以控制工藝性能)
    KH-5503 (不加KH―550亦可,但強度略有下降)
    農機粘補膠Ⅱ號配方:
    甲組分: 重量份數
    環氧樹脂6101#100
    鄰苯二甲酸二丁脂  15
    生石灰(160目以上,600℃活化4小時) 30
    乙組分:
    二乙烯三胺 10
    DMP-30 6.28
    硫 3.72
    除了上述兩個配方外,還可根據原料來源、性能需要及不同的工作條件,采用其它配方的粘結劑。這些粘結劑品種繁多,各有所長,應用于各種不同的粘修工藝。一般冷硬化粘結劑,多用于體積較大,不便加熱的零件(如氣缸體、后橋殼體等),或不能加熱的零件(如電瓶殼、膠木等)。對要求耐較高溫度或較高粘結強度的零件,則應使用熱硬化粘結劑。表10列舉了12種配方及其性能,供參考。

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  表10 粘結劑配方(未注明的單位:克)

編號 配方 硬化條件 性能
1 環氧樹脂100
鄰苯二甲酸二丁脂
20
乙二胺
8
石灰粉
25
石棉粉25
常溫24小時 耐熱性較好
一般填補
2 環氧樹脂 100
鄰苯二甲酸二丁脂
15
乙二胺
8
氧化鋁
20
丙酮 10~20
常溫24小時 一般灌注粘補
3 環氧樹脂 100
聚酰胺
40~100
銀粉
15
氧化鋁15
常溫24小時或603小時 韌性好
4 環氧樹脂 100
鄰苯二甲酸二丁脂
20
乙二胺
8
石棉粉30
常溫24小時 耐熱性較好
5 環氧樹脂 100
鄰苯二甲酸二丁脂
12
酚醛樹脂
100
乙二胺
1.5
氧化鋁
12
乙醇20
1252小時 高溫粘補(耐熱性250℃左右)
6 環氧樹脂 100
聚酰胺樹脂
40
二硫化鉬粉
80
乙醇
150
丙酮 150
1302小時 用作耐磨表面,潤滑性較好
噴涂用
7 環氧樹脂100
鄰苯二甲酸二丁脂
20
鄰苯二甲酸酐
40
二硫化鉬粉
120
丙酮300
170 2.5小時 潤滑性能較好
噴涂用
8 環氧樹脂100
鄰苯二甲酸二丁脂
15
鄰苯二甲酸酐
35
石棉粉 20
170 2.5小時 具有高的耐熱性
粘結性好
9 環氧樹脂100
鄰苯二甲酸二丁脂
20
乙二胺
6
石灰粉
80
水泥(400#) 20
常溫24小時 適應填補量大
10 環氧樹脂100
聚酰胺樹脂
60~70
(650#、651#、300#
均可)
DMP30 1~3或苯酚
3~5
生石灰3
常溫24小時或1002小時 產物收縮性小,韌性好,粘結強度好,使用方便
11 環氧樹脂637# 100
鄰苯二甲酸酐
60
二氧化硅粉
10
鋁粉50
零件加溫到196℃后粘結,然后在185℃溫度下保溫3小時 系環氧樹脂棒料焊劑,粘結強度高,抗拉強度可達1018公斤/厘米2
12 環氧樹脂634# 100
鄰苯二甲酸二丁脂10
毫升
乙二胺
8~12
毫升
膠木粉
30
常溫下2~3 絕緣性能好,用于粘修電氣絕緣零件

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    當配方選定后,照配方順序稱取各種原料的重量,甲組分和乙組分分開配制。如制備農機粘補膠Ⅰ號或Ⅱ號甲組分時,將照配方稱取的各種原料倒入容器中,邊加熱邊攪拌(加熱約60℃,使膠變稀)至混合均勻,經40目過篩后,灌入鉛管中封口備用。制備乙組分時,根據配方順序稱取原料,將原料倒入帶有攪拌器的三口燒瓶內,在充分攪拌下逐漸升溫至110~120℃,并保持此溫度,其顏色由淺黃(精品)或黑褐色(粗品)轉變成鮮紅或淡黃色,后成為桔紅透明均一溶液。泡沫消失,反應完全(3000毫升料約需3~4小時)。冷卻后出料,灌裝入小安瓶封口備用。
    在使用時取等量的甲、乙組分,在玻璃板上攪拌均勻,即可使用,注意用多少配多少,以免硬化失效。
    ③粘接涂膠。將配制好的粘結劑涂于準備好的粘結表面上,如兩件是直接粘合,則在兩件的粘合面上各涂一層膠,膠層厚約0.1毫米。然后,將兩件粘合在一起,加以接觸壓力,擠出多余的膠便可。涂膠過程必須均勻迅速。
    如系修復裂縫??蓪⒄辰Y劑灌注或涂敷在已準備好的“V”形槽內,并稍高于原來表面, 后再粘貼 l~2層無堿玻璃布。如采用輔助加強板,則加強板、聯接螺釘與零件之間均需涂膠。修復管件裂縫或修復磨損軸時,可用涂膠的無堿玻璃布或白紗帶等纏繞,玻璃布層貼或纏繞時不得有氣孔,以免影響膠結面。降低粘結強度。
    ④硬化。涂膠粘接(或粘補)后,即可按配方要求條件進行硬化處理。不同的硬化劑,必須采用不同的硬化條件。采用冷硬化劑時,一般在室溫下放置1~2天,必要時在陽光下曬4~5小時即可硬化。采用熱硬化劑時,一定要在規定的加熱溫度和時間內進行硬化。加熱溫度不應一下子過高,升溫和降溫都應緩慢,否則易發生氣泡、碳化等缺陷,影響粘補質量。此外,在加熱硬化時,還應注意防止粘結劑的流失。
    硬化完全的環氧樹脂粘結劑,用丙酮去擦都不會留下手紋痕跡,如有溶解現象,則說明沒有完全硬化,不應使用。
    ⑤表面整修及防護。粘結劑徹底硬化后,根據粘件的形狀及尺寸要求進行修整,可以用銼刀修整,也可以車、鏜、刨、……。在進行機加工時,吃刀量不要過大,速度不要過高,不要沖擊敲打。
    修整后,即可涂一層防護漆,涂漆主要是減少粘結劑的自然老化,亦可提高粘接部位忍受環境條件的能力,一般采用黑漆或與粘件同色之油漆。
    (4)存在的問題及注意事項
    ①環氧樹脂粘結劑性質較脆,耐熱性較低(目前較好的允許工作溫度約為250~300℃),使用具有一定的局限性。
    ②配制環氧樹脂粘結劑所用的各種化工藥品,有的有毒性,有的有腐蝕性,有的易燃。工作中要特別注意安全,做好防毒、防腐蝕、防爆、防火等工作。操作時應背風,戴好口罩和手套。
    ③胺類硬化劑發熱量高,有效使用期短,不宜配制較大數量,用多少配多少,隨配隨用,一次用完,一般每次不超過150克。冬季配料時,常需將環氧樹脂加熱,以便與增塑劑等攪拌均勻,待其冷卻后再加入乙二胺。否則,在溫度過高(35℃以上)時加入乙二胺,會出現未攪拌均勻就硬化的情況。調膠容器應淺平,便于散熱,夏季高溫時,應將調膠容器置于冷水中散熱調膠。容器在涂膠后,要及時清洗。
    ④為增加粘結強度,粘接件接頭設計時應設法增加粘決面積,減少接頭所受剝離力。接頭好結構為套接,次之是糟接,平接差。
    ⑤粘件表面處理應保證清潔,并使二粘結面配合良好,以獲得厚薄均勻的膠層,機械加工的粘結表面,光潔度宜為