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环氧树脂胶粘剂性能优异，胶接可靠性高，使用工艺简单，在结构胶中占有主导地位。由于环氧胶固化物脆性较大，采用不同方式对其进行增韧改性一直是研究热点，而如何使室温固化环氧结构胶达到中温固化或高温固化结构胶的性能则未见报道。本课题研究使用聚氨酯预聚体、异氰酸酯三聚体、纳米蒙脱土改性环氧树脂胶粘剂，提高其力学性能及耐热性能，制备了室温固化，具有优良机械性能的环氧结构胶，并对增韧机理进行了研究。课题主要包括以下内容：
1．通过分子设计，合成了用于环氧胶粘剂的增韧材料聚氨酯预聚体、甲苯二异氰酸酯(TDI)三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)三聚体，确定了合成工艺，利用凝胶色谱(GPC)和红外光谱(IR)对产物进行了分析和表征，对其贮存稳定性作了利于工业化应用的研究。结果表明：控制异氰酸酯与聚醚多元醇的投料比例，可得到分子量适宜的聚氨酯预聚体。在催化剂存在下，控制合适的反应温度和反应时间，可由TDI和IPDI自聚反应得到质量较好的三聚体产品。TDI自聚反应的适宜条件为：催化剂为Cat-2，用量0.2﹪，反应温度为61℃～65℃，反应时间在60min以内。IPDI自聚反应适宜条件为：反应温度为80℃～90℃，催化剂为Cat-5，用量为1.2﹪～2.0﹪，反应时间10～12h。聚氨酯预聚体和TDI三聚体以苯甲酰氯作为稳定剂，IPDI三聚体以对甲苯磺酸甲酯作为稳定剂，分别加入0.2﹪～0.4﹪，产物可以稳定存放。
2．根据室温固化、适用期及力学性能指标的要求，通过对固化放热曲线、凝胶时间和固化时间的研究，对环氧结构胶的基础配方进行了筛选。选择了环氧胶粘剂的配方主体，A组分以环氧树脂EP828为主，B组分为固化体系，以低分子聚酰胺和间苯二甲胺为主要成分，该固化体系挥发性小，毒性小，适用期范围可控，可调性大。配胶后在20～25℃下的适用期为2～3小时，固化时间为4～5小时。不同季节使用时，其适用期和固化时间变化很大，需要时可加入固化促进剂，固化促进剂采用DMP-30，加入量为1﹪～5﹪。
3．采用聚氨酯预聚体、异氰酸酯三聚体及有机纳米蒙脱土增韧环氧结构胶粘剂，制备了高性能室温固化环氧结构胶粘剂。研究了不同种类聚氨酯预聚体、不同加入量、不同-NCO质量分数及不同加入方式对增韧效果的影响，通过对环氧胶固化物剪切强度、冲击强度和拉伸强度等指标分析可知，聚氨酯预聚体的加入可显著提高环氧胶粘剂的韧性。固化物冲击断面的扫描电镜(SEM)分析显示，断裂面呈现明显的韧性断裂特征。其中-NCO质量分数为3﹪左右的N220-TDI预聚体，采用接枝方式加入，加入量为20g/(100g环氧树脂)时，环氧结构胶粘剂的综合指标最佳。异氰酸酯三聚体与聚氨酯预聚体按一定比例混合后，与聚醚多元醇反应制成端异氰酸酯基聚氨酯预聚体，然后加入环氧胶中，有更好的增韧效果。三聚体含量为20﹪的预聚体加入量为20g/(100g环氧树脂)时，环氧胶的剪切强度最高，达24.5MPa，拉伸强度为22.0MPa，应力应变曲线呈明显的“硬而韧”特征。固化物DSC和TGA分析显示，与单独使用N220-TDI预聚体相比，预聚体中加入10﹪和20﹪的TDI三聚体，环氧胶固化物的玻璃化温度(Tg)分别提高了3.9℃和6.2℃，熔融温度(Tm)分别提高了2.5℃和4.0℃，热分解温度为350℃左右。说明加入异氰酸酯三聚体，会使环氧结构胶固化物的耐热性提高。将有机纳米蒙脱土与聚氨酯预聚体混合后加入环氧胶体系，可以大幅度提高环氧胶的剪切强度(20.9MPa)、冲击强度(24.7MPa)和拉伸强度(22.1MPa)，其应力一应变曲线也呈典型的“硬而韧”特征，说明纳米蒙脱土与聚氨酯起到了协同增韧的效果。