English
簡體中文
然而，由于固化后的環(huán)氧樹脂內(nèi)應(yīng)力大，因而存在質(zhì)脆、耐疲勞性、耐熱性、抗沖擊韌性差等缺點，難以滿足工程技術(shù)的要求，使其應(yīng)用受到一定的限制。為此對環(huán)氧樹脂的增韌，改善它的脆性及力學(xué)性能是重要的課題之一。本文用小分子聚酸胺650#為增韌劑，分別以滑石粉、砂子粉、玻璃纖維為填料，對環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠進行改性。
1.月交接內(nèi)應(yīng)力分析
在建筑結(jié)構(gòu)的連接中，膠接獲得了廣泛的應(yīng)用，它具有簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化性能等優(yōu)點，但是膠接接頭中的內(nèi)應(yīng)力會對膠接強度和耐久性產(chǎn)生很大的影響，限制了膠接在一些重要場合的應(yīng)用。通常內(nèi)應(yīng)力主要有兩個來源川:①膠粘劑在固化過程中由于溶劑揮發(fā)、縮聚反應(yīng)時小分子產(chǎn)物逸出或加聚反應(yīng)時原子間距離縮短等原因，膠層體積收縮，產(chǎn)生收縮內(nèi)應(yīng)力;②膠粘劑和被膠接體的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度變化時會產(chǎn)生熱應(yīng)力。接頭上內(nèi)應(yīng)力的存在通常導(dǎo)致接頭強度大大下降，有時甚至使得接頭自動破裂。
1.1收縮應(yīng)力
膠粘劑不管用什么方法固化，都難免發(fā)生一定的體積收縮。當膠粘劑處于流動狀態(tài)時，體積收縮可以得到補償;如果在失去流動性之后體積還沒有達到平衡的數(shù)值，進一步固化就會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。膠接接頭中的收縮應(yīng)力受到許多因素的作用，當采用簡便方法測定收縮應(yīng)力時，可將膠粘劑涂于金屬錫箔上，固化之后由于收縮應(yīng)力的作用箔片就會發(fā)生彎曲，測定曲率半徑p，膠層厚度h1和箔片厚度h2，即可由下式計算收縮應(yīng)力P的大小:
式中E1為膠粘劑的彈性模量，E2為金屬箔的彈性模量，m=E1/E2，n二h1/h2。
1.2熱應(yīng)力
熱膨脹系數(shù)不同的材料膠接在一起，溫度會在界面中造成熱應(yīng)力。在膠接兩種膨脹系數(shù)相差很大的材料時，熱應(yīng)力的影響尤其顯著I4]。為了避免熱應(yīng)力，膠接熱膨脹系數(shù)相差很大的材料一般寧可選擇比較低的固化溫度，好采用室溫固化的膠粘劑。例如，不銹鋼與尼龍之間的粘接，如果采用高溫固化的環(huán)氧樹脂膠粘劑只能得到很低的粘接強度，而采用室溫固化的環(huán)氧一聚酞胺膠粘劑就能得到滿意的膠接強度。
對于膠接膨脹系數(shù)不能匹配的材料，為使之在溫度改變時不發(fā)生破裂，一般采用模量低，延伸率高的膠粘劑，使熱應(yīng)力能通過膠粘劑的變形釋放出來。
由于金屬被粘物的剛性比膠粘劑大得多，若設(shè)膠粘劑因溫度上升而產(chǎn)生的熱膨脹全部被約束，熱膨脹將導(dǎo)致膠層內(nèi)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。若取膠粘劑的彈性模量為2.sxl03MPa，屈服極限為20MPa，線膨脹系數(shù)為110l0一6/℃在膠粘劑的升溫為T時，所受壓縮應(yīng)力可由下式計算:
環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑增韌改性試驗研究
由上述計算結(jié)果可知，只要溫升達72.7℃，即會出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的塑性壓縮變形，而溫度回復(fù)時，這部分塑性應(yīng)變將導(dǎo)致收縮，溫度復(fù)為初始值時，膠層中將存在拉伸彈性變形，也就是說出現(xiàn)了熱拉伸應(yīng)力，殘存于膠層內(nèi)。
1.3減小內(nèi)應(yīng)力的措施
膠接接頭中不可避免的要存在內(nèi)應(yīng)力，除了采用合適的工藝措施以減小內(nèi)應(yīng)力以外，研究接頭中內(nèi)應(yīng)力的大小及分布規(guī)律從而減小其有害影響是十分有意義的。為降低結(jié)構(gòu)膠粘劑固化過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，本文采用的是加入特定的無機填料的方法。
由于無機填料不參與化學(xué)反應(yīng)，加入無機填料能使固化收縮按比例下降.加入無機填料還能降低熱膨脹系數(shù)，因此加入適量填料能使某些膠粘劑的強度顯著提高。
對填料進行超細加工或纖維化加工，再加入膠粘劑中，是近年來才開發(fā)的新技術(shù)。它們的加入，一改過去加入填料降低沖擊強度的傳統(tǒng)，反而可增加韌性，提高膠體的力學(xué)性能，這種方法已成為環(huán)氧樹脂等熱固性膠粘劑提高韌性的一項新技術(shù)。
2.試驗部分
2.1主要原料
主體粘料:E一44環(huán)氧樹脂(藍星化工新材料股份有限公司無錫樹脂廠);E一51環(huán)氧樹脂(藍星化工新材料股份有限公司無錫樹脂廠);固化體系:T一31固化劑(無錫市樹脂廠);聚酞胺650林(藍星化工無錫樹脂廠精細化工研究所);活性稀釋劑:EPG一660(吉林化學(xué)工業(yè)股份有限公司):增塑劑:鄰苯二甲酸二乙醋(沈陽市新西試劑廠):固化促進劑:間苯二酚(天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心);增韌劑:聚酞胺65叫(藍星化工無錫樹脂廠精細化工研究所)填料:滑石粉，400一600目(工業(yè)級):砂子粉，325目(過篩);玻璃纖維，耐堿玻纖短切紗。
2.2增韌機理
2.2.1玻璃纖維改性膠粘劑
玻璃纖維作為一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，主要成分包括5102、A1203、Cao、B203、Mgo、Nao等。此填料在提高膠粘劑的強度方面效果非常顯著.
它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗等工藝，后形成纖維狀材料，其強度大為增加且具有柔軟性，配合樹脂使用已成為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)用材。其增韌機理【8〕為:不連續(xù)纖維的增強理論假定，負荷或應(yīng)力能通過基體從纖維傳遞到纖維，纖維比基體強度大、模量高，因此當復(fù)合材料受到外應(yīng)力時，纖維局部抵抗形變，在纖維中產(chǎn)生了比其周圍基體高得多的應(yīng)力。當兩界面結(jié)合很好時，這種增強效果尤為明顯。
2.2.2界面作用機理
大量研究表明，復(fù)合材料的界面粘結(jié)越好，其層間剪切強度越高，但沖擊韌性往往有所下降。因為通常沖擊能量的吸收和耗散是通過填料，尤其是纖維填料與樹脂基體之間的界面脫粘、填料被拔出來實現(xiàn)的。填料與樹脂的韌性不很好時，則在應(yīng)力作用下，破壞過程中增長的裂縫將容易擴展到界面，呈現(xiàn)脆性破壞【9、101。若界面粘結(jié)太弱，在應(yīng)力作用下，填料會在裂縫增長之前呈現(xiàn)界面脫粘而破壞。此外，界面缺乏粘結(jié)力易存在空隙，則水分很容易滲透進其界面層導(dǎo)致強度大大下降。因此根據(jù)填料界面作用機理的變形層理論，在提高填料尤其是纖維填料與樹脂基體之間界面粘結(jié)力同時又引入容易變形的界面層，則有可能同時提高填料的層間剪切強度、抗沖擊韌性及抗?jié)裥阅堋Ｒ簿褪钦f，只有當界面層具有較低的模量利于界面應(yīng)力松弛時，才能協(xié)調(diào)平衡各項性能。
2.3試驗方法
環(huán)氧膠粘劑分為A、B兩組分。在A組分中，包括粘料和填料，粘料選用E一51、E一44，按質(zhì)童比4:6混合，填料分別選用滑石粉、砂子粉和玻璃纖維。B組分為固化劑和促進劑的混合物.膠粘劑各成分的質(zhì)量比為粘料:填料二l:x
2.4試樣制備和表面處理
拉伸剪切強度試樣為單搭接結(jié)構(gòu)，金屬片搭接長度為12.5士0.smm，金屬片主要尺寸為10025XZnun3。
表面處理方法:先用丙酮對表面進行脫脂處理，然后進行粗化處理，后對試樣進行清洗烘干。
2.5性能測試
拉伸剪切強度測試參考GB/T7124一1986進行試驗，拉伸速度為snun/min。
樹脂澆鑄體拉伸性能測試參考GB/T2568一1995進行試驗，拉伸速度為2mm/min。
3.試驗結(jié)果與分析
環(huán)氧樹脂膠粘劑的韌性(大伸長率)指標是防止脆性破壞的重要保證，在環(huán)氧樹脂膠粘劑加入填料可以改善環(huán)氧樹脂膠粘劑的韌性，選用合理的摻量能調(diào)配出適宜的環(huán)氧樹脂膠粘劑，匹配良好的固化劑，環(huán)氧樹脂不僅具有較好的韌性，而且還能有較高的強度。
3.1玻璃纖維摻量的確定及其性能
本文研究中采用耐堿短切玻璃纖維，其各項指標如表1所示。玻璃纖維不同用量時自配膠與對比試樣剪切強度對比數(shù)值如表2和圖l所示。從試驗結(jié)果可以看出，在環(huán)氧樹脂膠粘劑中加入，玻璃纖維可以顯著增加其剪切強度，選用合理的摻量能夠調(diào)配出強度較高的環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑。
環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑增韌改性試驗研究
玻璃纖維不同用量時自配膠與對比試樣斷裂伸長率對比數(shù)值
環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑增韌改性試驗研究
環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑增韌改性試驗研究
通過試驗可知自配膠粘劑中的玻璃纖維與基體兩界面結(jié)合較好，試膠粘劑的斷裂伸長率有了顯著的提高.因此，摻加了玻璃纖維的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中，固化產(chǎn)物被賦予了良好的柔韌性。
4.結(jié)論
本試驗研究主要觀察膠粘劑的強度及韌性，分別通過剪切強度和斷裂伸長率來表征，強度越高，柔韌性越好，粘接越牢。
(1)在膠粘劑中加入玻璃纖維作為填料，改善了樹脂之間的堆砌性，充分了發(fā)揮纖維材料的優(yōu)異性能和協(xié)同效應(yīng)，通過玻璃纖維改性的環(huán)氧樹脂膠粘劑強度有很明顯的提高。
(2)環(huán)氧樹脂膠粘劑的韌性(大伸長率)指標是防止脆性破壞的重要保證，改善韌性一直是研究的熱點。本文通過試驗研究確定了改善膠粘劑韌性的玻璃纖維的合理摻量，加以良好的固化，不僅韌性有較好的提高，而且也有較高的強度。