碳纤维环氧树脂胶粘剂增韧改性试验研究.doc

路用环氧树脂胶粘剂增韧改性研究 1.概述 2.基本原理 液态聚硫橡胶是一种低分子量的粘稠液体，相对分子量一般为1000~4000。具有很好的弹性、粘附性、耐油性、耐老化性、耐冲击性、耐介质性。 当聚硫橡胶作为环氧树脂胶粘剂的增韧剂使用时，末端的硫醇基（—SH）可以和环氧树脂发生化学反应，反应式如下图3-1： 图3-1聚硫橡胶增韧环氧树脂化学反应式 通过上述化学反应方程式可知聚硫橡胶在两个方面上对环氧树脂进行增韧改性： 聚硫橡胶分子链上本身含有的硫原子，使固化产物具有弹性和韧性。 聚硫橡胶自身参加了化学反应，使环氧树脂分子链增长，同时在结构中赋予胶联后的环氧树脂较好的柔韧性。 2.硫酸钙晶须改性胶粘剂 晶须是在人为控制下所形成的纤维状单晶体，其高度有序的原子排列结构使其强度接近于材料间的原子间价键理论强度。晶须直径极小，具有接近完整的结晶结构，难以容纳一般晶体存在的缺陷 [18]。由于晶须内在的完整性，使它的强度不受表面完整性的严格限制，使晶须同多晶纤维和玻璃纤维相比具有刚强、坚韧和不脆性能。 其中硫酸钙晶须是生石膏为主要原料通过水热法生产的一种纤维材料，硫酸钙晶须作为添加剂填充于制品中，具有尺寸稳定性好、提高制品表面光洁度和制品的耐热温度、减少对设备的磨损、对制品起到增韧和增强作用、降低磨耗、提高模具的充满程度、提高介电强度、提高熔融指数等优点，并且硫酸钙晶须无毒，在所有晶须产品中价格最低，性价比高。）2.96；长度（）：50~200；直径（）：1~4； 熔点（℃）：1450；抗张强度（GPa）：20.5；抗张摸量（GPa）：178 3.3环氧树脂胶粘剂改性配合比试验设计 环氧树脂胶粘剂改性配合比设计的基本原理是通过对环氧树脂填加增韧剂、增强剂、偶联剂等进行改性，同时配以优良的固化剂搭配，使胶粘剂固化产物的韧性（拉伸最大伸长率）提高，同时使胶粘剂固化产物的剪切强度有所增强。可以避免碳纤维和混凝土之间发生脆性破坏等质量缺陷。 环氧树脂胶粘剂改性试验设计的目的在于：（一）根据胶粘剂改变性能的需要选择相对的环氧树脂胶粘剂改性试验的测定方法，确定试件和试样的大小及试验条件；（二）验证环氧树脂胶粘剂各改性材料的理论性能，并确定其参数的基本范围；（三）通过正交试验确定环氧树脂胶粘剂的各组份之间的最佳配合比。本文主要采用正交试验法选择环氧树脂胶粘剂改性配合比参数，然后通过正交试验评价其综合性能，并检验其强度，最后综合拉伸性能实验方法和强度试验结果，选出符合设计要求的合适的配合比。配合比设计流程图如下图3－3所示。 图3－3 配合比设计流程图 3.3.1环氧树脂胶粘剂改性试验方法 1. GB/T 7124—1986胶粘剂拉伸剪切强度测定方法（金属对金属） （1）试验机（英国INSTRON1121 电子万能试验机）[44] a.使用的试验机应使试样的破坏负荷在满标负荷15%~85%之间，试验机的力值示值误差不应大于1%。 b.试验机应配备一副自动调心的试样夹持器,使力线与试样中心线保持一致。 c.试验机应保证试样夹持器的移动速度在5mm/min内保持稳定。 图3-4英国INSTRON1121 电子万能试验机 （2）试样 a.标准试样的搭接长度是12.5±0.5mm之间,金属片厚度是2mm。 b.使用LY12-GZ铝合金,1Cr18Ni9Ti不锈钢,45碳钢等金属材料。 c.试样图形见 图3-5拉伸剪切标准试验试样 （3）试验条件 试验在温度为21~25℃的环境中进行。 （4）剪切强度计算： （3.1） 式中：——胶粘剂拉伸剪切强度，MPa； ——试样剪切破坏的最大负荷，N； ——试样搭接面宽度，mm； ——试样搭接面长度，mm。 图3-6拉伸剪切标准试样形状和尺寸 2. GB/T2568—1995树脂浇铸体拉伸性能实验方法 （1）试验内容与适用范围[45] 本标准规定了对试样施加静态拉伸载荷测定拉伸强度、拉伸弹性模量，最大载荷伸长率和破坏伸长率及拉伸应力-应变曲线的试验方法。 （2）试样 图3-7树脂浇铸体拉伸性能实验拉伸试样图 图3-8树脂浇铸体拉伸性能实验拉伸实样图 （3） 试验条件 测定拉伸强度时，常规试验速度为2~10 mm/min，仲裁试验速度为2mm/min；测定弹性模量、应力-应变曲线时，取2mm/min。 （4） 计算 4．1 拉伸强度按式（3.2）计算 （3.2） 式中：拉伸强度，MPa； 破坏载荷，N； 试样宽度，mm； 试样厚度，mm。 4．2 拉伸弹性模量按式（3.3）计算