纳/微米增强材料增韧环氧胶粘剂研究

摘要

环氧树脂胶粘剂具有收缩率低、尺寸稳定、电性能优良、耐化学介质等优点,对多种材料具有良好的粘接能力。但同时也存在粘接强度不高、脆性大、耐热性差等缺点。本论文针对普通双酚A型环氧和酚醛环氧混合的粘料树脂与胺类固化体系配合使用的室温/中温固化双组分胶粘剂,采用具有不同微观形态的纳米二氧化硅(nano-SiO2,零维)、钛酸钾晶须(PTW,一维)和有机纳米蒙脱土(OMMT,二维)分别对胶粘剂进行改性。探讨了胶粘剂最佳固化工艺条件,并研究了不同增强材料对胶粘剂的粘接性能、粘度和热性能的影响。另外,对三者增韧改性环氧树脂的逾渗理论模型进行了初步探索。
　　 研究结果表明:增强材料对环氧胶粘剂的改性效果显著。胶粘剂的最佳工艺条件为稀释剂含量为15％,DDM+593为固化剂,80℃/4h固化。表面经砂纸打磨并酸洗后,粘接强度明显提高。胶粘剂的适用期与增强材料的种类和用量无关,与施胶的环境温度有关,温度越高,适用期越短。当添加量为2％(wt％)时能有效降低体系的粘度,且表现出一定的触变性能。增强材料的加入能极大提高胶粘剂的耐热性、剪切强度和冲击强度。SEM分析表明三种材料对胶粘剂的增韧机理各不相同。nano-SiO2主要是引发银纹和微裂纹增韧；PTW主要是裂纹偏转、晶须拔出和晶须脱粘增韧；OMMT受冲击时则产生大量不同层次的断裂面使应力分散而增韧。
　　 针对三种增强材料改性环氧树脂的冲击性能,建立了逾渗理论模型,证明三者的增韧行为均符合逾渗理论。说明三种增强材料在胶粘剂中起交联点的作用,并在毗邻的聚合物基体中形成了增强区,以致于相互连接贯通形成无限大的逾渗集团,从而达到整体增韧聚合物的效果。用增强材料改性后的环氧胶粘剂综合性能优良,改性工艺简单可行,成本较低,在胶粘剂改性领域有积极的推广和应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 环氧胶粘剂的发展概况

1.2.1 国外环氧胶粘剂的发展

1.2.2 我国环氧胶粘剂的发展

1.3 环氧胶粘剂的特点

1.4 环氧胶粘剂组成

1.4.1 环氧树脂

1.4.2 固化剂

1.4.3 促进剂

1.4.4 增塑剂与增韧剂

1.4.5 填充剂和增强剂

1.4.6 稀释剂

1.4.7 其他助剂

1.5 环氧胶粘剂的分类

1.6 环氧胶粘剂的主要性能指标

1.6.1 粘度

1.6.2 力学性能

1.6.3 耐热性和热稳定性

1.6.4 其他性能指标

1.7 环氧胶粘剂的增韧改性

1.7.1 增韧机理

1.7.2 增韧改性方法

1.8 本文的研究意义

第2章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 仪器及设备

2.3 实验方法

2.3.1 环氧胶粘剂的制备

2.3.2 CTBN改性环氧树脂的制备

2.3.3 固化剂用量的计算

2.3.4 固化剂的制备

2.3.5 被粘物表面处理

2.3.6 纳米材料的分散

2.4 分析方法

2.4.1 胶粘剂粘度的测定

2.4.2 钢/钢拉伸剪切强度

2.4.3 浇铸体冲击强度

2.4.4 微观形貌分析

2.4.5 XRD衍射实验

2.4.6 接触角及表面能测试

2.4.7 热稳定性测试

2.4.8 胶粘剂适用期测试

第3章 改性环氧胶粘剂的工艺与性能研究

3.1 纳米材料的概述

3.2 不同材料改性胶粘剂性能的比较

3.3 胶粘剂配方的优化

3.3.1 稀释剂的选用

3.3.2 固化剂及固化条件的选择

3.4 粘接面的表面处理

3.5 胶粘剂的剪切强度

3.6 浇铸体的冲击强度

3.7 胶粘剂的适用期

3.8 本章小结

第4章 增强材料对胶粘剂的改性机理分析

4.1 增强材料的性能表征

4.1.1 三种增强材料的物理性能比较

4.1.2 增强材料的表面能测试

4.1.3 X-ray衍射分析

4.2 增强材料对胶粘剂粘度的影响

4.3 不同增强材料含量对胶粘剂的改性机理分析

4.3.1 nano-SiO2改性环氧胶粘剂的断面形貌分析

4.3.2 PTW 改性环氧胶粘剂的断面形貌分析

4.3.3 OMMT改性环氧胶粘剂的断面形貌分析

4.4 不同增强材料改性环氧胶的增强增韧机理比较

4.5 增强材料对胶粘剂耐热性的影响

4.6 本章小结

第5章 增强材料增韧的力学模型分析

5.1 逾渗理论的概述

5.2 脆韧转变的逾渗理论模型

5.3 逾渗标度定律

5.4 增强材料/环氧树脂逾渗模型的建立

5.4.1 nano-SiO2/EP的逾渗模型

5.4.2 PTW/EP的逾渗模型

5.5.3 OMMT/EP的逾渗模型

5.5 增强材料/环氧树脂逾渗行为分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)