建筑用室温固化耐热环氧胶粘剂制备及其实验研究

摘要

环氧树脂具有粘结强度高、固化收缩率小、粘接种类多及耐腐蚀性能优良等一系列优点，被广泛的应用在实际工程的各个方面。尤其是在土木建筑领域，以环氧树脂胶粘剂作为建筑修补胶，对结构裂缝进行修补具有优良的发展前景。环氧树脂的多项指标，包括耐热性、力学性能等，都会显著影响材料的使用。尤其是其具有极为典型的黏弹性力学性能，升温速率、荷载频率、老化时间等时间相关的因素显著地影响了材料的力学行为。因此，研究环氧树脂胶粘剂在老化过程中的动态力学行为不仅具有理论意义，而且具有广阔的工程应用前景。本文紧密结合湖南省科技厅面上项目(2010GK310)、湖南省教育厅科技重点项目(10A130)和中南林业科技大学研究生创新课题开展研究，其主要工作和创新点总结如下: (1)自行设计了一种环氧树脂胶粘剂配方并加以制备，通过对材料固化度、抗拉伸强度及DMA温度谱进行测试与分析，以确定该种自制胶粘剂在建筑修补应用时的强度、耐热等性能。 (2)采用美国PerkinElmer公司的DMA8000型动态热机械分析仪对试样进行频率谱测试。结果表明，随着温度的升高，相同频率下的储能模量有下降的趋势;随着频率的上升，同一温度水平下的储能模量增加;且随着频率或温度的升高，耗能模量有下降的趋势。 (3)根据时间-温度等效理论，以50℃为参考温度，在此温度下测得的频率-模量试验曲线不发生移动，将其他温度水平下的频率-模量曲线水平移动，使所有曲线与50℃的温度水平下的曲线形成一条主曲线。用位移因子水平平移后，就可以得到在12个数量级（10-6～106Hz）的宽频率下，50℃下的储能模量与频率之间的关系。随后分别使用整数阶与不同阶数的分数阶Zener流变模型的本构方程对曲线进行拟合分析。结果表明:分数阶流变模型可以比传统的整数阶模型更好地描述材料在宽频率下的动态黏弹性力学行为，且随着分数阶数的降低，拟合效果越来越好。 (4)应用时间-老化时间等效原理，研究了该种自制环氧树脂结构胶粘剂分别在75℃和100℃下热老化过程中的动态黏弹性力学行为。利用时间-温度等效原理，将不同老化时间下的实验数据放大到宽频率下进行比较。因各条曲线形状相似，引入老化时间位移因子，建立了不同老化时间下该种胶粘剂动态黏弹性的等量关系，并进一步探讨了老化温度对老化时间位移因子的影响，得到了动态黏弹性的老化时间位移因子计算模型，为预测胶粘剂使用寿命提供了参考依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 环氧树脂简介

1．2．2 环氧树脂在建筑修补胶中应用与发展

1．2．3 动态黏弹性国内外研究现状

1．2．4 高聚物老化的研究现状

1．3 研究内容和目的

2 高聚物的分数阶黏弹性理论及研究方法

2．1 分数阶微积分理论

2．1．1 分数阶微积分基本性质

2．2 本构关系的推导

2．2．1 整数阶流变模型的本构关系推导

2．2．2 分数阶黏弹性本构模型

2．2．3 其他黏弹性本构模型

2．3 时间-温度等效原理

2．3．1 WLF方程

2．4 时间-老化时间等效原理

3 环氧基修补胶的制备与胶体性能实验

3．1 引言

3．2 配方选择与试样制备

3．3 环氧树脂胶粘剂的固化度测试

3．4 材料抗拉强度测试

3．5 DMA温度谱扫描

3．5．1 DMA温度谱扫描实验过程

3．5．2 DMA温度谱结果分析

3．6 本章小结

4 动态黏弹性能测试

4．1 引言

4．2 动态黏弹性频率谱测试过程

4．3 实验结果

4．4 数据分析

4．4．1 储能模量主曲线的构建

4．4．3 拟合结果

4．5 本章小结

5 热老化试验研究

5．1 引言

5．2 实验过程

5．3 热老化实验动态黏弹性温度谱

5．3．1 热老化温度为75℃温度谱实验结果分析

5．3．1 热老化温度为100℃温度谱实验结果分析

5．4 热老化实验动态黏弹性频率谱

5．4．1 热老化温度为75℃频率谱实验结果分析

5．4．2 热老化温度为100℃频率谱实验结果分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

附录

致谢