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基本信息
- 項目名稱：
- 雙增韌劑增韌環(huán)氧樹脂及增韌機理研究
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 采用雙增韌劑對環(huán)氧樹脂增韌，并用正交試驗方法對其增韌條件進行了優(yōu)化。通過對固化產(chǎn)物剪切強度、剝離強度、沖擊強度的測定，得到了膠黏劑較佳的制備條件。通過對原料及固化物的紅外表征、固化物DSC及TG測試及SEM微觀形態(tài)表征，驗證了反應(yīng)機理并分析了增韌機理及熱穩(wěn)定性。
- 詳細介紹：
- 針對單一增韌劑對環(huán)氧樹脂的增韌缺陷，研究了雙增韌劑（端羧基液體丁腈橡膠（CTBN）與納米SiO2（n-SiO2））對環(huán)氧樹脂（ER）增韌，并用正交試驗方法對其增韌條件進行了優(yōu)化。獲得膠黏劑剪切強度、剝離強度、沖擊強度分別達到33.85Mpa、5.92 KN/m、18.24KJ?m-2；紅外（FTIR）表明雙增韌劑均與ER發(fā)生作用，熱重分析（TG）和DSC結(jié)果顯示固化產(chǎn)物熱穩(wěn)定性良好，掃描電鏡（SEM）對固化產(chǎn)物微觀形態(tài)的觀察結(jié)果顯示雙增韌劑增韌ER的機理是剪切變形與銀紋鈍化相結(jié)合形成的韌窩機理，且雙增韌劑對ER增韌作用明顯。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為了提高環(huán)氧膠粘劑的抗沖擊等性能，解決膠裂和膠脆等問題，針對單一的增韌劑增韌環(huán)氧樹脂效果的局限性，考慮端羧基液體丁腈橡膠（CTBN）的優(yōu)良柔韌性及納米SiO2的納米特性，采用兩者結(jié)合增韌環(huán)氧樹脂。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 采用正交實驗方法對雙增韌劑增韌環(huán)氧樹脂條件進行了優(yōu)化，得到膠黏劑較佳的制備條件。通過性能測試，膠黏劑剪切強度、剝離強度、沖擊強度等均優(yōu)于單增韌劑增韌環(huán)氧樹脂制備的膠粘劑。通過技術(shù)表征，顯示固化產(chǎn)物玻璃化溫度及熱穩(wěn)定性提高，納米SiO2結(jié)合CTBN對ER增韌機理是剪切變形與銀紋鈍化相結(jié)合形成的韌窩，且增韌效果顯著。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 所制備的膠黏劑，粘接鋁合金試片室溫剪切強度可達33.85MPa，剝離強度5.92KN/m，沖擊強度18.24KJ/m2，且耐介質(zhì)性能、熱穩(wěn)定性良好?？捎糜趬w結(jié)構(gòu)修復(fù)、補強，機械構(gòu)件的黏結(jié)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 采用端羧基液體丁腈橡膠（CTBN）與納米SiO2（n-SiO2）雙增韌劑對環(huán)氧樹脂（ER）增韌，并用正交試驗方法對其增韌條件進行了優(yōu)化。通過對固化產(chǎn)物剪切強度、剝離強度、沖擊強度、熱穩(wěn)定性及微觀形態(tài)的測定及表征，得到了膠黏劑較佳的制備條件。結(jié)果表明，ER與雙增韌體系(CTBN+n-SiO2)的比例為8:1、CTBN與n-SiO2的比例為2:1、在180℃條件下反應(yīng)2.5h，膠黏劑剪切強度、剝離強度、沖擊強度分別達到33.85Mpa、5.92 KN/m、18.24KJ/m2；傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）表明CTBN和n-SiO2都與ER發(fā)生作用，熱重（TG）和差示掃描量熱（DSC）測試結(jié)果顯示雙增韌劑增韌的固化產(chǎn)物熱穩(wěn)定性較好；掃描電鏡（SEM）結(jié)果表明，CTBN、n-SiO2、雙增韌劑增韌ER的機理分別是顆粒鉚釘所誘發(fā)的剪切變形機理、銀紋鈍化機理、剪切變形與銀紋鈍化相結(jié)合形成的韌窩機理，且雙增韌劑對ER增韌作用明顯。
獲獎情況
- （1）姚興芳，范時軍，張世鋒.丁腈橡膠改性環(huán)氧樹脂的研究進展，熱固性樹脂（中文核心），2009，24（3）：52-55 （2）姚興芳，高宇，李健，等. CTBN結(jié)合納米SiO2改性環(huán)氧樹脂及增韌機理，熱固性樹脂（中文核心），2011.26（1）：16-20 （3）姚興芳，李玉男，孫言樂，等. 雙增韌劑改性環(huán)氧樹脂及其性能研究，河北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）（中文核心），已接收
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1] 劉競超，張華林，李小兵. 粒子分散-硅對環(huán)氧樹脂／納米SiO2材料性能的影響[J]，合成樹脂與塑料，2002，19(1)：30-33 [2] 陳名華，姚武文，汪定江. 納米TiO2對環(huán)氧樹脂膠粘劑性能影響的研究 [J]，黏結(jié)，2004，25(6)：12-15 [3] 康文韜，王剛，劉少敏. 凹凸棒土在高聚物改性中的應(yīng)用[A]，天津化工，2002（11），6：26-28 [4] 吳白蘆.納米技術(shù)與固體物理的新發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)儀器，1998，1，34-43 [5] 劉興重，劉小貝，周林濤. 聚乙二醇柔性間隔基納米SiO2增韌環(huán)氧樹脂性能研究，武漢科技大學(xué)學(xué)報( 自然科學(xué)版)，2008(8)，31(2)：186-188 [6] 齊鑫，邸明偉. 橡膠彈性體增韌環(huán)氧樹脂的研究進展[A]，粘接，2008(8)，2：63-37 [7] 賈丙雷，晁敏，王結(jié)良，等. CTBN改性雙環(huán)戊二烯型氰酸酯樹脂研究[J]， 工程塑料應(yīng)用，2007，35(3) ：8-11 [8] 劉元鏞，許愛榮，寧榮昌. 改性BMI／DPA和CTBN增韌環(huán)氧樹脂的溫度、力學(xué)性能及本構(gòu)關(guān)系研究，航空材料學(xué)報，1999(12)，19(4):40-51 [9] 涂春潮，齊暑華，周文英，等.環(huán)氧樹脂增韌研究[J]，化學(xué)推進劑與高分子材料，2005，3(3)：12-15 [10] Yee. Thermal Diffusivity of Zinc-Aluminum Layered Double Hydroxide Using PVDF Photoflash Technique， Journal of Materials Science and Engineering，2010，4(3) ：7-10
同類課題研究水平概述
- 目前關(guān)于環(huán)氧樹脂/無機納米材料復(fù)合的研究主要是用黏土、納米SiO2、納米CaCO3、納米TiO2、和凹凸棒土等。劉競超等把已烘干的納米SiO2加入到偶聯(lián)劑的丙酮溶液中，超聲波處理30min，與環(huán)氧樹脂攪拌混勻，可提高環(huán)氧樹脂的沖擊性能、拉伸強度和耐熱性；鈴木巧等在市售光學(xué)環(huán)氧膠中填充平均粒徑為10nm的納米SiO2微粒子，仍可保持高的透明性，收縮和熱脹系數(shù)降低，折射率可調(diào)節(jié)，固化速度增加。陳名華等采用超聲波和高速乳化剪切分散方式，將納米TiO2均勻分散在環(huán)氧樹脂膠中，其用量為3%時，能提高環(huán)氧樹脂膠力學(xué)性能、耐熱性?？滴捻w等用經(jīng)過十六烷基三甲基溴化銨(HDTMA)有機化表面處理的凹凸棒土與環(huán)氧樹脂配合，起到了增強增韌作用。 研究表明液體CTBN增韌環(huán)氧樹脂過程中，CTBN顆粒脫膠或斷裂后所形成的孔洞膨脹和顆粒(或孔洞)所誘發(fā)的剪切變形是CTBN增韌環(huán)氧體系中存在的兩種主要增韌機理。劉元鏞等研究了CTBN增韌環(huán)氧樹脂和烯丙基雙酚A改性雙馬樹脂(BMI／DPA)在不同溫度和加載速率下的拉伸和壓縮力學(xué)性能對于CTBN增韌環(huán)氧樹脂，材料在動態(tài)拉伸情況下，隨著應(yīng)變率的增大，材料由韌變脆，模量升高，斷裂伸長率下降；在壓縮情況下，彈性模量和屈服應(yīng)力均隨著加載速率的增大而增大。盧少杰用端羧基液體丁腈橡膠（CTBN）為增韌劑增韌改性雙酚A型環(huán)氧樹脂，使環(huán)氧樹脂的低溫韌性得到明顯的改善。王超等以端羧基液體丁腈橡膠（CTBN）改性環(huán)氧樹脂為主體，改性聚硫橡膠為固化劑的結(jié)構(gòu)膠粘劑的強度高，韌性好，室溫剪切強度達23.6Mpa ，綜合性能優(yōu)異。在國外，Ochi M等用活性彈性體CTBN增韌內(nèi)消旋型環(huán)氧樹脂，用CTBN來改性雙酚A型的環(huán)氧樹脂，隨著CTBN含量的增加，體系的斷裂韌性增加。C.Wise等用多端基官能團的CTBN來增韌環(huán)氧—胺體系，發(fā)現(xiàn)CTBN不僅起到增韌的作用，同時也加速了體系的固化。
