纳米SiC改性环氧树脂胶黏剂性能研究

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环氧树脂胶黏剂由于黏结力强,具有优良的机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能,在工业生产中得到了广泛的应用。但是环氧树脂存在韧性差,容易开裂,耐热性差等缺点,由于无机纳米粒子往往具有一些特殊性能,在环氧胶黏剂的改性中运用的越来越多。本文选用纳米SiC对环氧树脂胶黏剂进行改性。研究了偶联剂KH-560改性纳米SiC的制备、纳米SiC改性环氧树脂胶黏剂的制备及纳米SiC的添加量对复合胶黏剂力学性能、耐热性能的影响。通过对试样进行断面形貌观察,探讨了纳米SiC对环氧树脂的增韧改性机理。本文选用KH-560为改性剂,采用溶液法对纳米SiC进行表面改性。得到最佳改性工艺条件为:偶联剂浓度2%、偶联反应温度70℃、反应时间3h。红外和热失重分析表明,经偶联剂改性后,纳米SiC表面接枝上了有机物基团。而扫描电镜和分散性实验表明,改性后纳米SiC团聚现象减少,能在丙酮中实现稳定的分散。本文选用环氧树脂E-51和AFG-90为基体树脂,研究两者混合比例对黏接强度及耐热性的影响。结果表明,混合比例为1:1时可获得最大的黏结强度(13.1MPa)和较高的Tg(196℃)。在此基础上,研究改性纳米SiC添加量对环氧树脂胶黏剂性能的影响。并与未改性纳米SiC进行对比。结果表明,纳米SiC的质量为环氧树脂的1%时,环氧树脂胶黏剂拉伸强度为67.5MPa,弯曲强度为108.9MPa,冲击强度为15.1kJ.m-2,均达到最大值。使用玻璃钢片作为被黏物比使用钢片拥有更强黏结强度,当纳米SiC为1%时,拉伸剪切强度达到最大值,分别为20.5MPa、18.6MPa。纳米SiC能显著提高环氧树脂的Tg,1%的添加量就可将环氧树脂的Tg由196℃提升至216℃,且添加量的多少对Tg的影响不大。表面改性纳米SiC比原始SiC对环氧树脂胶黏剂的改性效果更好。1%的添加量时,复合胶黏剂拉伸强度达到70.8MPa,弯曲强度达到111.4MPa,冲击强度达到17.2kJ.m-2。同时表面改性纳米SiC更能提高胶黏剂的剪切强度,钢-钢剪切强度提高至19.7MPa,玻璃钢-玻璃钢剪切强度提高至22.8MPa。Tg可达224℃,比纯环氧树脂的和原始纳米SiC改性树脂分别提高了28℃和8℃。通过冲击断面形貌SEM分析,探讨了纳米SiC对环氧胶黏剂的增韧机理。基体树脂中均匀分散的纳米SiC可诱导形成大量银纹,在材料承受载荷时,银纹的扩展会吸收大量的能量,从而提高材料的韧性,而使用改性纳米SiC时,由于其具有很高的表面活性,可填充进银纹内部,表面的活性分子可与环氧基体发生化学反应,增加SiC与基体间的相互作用力,从而提高复合胶黏剂的韧性。
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