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纳米二氧化硅改性环氧结构胶性能效果佳

来源:中国幕墙网收集整理  作者:*  日期:2008-4-18
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    纳米SiO2改性环氧树脂结构胶的性能效果奇佳——湖南大学土木工程学院最近通过高速研磨制备的纳米SiO2,改性环氧树脂结构胶使其实现优良的综合性能:当纳米SiO2掺混量为10%,环氧树脂的触变指数为5.8;当纳米SiO2掺混量分别为5%和3%时,钢-钢剪切强度和冲击强度分别为21.3MPa和5.3kJ/m2,分别提高23
    纳米SiO2改性环氧树脂结构胶的性能效果奇佳——湖南大学土木工程学院最近通过高速研磨制备的纳米SiO2,改性环氧树脂结构胶使其实现优良的综合性能:当纳米SiO2掺混量为10%,环氧树脂的触变指数为5.8;当纳米SiO2掺混量分别为5%和3%时,钢-钢剪切强度冲击强度分别为21.3MPa和5.3kJ/m2,分别提高23.8%和23.5%。SEM照片表明纳米SiO2对环氧树脂结构胶有明显的诱发银纹的能力,高速研磨的分散工艺简单,分散效果良好,这种分散方法在结构胶改性领域中有积极的工程推广和应用价值。纳米SiO2粒径通常为20~60nm,化学纯度高、分散性好、比表面积大,是目前世界上大规模工业化生产的产量最高的一种纳米粉体材料。


    这种材料应用涵盖塑料橡胶陶瓷涂料胶粘剂等行业众多生产领域。在建筑胶粘剂行业中纳米SiO2主要作为一种增稠触变剂使用,学术界已有很多对纳米SiO2增强增韧环氧树脂的研究,大多通过超声处理的分散方法,然而超声处理较难在生产实践中推广和应用。科研人员通过高速研磨的分散方法制备纳米SiO2改性环氧树脂结构胶,环氧树脂结构胶施工时易滴落流挂、脆性大的缺点得到较好的改善、粘接性能也有提高,且对结构胶的改性工艺简单可行、有积极的推广应用价值。实验采用的仪器设备则主要有:电子万能试验机,WDWl00,中国科学院长春科新公司试验仪器研究所;高速研磨分散机,真空捏合机,DL-01,DL-02,湖南固特邦土木技术发展有限公司;恒温箱,DL302,上海吴淞五金厂制造;旋转黏度计,NXS-11A,成都仪器厂;应变仪,V020616,冶金部钢铁研究总院。


    实验所用原材料包括环氧树脂E-51(EP):环氧值0.51,蓝星新材料无锡树脂厂产;纳米SiO2:比表面积380m2/g,平均粒径20nm,表观密度30g/cm3;固化剂,自制,外观呈黄棕色透明黏稠,胺值415,黏度(23℃)16~18Pa•s;活性增韧稀释剂,主要成分为丁基缩水甘油醚,黏度(25℃)1.5~3.5mPa•s;偶联剂,KH-550,为氨基官能团硅烷,中科院生产;消泡剂,BMC888,德国产。测试项目及测试标准为:黏度,GB/T 2794-1995;触变指数,《片材加固修复用粘接树脂(送审稿)》;钢一钢粘结剪切强度,GB/T 7124-1986;浇铸体拉伸强度,GB/T 2794-1995;浇铸体冲击强度,GB/T 2571-1995。试样制备时各种材料配方均以EP100g为标准,基体配方为m(EP):m(固化剂):m(稀释剂):m(偶联剂)=100:42:12:2,将纳米SiO2按不同掺混量和环氧树脂以及稀释剂先在高速研磨机中研磨(研磨料直径为2mm锆珠)30min后。


    经真空捏合机搅拌10min后倒出A组分,静置3d后和B组分(固化剂和偶联剂)按比例混合,制成各种试件,测试其7d的各种性能。随后首先研究了纳米SiO2对环氧树脂流变性能的影响,主要表现在:随着纳米SiO2掺量的增加,EP从牛顿流体向触变性流体转变。通过纳米SiO2颗粒相互之间的吸附形成SiO2的网络结构,使环氧树脂变成凝胶,这是纳米SiO2使EP的流变性能发生巨大变化的主要原因,结构胶具有良好的触变性能使得它在施工中抗流挂、抗滴落,有重要的工程意义;关于纳米SiO2对环氧树脂结构胶粘接性能和冲击性能的影响,环氧树脂作为脆性材料脆性较大是其缺点之一,综合冲击实验的各种分析,纳米SiO2在环氧树脂里面诱发银纹的能力明显,改善了环氧树脂的脆性,对环氧树脂有一定的增韧作用。科研人员还解读了纳米SiO2对环氧树脂结构胶拉伸性能的影响。


    最终得出的结论是:纳米SiO2对环氧树脂结构胶的流变性能改善显著,随着纳米SiO2掺混量的增大,环氧树脂从牛顿流体向触变性流体转变。当纳米SiO2的掺混量为5%和10%时,结构胶的触变指数为1.8和5.8。2)纳米SiO2对结构胶有较好的增韧作用;当纳米SiO2的掺混量为5%时,钢-钢剪切强度21.3 MPa,提高23.8%;当纳米SiO2的掺混量为3%时,结构胶的冲击强度为5.3 kJ/m2,提高23.5%。在低掺混量范围内,纳米SiO2对环氧树脂结构胶的拉伸强度没有明显影响,其掺混量增大结构胶的拉伸强度呈下降趋势,但弹性模量有52.3%的提高,有利于工程应用。EM实验表明高速研磨的分散方法,纳米SiO2在环氧树脂中分散基本均匀,纳米SiO2诱发银纹能力明显,是增韧环氧树脂结构胶的主要原因。通过高速研磨的方法制备的纳米SiO2改性环氧树脂结构胶的综合性能良好,有积极的工程推广价值。


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