摘要:硫酸鈣晶須是由生石膏制備而成的新型非金屬材料。以硫酸鈣晶須為填充劑,進(jìn)行了配制環(huán)氧膠粘劑的研究?？疾炝肆蛩徕}晶須對環(huán)氧膠粘劑性能的影響,并與目前常用的幾種填充劑進(jìn)行比較。比較結(jié)果表明,其抗伸強(qiáng)度可提高50%～120%,剪切強(qiáng)度相對可提高40%～140%,效果明顯。硫酸鈣晶須是膠粘劑非常優(yōu)良的填充劑。
關(guān)鍵詞:硫酸鈣晶須;填充劑;膠粘劑
硫酸鈣晶須是以生石膏為原料經(jīng)特定工藝及配方合成的硫酸鈣纖維狀單晶體。它具有均勻的橫截面、完整的外形和高度完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu),是一種有著許多特殊性能的非金屬材料。硫酸鈣晶須應(yīng)用于高分子材料,不僅能夠增強(qiáng)、增韌,而且還能起到增稠、耐熱、耐磨、耐油等作用。本研究以硫酸鈣晶須為填料,在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了配制環(huán)氧樹脂膠粘劑的試驗(yàn)研究。研究中著重考察了硫酸鈣晶須對環(huán)氧膠粘劑強(qiáng)度、韌性、耐熱及觸變性的影響。結(jié)果表明,以硫酸鈣晶須作填充劑配制的環(huán)氧膠粘劑與常用的填充劑相比,不僅具有明顯的增強(qiáng)、增韌、增稠、耐熱、耐磨、耐油及觸變性高等特點(diǎn),而且配制膠粘劑的綜合成本并不提高?？梢哉f,硫酸鈣晶須在膠粘劑中的應(yīng)用有著十分廣泛的前景。
1試驗(yàn)材料及設(shè)備
硫酸鈣晶須,由東北大學(xué)研制開發(fā)。硫酸鈣晶須的主要性能見表1。為了便于比較,試驗(yàn)中還選用了目前配制環(huán)氧膠粘劑最常用的幾種填充劑:石英粉(工業(yè)級)、氧化鋁粉(沈陽試劑二廠生產(chǎn))、超細(xì)硅酸鋁(河北廊坊津固化工廠生產(chǎn))和沉淀法白炭黑(沈陽東北化工廠生產(chǎn))。試驗(yàn)用樹脂為E-44環(huán)氧樹脂,由江蘇三木集團(tuán)公司生產(chǎn)。KH-550硅烷偶聯(lián)劑,由蓋州市化學(xué)有限責(zé)任公司生產(chǎn),其化學(xué)成分為H2NCH2CH2CH2Si—(OC2H5)3。
試驗(yàn)中對各種填充劑配制的環(huán)氧膠粘劑分別按國家標(biāo)準(zhǔn)GB6329-86和GB7124-86制成拉伸試件和拉伸剪切試件,由材料拉力試驗(yàn)機(jī)測定其拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。填充劑的加入量,采用每100份E-44環(huán)氧樹脂中加入的填充劑的份數(shù)phr來表示。
2試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果
2.1不同填充劑配制的環(huán)氧膠粘劑性能對比
在其它條件不變的情況下,分別以相同量(均為20phr,即20份數(shù),下同)的硫酸鈣晶須、石英粉、三氧化二鋁粉、沉淀法白炭黑和超細(xì)硅酸鋁為填充劑,配制環(huán)氧膠粘劑,然后按標(biāo)準(zhǔn)分別測出這幾種膠粘劑的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。測試結(jié)果見表2。
從表2可看出,以硫酸鈣晶須為填充劑配制的環(huán)氧膠粘劑強(qiáng)度最高。
2.2硫酸鈣晶須用量對環(huán)氧膠粘劑強(qiáng)度的影響
圖1和圖2示出了硫酸鈣晶須用量與所配制的膠粘劑的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的關(guān)系。從圖1、圖2可見,硫酸鈣晶須用量在10～30phr時,對環(huán)氧膠粘劑的強(qiáng)度影響不大,但以20phr為最高。
2.3偶聯(lián)劑對膠粘劑強(qiáng)度的影響
由于硫酸鈣晶須表面非常完整、光滑,與樹脂間的結(jié)合往往不夠理想。因此在用硫酸鈣晶須配制環(huán)氧膠粘劑時,同時加入了適量的硅烷偶聯(lián)劑,以增加硫酸鈣晶須與環(huán)氧樹脂基體的結(jié)合力。表3是KH-550硅烷偶聯(lián)劑加入量為硫酸鈣晶須用量的1%時的試驗(yàn)結(jié)果。
從表3可見,加入KH-550硅烷偶聯(lián)劑后,膠粘劑的強(qiáng)度顯著提高。
2.4硫酸鈣晶須與其它填充劑混合使用對膠粘劑粘結(jié)強(qiáng)度的影響
晶須纖維和許多粒子填充劑都具有增強(qiáng)樹脂的作用,但是二者的增強(qiáng)作用的機(jī)理并不相同。晶須纖維的增強(qiáng)作用在于纖維本身起著承載作用,而粒子本身并不起承載作用,它的增強(qiáng)作用在于阻止基體分子產(chǎn)生位錯的能力。因此,如果將纖維與粒子以適當(dāng)比例混合作為樹脂填充劑,往往會使二者的增強(qiáng)作用結(jié)合起來,取得更加令人滿意的效果。表4給出了硫酸鈣晶須與石英粉混合配制的環(huán)氧膠粘劑的粘結(jié)強(qiáng)度。將表4的結(jié)果與前述各表的試驗(yàn)結(jié)果相比較,可以看出混合型填充劑配制的環(huán)氧膠粘劑的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都有非常明顯的提高。而且經(jīng)偶聯(lián)劑改性后,提高幅度更大。
2.5以硫酸鈣晶須配制的環(huán)氧膠粘劑的表觀特性
在用各種填充劑配制環(huán)氧膠粘劑的試驗(yàn)過程中,可以明顯地觀測到:以硫酸鈣晶須為填充劑配制的環(huán)氧膠粘劑,分散性好,觸變性大,施工不流淌,固化后表面光滑,不出現(xiàn)白花現(xiàn)象。此外,由于硫酸鈣晶須的高溫性能好,因此,它所配制的環(huán)氧膠粘劑的耐溫性能也有相應(yīng)提高。
3結(jié)論
(1)與目前常用的填充劑相比較,以經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性的硫酸鈣晶須配制的環(huán)氧膠粘劑,其拉伸強(qiáng)度相對可以提高50%～120%,剪切強(qiáng)度相對可以提高40%～140%,效果十分明顯。
(2)將硫酸鈣晶須與其它粒子填充劑混合用于配制環(huán)氧膠粘劑,效果更佳。如改性硫酸鈣晶須與石英粉混合作為填充劑,同只用單一改性硫酸鈣晶須作填充劑相比,配制的環(huán)氧膠粘劑的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度又可提高17%～7%。
(3)以硫酸鈣晶須配制的環(huán)氧膠粘劑表觀特性好,性能價格比高。
(4)硫酸鈣晶須是一種具有增強(qiáng)、增韌、耐熱、高觸變性的優(yōu)良填充劑。用硫酸鈣晶須配制環(huán)氧樹脂膠粘劑,可以大大提高膠粘劑的性能,應(yīng)用前景十分廣闊。同時為石膏礦的深加工應(yīng)用開辟了新的途徑。
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