硫酸鈣晶須改性環氧膠粘劑的研究

　　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,進行了配制環氧膠粘劑的研究。考察了硫酸鈣晶須對環氧膠粘劑性能的影響,并與目前常用的幾種填充劑進行比較。比較結果表明,其抗伸強度可提高50%～120%,剪切強度相對可提高40%～140%,效果明顯。硫酸鈣晶須是膠粘劑非常優良的填充劑。


　　關鍵詞: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部結構,是一種有著許多特殊性能的非金屬材料。硫酸鈣晶須應用于高分子材料,不僅能夠增強、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,在實驗室進行了配制環氧樹脂膠粘劑的試驗研究。研究中著重考察了硫酸鈣晶須對環氧膠粘劑強度、韌性、耐熱及觸變性的影響。結果表明,以硫酸鈣晶須作填充劑配制的環氧膠粘劑與常用的填充劑相比,不僅具有明顯的增強、增韌、增稠、耐熱、耐磨、耐油及觸變性高等特點,而且配制膠粘劑的綜合成本并不提高。可以說,硫酸鈣晶須在膠粘劑中的應用有著十分廣泛的前景。


　　1試驗材料及設備

　　硫酸鈣晶須,由東北大學研制開發。硫酸鈣晶須的主要性能見表1。為了便于比較,試驗中還選用了目前配制環氧膠粘劑最常用的幾種填充劑:石英粉(工業級)、氧化鋁粉(沈陽試劑二廠生產)、超細硅酸鋁(河北廊坊津固化工廠生產)和沉淀法白炭黑(沈陽東北化工廠生產)。試驗用樹脂為E-44環氧樹脂,由江蘇三木集團公司生產。KH-550硅烷偶聯劑,由蓋州市化學有限責任公司生產,其化學成分為H2NCH2CH2CH2Si—(OC2H5)3。

　　試驗中對各種填充劑配制的環氧膠粘劑分別按國家標準GB6329-86和GB7124-86制成拉伸試件和拉伸剪切試件,由材料拉力試驗機測定其拉伸強度和剪切強度。填充劑的加入量,采用每100份E-44環氧樹脂中加入的填充劑的份數phr來表示。


　　2試驗內容及結果

　　2.1不同填充劑配制的環氧膠粘劑性能對比

　　在其它條件不變的情況下,分別以相同量(均為20phr,即20份數,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硅酸鋁為填充劑,配制環氧膠粘劑,然后按標準分別測出這幾種膠粘劑的拉伸強度和剪切強度。測試結果見表2。

　　從表2可看出,以硫酸鈣晶須為填充劑配制的環氧膠粘劑強度最高。


　　2.2硫酸鈣晶須用量對環氧膠粘劑強度的影響

　　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度和剪切強度的關系。從圖1、圖2可見,硫酸鈣晶須用量在10～30phr時,對環氧膠粘劑的強度影響不大,但以20phr為最高。

　　2.3偶聯劑對膠粘劑強度的影響

　　由于硫酸鈣晶須表面非常完整、光滑,與樹脂間的結合往往不夠理想。因此在用硫酸鈣晶須配制環氧膠粘劑時,同時加入了適量的硅烷偶聯劑,以增加硫酸鈣晶須與環氧樹脂基體的結合力。表3是KH-550硅烷偶聯劑加入量為硫酸鈣晶須用量的1%時的試驗結果

　　從表3可見,加入KH-550硅烷偶聯劑后,膠粘劑的強度顯著提高。


　　2.4硫酸鈣晶須與其它填充劑混合使用對膠粘劑粘結強度的影響

    晶須纖維和許多粒子填充劑都具有增強樹脂的作用,但是二者的增強作用的機理并不相同。晶須纖維的增強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,它的增強作用在于阻止基體分子產生位錯的能力。因此,如果將纖維與粒子以適當比例混合作為樹脂填充劑,往往會使二者的增強作用結合起來,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氧膠粘劑的粘結強度。將表4的結果與前述各表的試驗結果相比較,可以看出混合型填充劑配制的環氧膠粘劑的拉伸強度和剪切強度都有非常明顯的提高。而且經偶聯劑改性后,提高幅度更大。

    2.5以硫酸鈣晶須配制的環氧膠粘劑的表觀特性

    在用各種填充劑配制環氧膠粘劑的試驗過程中,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,不出現白花現象。此外,由于硫酸鈣晶須的高溫性能好,因此,它所配制的環氧膠粘劑的耐溫性能也有相應提高。


    3結論

    (1)與目前常用的填充劑相比較,以經過硅烷偶聯劑改性的硫酸鈣晶須配制的環氧膠粘劑,其拉伸強度相對可以提高50%～120%,剪切強度相對可以提高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,配制的環氧膠粘劑的拉伸強度和剪切強度又可提高17%～7%。


    (3)以硫酸鈣晶須配制的環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、增韌、耐熱、高觸變性的優良填充劑。用硫酸鈣晶須配制環氧樹脂膠粘劑,可以大大提高膠粘劑的性能,應用前景十分廣闊。同時為石膏礦的深加工應用開辟了新的途徑。

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