基本信息
- 项目名称：
- 双增韧剂增韧环氧树脂及增韧机理研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 采用双增韧剂对环氧树脂增韧，并用正交试验方法对其增韧条件进行了优化。通过对固化产物剪切强度、剥离强度、冲击强度的测定，得到了胶黏剂较佳的制备条件。通过对原料及固化物的红外表征、固化物DSC及TG测试及SEM微观形态表征，验证了反应机理并分析了增韧机理及热稳定性。
- 详细介绍：
- 针对单一增韧剂对环氧树脂的增韧缺陷，研究了双增韧剂（端羧基液体丁腈橡胶（CTBN）与纳米SiO2（n-SiO2））对环氧树脂（ER）增韧，并用正交试验方法对其增韧条件进行了优化。获得胶黏剂剪切强度、剥离强度、冲击强度分别达到33.85Mpa、5.92 KN/m、18.24KJ•m-2；红外（FTIR）表明双增韧剂均与ER发生作用，热重分析（TG）和DSC结果显示固化产物热稳定性良好，扫描电镜（SEM）对固化产物微观形态的观察结果显示双增韧剂增韧ER的机理是剪切变形与银纹钝化相结合形成的韧窝机理，且双增韧剂对ER增韧作用明显。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为了提高环氧胶粘剂的抗冲击等性能，解决胶裂和胶脆等问题，针对单一的增韧剂增韧环氧树脂效果的局限性，考虑端羧基液体丁腈橡胶（CTBN）的优良柔韧性及纳米SiO2的纳米特性，采用两者结合增韧环氧树脂。
科学性、先进性及独特之处
- 采用正交实验方法对双增韧剂增韧环氧树脂条件进行了优化，得到胶黏剂较佳的制备条件。通过性能测试，胶黏剂剪切强度、剥离强度、冲击强度等均优于单增韧剂增韧环氧树脂制备的胶粘剂。通过技术表征，显示固化产物玻璃化温度及热稳定性提高，纳米SiO2结合CTBN对ER增韧机理是剪切变形与银纹钝化相结合形成的韧窝，且增韧效果显著。
应用价值和现实意义
- 所制备的胶黏剂，粘接铝合金试片室温剪切强度可达33.85MPa，剥离强度5.92KN/m，冲击强度18.24KJ/m2，且耐介质性能、热稳定性良好。可用于墙体结构修复、补强，机械构件的黏结。
学术论文摘要
- 采用端羧基液体丁腈橡胶（CTBN）与纳米SiO2（n-SiO2）双增韧剂对环氧树脂（ER）增韧，并用正交试验方法对其增韧条件进行了优化。通过对固化产物剪切强度、剥离强度、冲击强度、热稳定性及微观形态的测定及表征，得到了胶黏剂较佳的制备条件。结果表明，ER与双增韧体系(CTBN+n-SiO2)的比例为8:1、CTBN与n-SiO2的比例为2:1、在180℃条件下反应2.5h，胶黏剂剪切强度、剥离强度、冲击强度分别达到33.85Mpa、5.92 KN/m、18.24KJ/m2；傅里叶变换红外光谱（FT-IR）表明CTBN和n-SiO2都与ER发生作用，热重（TG）和差示扫描量热（DSC）测试结果显示双增韧剂增韧的固化产物热稳定性较好；扫描电镜（SEM）结果表明，CTBN、n-SiO2、双增韧剂增韧ER的机理分别是颗粒铆钉所诱发的剪切变形机理、银纹钝化机理、剪切变形与银纹钝化相结合形成的韧窝机理，且双增韧剂对ER增韧作用明显。
获奖情况
- （1）姚兴芳，范时军，张世锋.丁腈橡胶改性环氧树脂的研究进展，热固性树脂（中文核心），2009，24（3）：52-55 （2）姚兴芳，高宇，李健，等. CTBN结合纳米SiO2改性环氧树脂及增韧机理，热固性树脂（中文核心），2011.26（1）：16-20 （3）姚兴芳，李玉男，孙言乐，等. 双增韧剂改性环氧树脂及其性能研究，河北大学学报（自然科学版）（中文核心），已接收
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 刘竞超，张华林，李小兵. 粒子分散-硅对环氧树脂／纳米SiO2材料性能的影响[J]，合成树脂与塑料，2002，19(1)：30-33 [2] 陈名华，姚武文，汪定江. 纳米TiO2对环氧树脂胶粘剂性能影响的研究 [J]，黏结，2004，25(6)：12-15 [3] 康文韬，王刚，刘少敏. 凹凸棒土在高聚物改性中的应用[A]，天津化工，2002（11），6：26-28 [4] 吴白芦.纳米技术与固体物理的新发展，现代科学仪器，1998，1，34-43 [5] 刘兴重，刘小贝，周林涛. 聚乙二醇柔性间隔基纳米SiO2增韧环氧树脂性能研究，武汉科技大学学报( 自然科学版)，2008(8)，31(2)：186-188 [6] 齐鑫，邸明伟. 橡胶弹性体增韧环氧树脂的研究进展[A]，粘接，2008(8)，2：63-37 [7] 贾丙雷，晁敏，王结良，等. CTBN改性双环戊二烯型氰酸酯树脂研究[J]， 工程塑料应用，2007，35(3) ：8-11 [8] 刘元镛，许爱荣，宁荣昌. 改性BMI／DPA和CTBN增韧环氧树脂的温度、力学性能及本构关系研究，航空材料学报，1999(12)，19(4):40-51 [9] 涂春潮，齐暑华，周文英，等.环氧树脂增韧研究[J]，化学推进剂与高分子材料，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
同类课题研究水平概述
- 目前关于环氧树脂/无机纳米材料复合的研究主要是用黏土、纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米TiO2、和凹凸棒土等。刘竞超等把已烘干的纳米SiO2加入到偶联剂的丙酮溶液中，超声波处理30min，与环氧树脂搅拌混匀，可提高环氧树脂的冲击性能、拉伸强度和耐热性；铃木巧等在市售光学环氧胶中填充平均粒径为10nm的纳米SiO2微粒子，仍可保持高的透明性，收缩和热胀系数降低，折射率可调节，固化速度增加。陈名华等采用超声波和高速乳化剪切分散方式，将纳米TiO2均匀分散在环氧树脂胶中，其用量为3%时，能提高环氧树脂胶力学性能、耐热性。康文韬等用经过十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)有机化表面处理的凹凸棒土与环氧树脂配合，起到了增强增韧作用。 研究表明液体CTBN增韧环氧树脂过程中，CTBN颗粒脱胶或断裂后所形成的孔洞膨胀和颗粒(或孔洞)所诱发的剪切变形是CTBN增韧环氧体系中存在的两种主要增韧机理。刘元镛等研究了CTBN增韧环氧树脂和烯丙基双酚A改性双马树脂(BMI／DPA)在不同温度和加载速率下的拉伸和压缩力学性能对于CTBN增韧环氧树脂，材料在动态拉伸情况下，随着应变率的增大，材料由韧变脆，模量升高，断裂伸长率下降；在压缩情况下，弹性模量和屈服应力均随着加载速率的增大而增大。卢少杰用端羧基液体丁腈橡胶（CTBN）为增韧剂增韧改性双酚A型环氧树脂，使环氧树脂的低温韧性得到明显的改善。王超等以端羧基液体丁腈橡胶（CTBN）改性环氧树脂为主体，改性聚硫橡胶为固化剂的结构胶粘剂的强度高，韧性好，室温剪切强度达23.6Mpa ，综合性能优异。在国外，Ochi M等用活性弹性体CTBN增韧内消旋型环氧树脂，用CTBN来改性双酚A型的环氧树脂，随着CTBN含量的增加，体系的断裂韧性增加。C.Wise等用多端基官能团的CTBN来增韧环氧—胺体系，发现CTBN不仅起到增韧的作用，同时也加速了体系的固化。
