粘合劑的固化反應(yīng)與粘結(jié)強度的測定

1、。實驗報告專業(yè)：高分子材料與工程姓名：劉佳慧學號：3071102675日期：2010年 10月 11日地點：高分子樓課程名稱：高分子材料實驗指導老師：王幽香成績：實驗名稱：粘合劑的固化反應(yīng)與粘結(jié)強度的測定實驗類型：同組學生姓名：湯雨杭、王喬夫、尹錚、張雷綱一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、實驗?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵?、 了解環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)的基本原理2、 初步掌握拉力試驗機的結(jié)構(gòu)和使用方法3、 測定環(huán)氧樹脂二乙烯三胺粘合劑的剪切強度二、實驗內(nèi)容和原理環(huán)氧樹脂有“萬能膠”之稱，它

2、對各種金屬材料和非金屬材料如鋁、銅、鋼、木材、玻璃、混凝土、熱固性塑料如酚醛樹脂有優(yōu)良的粘結(jié)性能，但對聚烯烴類塑料如聚乙烯、聚丙烯等的粘合性不好。環(huán)氧樹脂實際上是具有反應(yīng)性基團的低聚物，作為粘合劑，必須使用固化劑，經(jīng)過固化交聯(lián)，成為大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此能使其交聯(lián)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)稱為固化劑：對環(huán)氧樹脂而言，固化劑的種類很多，如脂肪族多元胺，芳香族多元胺以及各種胺類改性物。各種有機酸及酸酐，一些合成樹脂如聚酰胺、酚醛樹脂等。固化劑是通過其官能團與環(huán)氧樹脂發(fā)生加成或縮合反應(yīng)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的。固化劑的種類不同，其固化反應(yīng)機理也不同。本實驗采用二乙烯三胺的固化反應(yīng)方程式如下：H2N-CH2-CH2-N

3、H-CH2-CH2-NH2 + 2CH2 -CH- OCH2-CH-HN-CH2-CH2 -NH-CH2-CH2-NH-CH2-CH-OHOHCH2-CH-HN-CH2-CH2 -NH-CH2-CH2-NH-CH2-CH- + 3CH2 -CH- OHOHOCH2-CH-HN-CH2-CH2 -NH-CH2-CH2-NH-CH2-CH-OH CH2CH 2CH2OHHO-CH-HO-CH-HO-CH-反應(yīng)在第一階段時，伯胺和環(huán)氧基反應(yīng)，第二階段，生成的仲胺和環(huán)氧基反應(yīng)。此外生成的羥基也能和環(huán)氧基反應(yīng)，具有加速反應(yīng)進行的傾向，最后生成了一個巨大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。實驗表明，如果在固化體系中加入適量的給質(zhì)

4、子基團如苯酚，那么就會促進胺類的固化，這可能是一個雙分子機理， 有利于胺類化合物對 C+離子的親和進攻， 同時完成氫原子的加成。 本實驗用的促進劑是 2，4， 6-( 二甲基氨基 ) 甲基 苯酚 DMP30。本實驗采用雙酚A 型環(huán)氧樹脂E44, 由雙酚 A 和環(huán)氧氯丙烷在堿催化的低分子量縮合產(chǎn)物。1。一該型環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值為44，二乙烯三胺的用量計算如下：粘合劑膠接強度測試是十分重要的，常用的有剝離法和剪切法兩種，本實驗采用剪切法。剪切強度亦稱抗剪強度，是指膠接頭在單位面積上能承受的平行膠面得最大負荷。三、主要儀器與試劑試劑：雙酚 A 型環(huán)氧樹脂 E44、二乙烯三胺和 2， 4， 6-( 二甲

5、基氨基 ) 甲基 苯酚（ DNP）、鋁試片、儀器：直尺、鉛筆、砂紙、天平、電子萬能試驗機四、操作方法和實驗步驟1、 測定步驟1) 將已切割成標準狀的 24 片鋁試片的交合面處用砂紙打磨干凈，之后用丙酮擦凈試片表面，用鉛筆劃出 1.5 2.0cm 的膠合面。2)用一個紙杯稱取30g 環(huán)氧樹脂，滴加三滴二乙烯三胺2.70g ，用玻璃棒均勻攪拌，平分為兩份，其中一份滴加促進劑DNP 0.45g 。3)將膠均勻涂在試片膠合面上，每兩個膠合面黏貼成為一個試件，用鐵夾夾緊，共制備12 個。將試件平放入 90烘箱半個小時，降溫取出，冷至室溫，去掉夾子。2。4) 將制備好試件在拉力試驗機上進行剪切試驗，試件的

6、縱軸與拉力方向相同，控制拉伸的速度為2mm/min，當試件破壞后，記下指針讀數(shù)，測量并計算膠合面積。2、 計算方法及精確度粘合強度（ X） N/m2 按下式計算：Xfsf試件破壞時的負荷， Ns膠合面積， m2平均測試五個試件，取其中三個最相近的算術(shù)平均值。每個結(jié)果與平均值相差不超過5%比較兩組試件的數(shù)據(jù)，觀察促進劑DMP30對雙酚 A 型環(huán)氧樹脂E44 和二乙烯三胺固化速度的影響。五、實驗數(shù)據(jù)及處理測試條件：溫度： 25濕度： 50%拉伸速度： 2mm/min粘結(jié)強度平均值不加 DMP試樣粘結(jié)寬度粘結(jié)長度粘結(jié)面積試樣破壞時負荷粘結(jié)強度X (N/m2)(cm)(cm)s (m2)f (N)2X

7、 (N/m )（使用數(shù)據(jù) 1，2，4）11.603.200E-041725.715.393E+0622.001.613.220E-041753.715.446E+065.275E+0631.553.100E-041484.004.787E+0641.503.000E-041495.434.985E+06粘結(jié)強度平均值加入 DMP試樣粘結(jié)寬度粘結(jié)長度粘結(jié)面積試樣破壞時負荷粘結(jié)強度X (N/m2)(cm)(cm)s (m2)f (N)2X (N/m )（使用數(shù)據(jù) 2，4，5）11.523.040E-042200.007.237E+0621.482.960E-041928.006.514E+0632

8、.001.523.040E-041696.575.581E+066.398E+0641.422.840E-041890.296.656E+0651.503.000E-041807.436.025E+06注：實驗教材上對數(shù)據(jù)處理的要求是“取其中三個最相近的算術(shù)平均值。每個結(jié)果與平均值相差不超過5%”但是處理數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)盡管取了相差最小的三個值，其誤差仍然在5%以上，所以酌情選取誤差最小的三個數(shù)據(jù)做處理。六、實驗結(jié)果與分析實驗結(jié)果：不加促進劑DMP 時，平均粘結(jié)強度：5.275E+06(N/m 2) ；加入促進劑DMP 時，平均粘結(jié)強度：。3。6.398E+06(N/m 2) ，同時，觀察兩組數(shù)據(jù)發(fā)

9、現(xiàn)，不加DMP時粘結(jié)強度最大值5.393E+06(N/m 2) 要小于加DMP時粘結(jié)強度最小值5.581E+06(N/m 2) ，這說明了DMP的確促進了二乙烯三胺對環(huán)氧樹脂E44 的固化作用結(jié)果分析：本次實驗數(shù)據(jù)波動較大，這主要是實驗操作引起的，而這一大的波動已經(jīng)不能簡單的通過取平均值來消除誤差， 因此我認為取平均值的做法只能給出一個參考值便于我們比較兩組數(shù)據(jù)， 從而定性的得到結(jié)論，而平均值本身意義并不大誤差分析：1. 鋁片表面的處理：實驗前需要用砂紙將鋁片粘結(jié)面打磨，去除氧化層，增加粗糙度，提高粘結(jié)性，因此表面打磨的是否干凈平整，對實驗結(jié)果影響很大。不同人打磨時手勢、力度均不相同，即使同一

10、個人，也不能保證打磨出的表面情況完全相同；另外，由于實驗中鋁片反復(fù)使用，經(jīng)過多次打磨，有的鋁片邊緣已經(jīng)被打磨成了弧形，導致膠粘時鋁片之間不能緊密接觸，影響粘結(jié)性能。2. 膠粘劑的涂覆：實驗中發(fā)現(xiàn)不同操作者涂覆時所用膠粘劑的量相差很大，導致涂層的薄厚程度相差很大，這會影響膠粘面積和樹脂的固化過程；另外，涂覆膠粘劑后鋁片之間很容易滑移，導致較難準確的使鋁片端面對齊鉛筆劃的線，雖然這一點可以通過測量最終膠結(jié)面積校正，但是也會影響實驗結(jié)果3. 反應(yīng)時間：樹脂的固化反應(yīng)從配料完成后就已經(jīng)開始，升溫階段只是加速固化反應(yīng)，這導致了涂到每一片鋁片上的樹脂實質(zhì)上都已經(jīng)開始了固化反應(yīng)，并且反應(yīng)程度都是不相同的，涂

11、到鋁片上之后，每一個試件中樹脂與鋁片的作用時間也是不相同的，這對粘結(jié)效果的影響非常大，應(yīng)該是使實驗結(jié)果波動如此大的主要因素4. 拉伸試驗時試件位置：拉伸試驗時保持試件縱軸與拉力方向相同是很重要的，因此必須保持試件是豎直放置的，實際實驗中，由于夾具的關(guān)系，保持試件完全豎直有一定困難，同時通過目測判斷是否豎直也是很不準確的5. 試件數(shù)量：由于以上分析的種種誤差基本都不可避免，降低誤差的辦法之一就是增大試件數(shù)量，但實際實驗中由于實驗時間有限，即使每組只有不超過12 個試件，我們最后一組實驗還是做到了晚上七點多，增大試件數(shù)量不太可行，真正科研或者工業(yè)上測定粘合強度時，應(yīng)該需要測定更多的試件七、注意事項

12、1. 為了保證兩組對比實驗中環(huán)氧樹脂和固化劑的比例是完全相同的，同時節(jié)省實驗時間，配料時先配固化劑和環(huán)氧樹脂，混合均勻后分成兩份，再向其中一份加入固化劑，而不是像教材上寫的那樣分別配兩份原料2. 涂覆樹脂時注意要使鋁片表面充分浸潤樹脂，均勻涂覆一薄層，如果太厚的話會使內(nèi)部樹脂來不及交聯(lián)固化，影響粘結(jié)性能3. 做拉伸測試之前先觀察試件中兩片鋁片是否保持豎直，如果鋁片歪斜，則這一試件不能用于拉伸測試4. 為了盡量使每個試件與環(huán)氧樹脂的作用時間相同， 實驗中在做到涂覆均勻的條件下盡量加快制作試件的速度八、資料補充環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化的特點，固化劑與促進劑環(huán)氧樹脂交聯(lián)固化的特點1，固化溫度與使用固化劑種類

13、和用量有關(guān)，從低溫到高溫均可。2，其固化過程一般不放出水或其它低分子，故作膠黏劑、層壓制品或澆鑄灌封的制品均不會有多孔性缺陷。3，由于把固化劑分子引進了環(huán)氧樹脂中，所以最終的產(chǎn)物性能與固化劑有很大關(guān)系，它們直接影響了產(chǎn)物的熱性能、電性能及化學穩(wěn)定性等等。4。環(huán)氧樹脂固化劑：1， 定義與環(huán)氧樹脂發(fā)生化學反應(yīng), 形成網(wǎng)狀立體聚合物, 把復(fù)合材料骨材包絡(luò)在網(wǎng)狀體之中.使線型樹脂變成堅韌的體型固體的添加劑2， 分類1) 胺類胺類固化劑有脂肪胺類、脂環(huán)族胺類和芳香族胺類。a) 脂肪族胺類：乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、三乙胺、三乙醇胺等。優(yōu)點：能在室溫使樹脂固化，且固化速度快，粘度低，使用方便

14、。缺點：固化放熱給操作帶來不便，且對操作人員健康不利。多余的胺殘留在制品中會使樹脂裂解，一般不適宜作結(jié)構(gòu)膠黏劑的固化劑。用量一般為樹脂重的 815%。為提高制品機械強度，在固化后，再在 100140處理 46h。 b) 芳香胺類固化劑主要品種：間苯二胺，用量為樹脂重的1416%，一般采用分段加熱從室溫逐漸升至150；間苯二甲胺，用量為樹脂重的1620%，可常溫固化；二氨基二苯砜，用量為樹脂重的3035%， 125200固化。若加入1%的促進劑（咪唑、甲基咪唑或三氟化硼乙胺） ，則 130、 2h 即可固化；二氨基二苯甲烷，用量為樹脂重的30%左右， 165 46h 固化。優(yōu)點：分子中有苯環(huán)存在

15、，故固化環(huán)氧制品熱性能較好2)酸酐類固化劑主要品種：順酐（馬來酸酐） ，用量為樹脂重的3040%， 160200， 24h 固化。苯酐（鄰苯二甲酸酐），用量為樹脂重的3045%。內(nèi)次甲基四氫鄰苯二甲酸酐用量為樹脂重的8093%，固化條件： 80， 3h。聚壬二酸酐，分子量為20005000，用量為樹脂重的2025%，100固化 12h。均苯四甲酸二酐，用量為樹脂重的2025%。桐油酸酐樹脂，由桐油和順酐經(jīng)雙烯加成而得，可作固化劑和增韌劑，用量為樹脂重的12 倍，固化條件： 80， 20h 或 100， 5h。優(yōu)點：固化過程中放熱緩和，且產(chǎn)品收縮小，由于有酯鍵存在使產(chǎn)品韌性有所提高。一般可加入13%叔胺作催化劑，使酸酐開環(huán)與環(huán)氧反應(yīng)生成單酯和二酯。缺點：固化慢，固化溫度高，且多為固體，加料及操作不便。3)咪唑類固化劑主要品種：咪唑，用量一般為樹脂重的35%。 2- 乙基 -4- 甲基咪唑，用量為樹脂重的25%，固化條件為：6080， 68h。優(yōu)點：屬中溫固化劑，