多壁碳纳米管改性环氧树脂胶黏剂实验研讨(下)

为了调查MWCNTs对胶黏剂固化交联网络的影响,测验了胶黏剂的动态力学功能,以损耗因子tanδ的峰顶温度作为玻璃化转变温度Tg,成果如图4所示。测验成果表明,不同胶黏剂的tanδ巨细有必定差异,但无规律性;别的MWCNTs的增加对胶黏剂的Tg没有显着的影响,即对链段运动影响较小。

2.2MWCNTs对树脂系统流变特性的影响

流变特性关于胶黏剂填充被粘物空隙的才干十分重要,为此调查了MWCNTs对胶黏剂树脂系统流变特性的影响。南阳硅烷处理剂四种树脂胶黏剂系统黏度随剪切速率的改变曲线如图5所示。可以看出,在低剪切速率下,增加了MWCNTs的树脂胶黏剂系统的黏度均有所增加,并表现出剪切变稀特性。这首要是因为MWCNTs涣散在树脂中,具有很多的随机取向和互相环绕,因而可以进步树脂胶黏剂系统的黏度。跟着剪切速率的增大,MWCNTs将沿剪切力方向解环绕、拉伸和取向,重新摆放后互相之间能更简单互相滑过,系统黏度因而下降。增加了经硅烷处理剂改性后的MWCNTs的树脂系统黏度增加起伏更大,而且具有更显着的剪切变稀特性。因为增加硅烷处理剂后在MWCNTs的外表会接枝有机分子链,进步了MWCNTs与环氧树脂的亲和性,MWCNTs与树脂分子链结合力更强[9],因而黏度显着进步。此阶段MWCNTs与树脂还没有发作显着的化学反响,在剪切力的效果下,这种结合会被损坏导致黏度下降。此外,硅烷处理剂与气相SiO2之间可以构成必定的氢键,也会进步树脂胶黏剂系统的黏度和剪切变稀程度。MWCNTs+KH550的树脂胶黏剂系统具有更高的黏度和更显着的剪切变稀特性,阐明外表含胺基的MWCNTs与环氧树脂的亲和力更强。

2.3MWCNTs对胶黏剂力学功能的影响

2.3.1拉伸剪切强度

拉伸剪切强度可以很好地反映胶黏剂的粘结功能,本文中测验了四种胶黏剂系统的拉伸剪切强度,成果如图6所示。南阳硅烷处理剂可以看出,MWCNTs+KH550和MWCNTs+KH560这两种胶黏剂,较无MWCNTs的胶黏剂拉伸剪切强度别离进步了46.4%和31.9%,而只增加MWCNTs的胶黏剂拉伸剪切强度没有进步。

从拉伸剪切试样的典型损坏形式相片(图7)可以看出,不含处理剂和MWCNTs的系统(图7(a)和图7(b))首要发作了界面损坏,而含硅烷处理剂和MWCNTs的系统(图7(c)和图7(d)),则一起发作了内聚损坏和界面损坏,其间MWCNTs+KH560/EP胶黏剂粘接界面损坏的描摹较为平整,被粘金属外表根本没有胶黏剂残留,而MWCNTs+KH550/EP胶黏剂则在被粘金属外表产生了较多毛刺,即胶黏剂与被粘金属之间的界面结合更为结实。这阐明增加了经处理剂改性的MWCNTs,胶黏剂和被粘金属之间能有更多的化学键合点,胶黏剂与被粘金属之间的界面结合更为结实,其界面强度更高,然后不易在界面结合处发作损坏,使胶黏剂的本体功能得到了充沛的发挥;一起,因为MWCNTs具有优异的力学功能,增加少数MWCNTs便能较好地进步胶黏剂本体的力学功能[6],因而,在界面结合得到改进的状况下,MWCNTs的增加进步了胶黏剂的拉伸剪切强度。而胺基可能与金属的化学键合更为结实,因而含KH550系统的拉伸剪切强度更大。

2.3.2冲击强度

耐性关于胶黏剂的粘结功能和疲惫功能十分重要,本文中选用胶黏剂浇注体的冲击强度评价胶黏剂的耐性。各种胶黏剂的冲击强度如图8所示。可以看出,只增加了MWCNTs和MWCNTs+KH560的胶黏剂与无MWCNTs的胶黏剂比较,冲击强度略有进步;而MWCNTs+KH550胶黏剂与无MWCNTs的胶黏剂比较,冲击强度进步了44.1%。

图9是四种胶黏剂冲击损坏的试样相片。可以看出,没有增加MWCNTs的胶黏剂系统为沿着冲击方向的齐口冲断,而增加了MWCNTs的三种系统的端口均偏离了冲击的方向,阐明基体在遭到冲击荷载时,MWCNTs诱发的银纹能使胶黏剂浇注体向各个方向开裂,然后增加了开裂的面积和吸收的能量,使冲击强度得到进步。

经过SEM对四种胶黏剂冲击试样的断面进行了剖析,断面的微观描摹如图10所示。可以看出,没有增加MWCNTs的胶黏剂系统(图10(a))发作典型脆性开裂,断面比较滑润规整,裂纹根本呈直线型且均匀有序,这阐明裂纹在扩展的进程中所遇到的阻力很小,扩展简单,能量损耗小,构成冲击强度低。增加碳纳米管后(图10(b)~10(d)),断面呈凹凸不平的鱼鳞状描摹,裂纹不再有序,而只增加处理剂不增加MWCNTs的系统,其冲击强度和断口描摹与无处理剂、无MWCNTs的系统根本共同,阐明纳米碳管的参加的确起到了承载外力且消耗开裂能量的效果[10],并阻挠基体裂纹朝一个方向扩展,构成裂纹乱七八糟摆放,冲击耐性较高。

需注意的是,MWCNTs对胶黏剂耐性的增强效果与MWCNTs/树脂间的界面强度有亲近关联,只要适中的界面强度才干有用地传递载荷,一起较好地吸收能量,充沛发挥MWCNTs的功能[11]。经过处理剂改性的MWCNTs外表引入了处理剂有机分子链,且处理剂分子上的胺基或环氧基可以参加固化反响,然后可以改进MWCNTs与环氧树脂之间的界面结合,使冲击实验时效果在树脂上的载荷经过界面有用转移到纳米碳管上,阻挠了因应力集中而引起的银纹和微裂纹的扩展[12]。

MWCNTs+KH550/EP与MWCNTs+KH560/EP比较,冲击强度进步的更为显着,阐明关于这种环氧树脂胶黏剂系统,KH550处理剂可以在MWCNT与环氧树脂间构成结合强度更为适中的界面,然后可以有用进步胶黏剂的冲击强度。

3定论

(1)超声波涣散进程中KH550和KH560可与MWCNTs外表羟基发作缩合反响,然后增强了MWCNTs与环氧树脂的亲和力,进步胶黏剂树脂系统的黏度和剪切变稀程度。

(2)增加了MWCNTs+KH550的胶黏剂拉伸剪切强度有较大起伏进步,这首要是因为接枝了处理剂分子的MWCNTs能与被粘金属构成较强的化学键合,进步了界面粘结强度,使胶黏剂的本体功能得到更充沛的发挥。

(3)增加MWCNTs使胶黏剂的冲击断面更粗糙,开裂面积更大,而且增加了MWCNTs+KH550的胶黏剂冲击强度最高,这可能是因为MWCNTs外表的胺基与环氧树脂间构成结合强度适中的界面,冲击载荷更高效地传递到MWCNTs上,然后进步了胶黏剂的耐性。