因素进行了分析

1、摘要:本文对引起胶接接头内应力的因素进行了分析，主要从改性环氧树脂和添加增强填料等方面入手，以 减小接头内应力，捉高力学性能，増强柔韧性。研究中通过对比试验得出了玻璃纤维作为填料在环氧树脂 结构胶粘剂中的最合理含量，以使胶粘剂的强度和柔韧性达到最佳，为其在粘接领域的应用提供了苓础数 据。关键词:胶接接头，内应力，増韧研究，剪切强度0.前言建筑胶粘剂的普遍应用，使人们对这一类型的化学建材给予了高度的关注，在我国，经过几十年來的 研究与实践,综合化学、力学、材料、结构等先进技术的成果，将其应用于建筑结构粘钢补强加固、锚栓 植筋、现场灌注施工中，更加突显了其优点与重要的作用。然而，由于固化后的环氧树

2、脂内应力大，因而存在质脆、耐疲劳性、耐热性、抗冲击韧性差等缺点， 难以满足工程技术的要求，使其应用受到一定的限制。为此对环氧树脂的增韧，改善它的脆性及力学性能 是重要的课题z-。木文用小分子聚酸胺650#为増韧剂，分别以滑右粉、砂子粉、玻璃纤维为填料，对环 氧树脂建筑结构胶进行改性。1月交接内应力分析在建筑结构的连接中，胶接获得了广泛的应用，它具有简化结构、优化性能等优点，但是胶接接头中 的内应力会对胶接强度和耐久性产生很大的影响，限制了胶接在一些匝要场合的应用。通常内应力主要冇 两个來源川:胶粘剂在固化过程中山于蟄剋挥发、缩聚反应时小分子产物逸出或加聚反应时原子间距离缩 短等原因，胶层体积收

3、缩，产生收缩内应力;胶粘剂和被胶接体的热膨胀系数不同，在温度变化时会产生 热应力。接头上内应力的存在通常导致接头强度大大下降，有时茯至使得接头自动破裂。1. 1收缩应力胶粘剂不管用什么方法固化，都难免发生一定的体积收缩。当胶粘剂处于流动状态时，体积收缩可以 得到补偿;如果在欠去流动性之后体积还没有达到平衡的数值，进一步固化就会产生内应力。胶接接头中的 收缩应力受到许多因索的作用，当采用简便方法测定收缩应力时，可将胶粘剂涂于金属锡箔上，固化z后 由于收缩应力的作用箔片就会发生弯曲，测定曲率半径p，胶层卑度hl和箔片卑度h2,即可由下式计算收 缩应力p的大小2.3):-胡）（1 -用）+ 2）+1

4、* m（9fn2 + 2片 +1）'环氧树脂建筑结构胶粘剂增韧改性试验研究式中e1为胶粘剂的弹性模量,e2为金属箔的弹性模量,m=el/e2, n二hl/h2。1.2热应力热膨胀系数不同的材料胶接在一起，温度会在界面中造成热应力。在胶接两种膨胀系数相差很大的材 料时，热应力的影响尤其显著14。为了避免热应力，胶接热膨胀系数相差很大的材料一般宁可选择比较 低的固化温度，最好采用室温固化的胶粘剂。例如，不锈钢与尼龙z间的粘接，如果采用高温固化的环氧 披磁粘剂只能得到很低的粘接强度，而采用室温i占i化的环氧一聚耿胺胶粘剂就能得到满意的胶接强度。对于胶接膨胀系数不能匹配的材料，为使之在温度改变

5、时不发生破裂，一般采川模量低，延伸率高的 胶粘剂，使热应力能通过胶粘剂的变形释放出来。由于金属被粘物的刚性比胶粘剂大得多，若设胶粘剂因温度上升而产生的热膨胀全部被约束，热膨胀将导 致胶层内产生压缩应力。若取胶粘剂的弹性模量为2. sx)03mpa,屈服极限为20mpa,线膨胀系数为110x10 一 6/c在胶粘剂的刃温为t时，所受压缩应力可由下式计算5:巧=0餌前坏氧树脂建筑结构胶粘剂增韧改性试验研究式中。t为胶层内的热应力，。1、e1分别为胶粘剂的热膨胀系数和弹性模量。在式小将屈服极限。s代入时，即得导致胶粘剂出现塑性压缩应变的温升值t1: 727°c_ 20彳=碍/（目乌严 2.

6、5xl0>xll0x10-4坏氧树脂建筑结构胶粘剂增韧改性试验研究由上述计算结果可知，只要温升达72.7°c,即会出现不可逆转的舉性压缩变形，而温度回复时，这部 分塑性应变将导致收缩，温度复为初始值时，胶层中将存在拉伸弹性变形，也就是说出现了热拉伸应力， 残存于胶层内。1.3减小内应力的措施胶接接头中不可避免的耍存在内应力，除了采用合适的工艺措施以减小内应力以外，研究接头中内应 力的大小及分布规律从而减小其有害影响是十分有懣义的。为降低结构胶粘剂固化过程中产生的内应力， 本文釆用的是加入特定的无机填料的方法。由于无机填料不参与化学反应，加入无机填料能使固化收缩按比例下降.加入无

7、机填料还能降低热膨胀 系数，因此加入适量填料能使某些胶粘剂的强度显著提高。对填料进行超细加工或纤维化加工，再加入胶粘剂中，是近年來才开发的新技术。它们的加入，一改 过去加入填料降低冲击强度的传统，反而可增加韧性，提高胶体的力学性能，这种方法已成为环氧树脂等 热固性胶粘剂捉高韧性的一项新技术。2. 试验部分2. 1主要原料主体粘料:e 44环氧树脂（蓝星化工新材料股份冇限公司无锡树脂厂）;e 一 51环氧树脂（蓝星化工新 材料股份冇限公司无锡树脂厂）；固化体系:t 一 31固化剂（无锡市树脂厂）;聚服胺650林（蓝星化工无锡树 脂厂精细化工研究所）；活性稀释剂:epg 一 660（吉林化学工业般

8、份有限公司）：增塑剂:邻苯二屮酸二乙酷 （沈阳市新西试剂厂）：固化促进剂:间苯二酚（天津市科密欧化学试剂开发中心）;增韧剂:聚酥胺65叫（蓝星 化工无锡树脂厂蒂细化工研究所）填料:滑石粉，400 - 600目（工业级）：砂子粉，325目（过筛）；玻璃纤维， 耐碱玻纤短切纱ar;2. 2增韧机理2. 2. 1玻璃纤维改性胶粘剂玻璃纤维作为一种性能优异的无机非金屈材料，主要成分包括5102、a1203、cao、b203. mgo、wo等。 此填料在提高胶粘剂的强度方面效果非常显著.它是以玻璃球或废iii玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱等工艺，最后形成纤维状材料，其强度大为 增加且具有柔软性，配合树

9、脂使用已成为优良的结构用材。其增韧机理【8）为：不连续纤维的增强理论假 定，负荷或应力能通过基体从纤维传递到纤维，纤维比基体强度大、模量高，因此当复介材料受到外应力 时，纤维局部抵抗形变，在纤维中产生了比其周围基体高得多的应力。当两界面结合很好时，这种増强效 果尤为明显。2. 2. 2界面作川机理人量研究衣明，复合材料的界面粘结越好，其层间剪切强度越高，但冲击韧性往往冇所下降。因为通 常冲击能量的吸收和耗散是通过填料，尤其是纤维填料与树脂棊体z间的界而脱粘、填料被拔出來实现的。 填料与树脂的韧性不很好时，贝u在应力作川下，破坏过程中增长的裂缝将容易扩展到界面，呈现脆性破坏 【9、101。若界面

10、粘结太弱，在应力作用下，填料会在裂缝增长之询呈现界面脱粘而破坏。此外，界面缺 乏粘结力易存在空隙，则水分很容易渗透进其界面层导致强度大大下降。因此根据填料界面作用机理的变 形层理论，在提高填料尤其是纤维填料与树脂基体z间界面粘结力同时乂引入容易变形的界面层，则冇可 能同时提高填料的层间剪切强度、抗冲击韧性及抗湿性能。也就是说,只有当界面层貝有较低的模量利于 界面应力松弛时，才能协调平衡各项性能（11）。2. 3试验方法环氧胶粘剂分为a、b两组分。在a组分中，包括粘料和填料，粘料选用e-51、e-44,按质童比 4:6混合，填料分别选用滑石粉、砂子粉和玻璃纤维。b组分为固化剂和促进剂的混合物.胶

11、粘剂各成分的 质量比为粘料:填料二l:x2. 4试样制备和表面处理拉伸剪切强度试样为单搭接结构，金属片搭接长度为12. 5 士 0. smm,金属片主要尺寸为100x25xznun3o农血处理方法:首先用丙酮对农血进行脱脂处理，然后进行粗化处理，最后对试样进行晴洗烘干。2. 5性能测试拉伸剪切強度测试参考gb/t7124 - 1986进行试验，拉伸速度为snun/mino树脂浇铸体拉伸性能测试参考gb/t2568 一 1995进行试验，拉伸速发为2mm/min。3. 试验结果与分析环氧树脂胶粘剂的韧性（最大伸长率）指标是防止脆性破坏的重要保证,在环氧树脂胶粘剂加入填料可 以改善环氧树脂胶粘剂的

12、韧性，选川合理的掺量能调配岀适宜的环氧树脂胶粘剂，匹配良好的固化剂，环 氧树脂不仅具有较好的韧性，而且还能有较高的強度。3. 1玻璃纤维掺量的确定及其性能木文研究中采用耐碱短切玻璃纤维，其各项指标如表1所示。玻璃纤维不同用量时自配胶与对比试样 剪切强度对比数值如表2和图1所示。从试验结果可以看出，在环氧树脂胶粘剂中加入，玻璃纤维可以显 著增加其剪切强度，选用合理的掺量能够调配出强度较高的环氧结构胶粘剂。炭1耐«琅纤短切纱性能拒标比霍 短切强度含水曙zrc2含浸润剂含量石袈强度2.65 6皿0.4% 14.8%0.6%0.26n环氧树脂建筑结构胶粘剂增韧改性试验研究玻璃纤维不同用量时自

13、配胶与对比试样断裂伸长率对比数值如表3和图2所示。10 20k40$0 (0 70bosi础胡肚肚柏配站相蹿脚处b2坏氧树脂建筑结构胶粘剂增韧改性试验研究聂3不輛mil用则自他翎锻賠h林豺to 20304050607080对比试样2.071 50204.02074.7620&13409.034511.250513.0002自配験1.6723.15033.34004.25156.3369.113612.054215.j535坏氧树脂建筑结构胶粘剂增韧改性试验研究通过试验可知自配胶粘剂中的玻璃纤维与基体两界面结合较好，试胶粘剂的断裂伸长率冇了显著的捉 高.因此，掺加了玻璃纤维的环氧树脂结构

14、中，固化产物被赋予了良好的柔韧性。4. 结论木试验研究主要观察胶粘剂的强度及韧性，分别通过剪切强度和断裂伸长率來表征，强度越高，柔韧 性越好，粘接越牢。(1) 在胶粘剂中加入玻璃纤维作为填料，改善了树脂之间的堆砌性，充分了发挥纤维材料的优异性能和 协同效应，通过玻璃纤维改性的环氧树脂胶粘剂强度冇很明显的提高。(2) 环氧树脂胶粘剂的韧性(最人伸长率)指标是防止脆性破坏的重要保证，改善韧性一玄是研究的热 点。本文通过试验研究确定了改善胶粘剂韧性的玻璃纤维的合理掺量，加以良好的固化，不仅韧性有较好 的提高，而且也冇较高的强度。参考文献1杨玉昆等,合成胶粘剂m).北京:科学出版社,1983:38 “45. 2游敏，郑小玲.郑勇.金属胶接接 头的内应力及其消除(j1.中国胶粘剂，1996, 5(3) :26、28. 3j贺曼罗.建筑结构胶粘剂施工应用技术m). 北京：