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时间:2019-01-03
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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
2、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。
3、通常内应力主要冇两个來源川:①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,胶层体积收缩,产生收缩内应力;②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
4、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*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
5、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1
6、10x10一6/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:■72・7°C_20彳=碍/(目乌严2.5xl0>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
7、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
8、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6
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