硫酸钙晶须在环氧建筑结构胶中的应用

硫酸钙晶须在环氧建筑结构胶中的应用
 
  

0  前言

晶须是以无机物(金属、氧化物、碳化物、氮化物、无机盐类、石墨等)为原材料, 通过人为控制, 以单晶形式生长,形状类似于短纤维, 而尺寸远小于短纤维的须状单晶体。其直径极小, 长径比极大, 具有高度有序的原子排列结构, 几乎没有通常大晶体中存在的缺陷,显示出极优良的物理化学性质和优异的机械性能:⑴机械强度高,其抗张强度为玻璃纤维的5- 10 倍, 比硼纤维有更好的韧性。⑵能承受较大的应变而无永久变形,经4%的应变试验还在弹性范围内。⑶耐高温性好,温度升高时, 晶须不分解、不软化, 其强度几乎没有损失。⑷具有相当大的长径比,使复合材料获得很高的强度和性能。⑸无疲劳效应,即使被磨成粉末、切断, 其强度也不受损失。⑹晶须的尺寸细微, 不影响复合材料成型流动性,接近于无填充的树脂。晶须可以在高分子基体中分布得很均匀, 可以使极薄、极狭小甚至边角部位都能得到增强填充。显示出良好的相容性。⑺用晶须增强的复合材料有良好的重复使用性。实验表明:添加晶须的复合材料经多次加工, 热稳定性好, 力学性能变化也不大, 再生循环使用性能好。

硫酸钙晶须,化学式CaSO4。式量136.14。白色固体。以石膏为原材料, 通过人为控制, 以单晶形式生长的,具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构的纤维状(须状)单晶体。本文作者通过实验旨在考察硫酸钙晶须在环氧建筑结构胶中的作用,比较对照加和不加硫酸钙晶须的区别,观察制备工艺中的物理、化学变化,考察硫酸钙晶须对粘度变化、流动性、沉降性、剪切强度、拉伸强度、本体抗压强度的影响。

 

实验

1.1  实验原料及测试项目

表1  原料名称及规格

名称

规格

环氧树脂

CYD-128

活性稀释剂

EPG-692

准球形硅微粉

CaSO4晶须

亮东牌

固化剂1

FZ-201

固化剂2

聚酰胺651

增韧剂

QS-EC

偶联剂

KH-550

促进剂

DMP-30

表2  测试项目

测试项目

备注

颜色

目测比较

均匀性

SM260型三辊机

悬浮性

粘度变化

表干时间

凝胶时间

流淌性

试板倾斜75°测胶粘剂流淌性

观察晶须形态

Nikon-YS2型透射偏光显微镜

剪切强度

SDW电子万能试验机

拉伸强度

SDW电子万能试验机

本体压缩强度

SDW电子万能试验机

 

1.2  实验结果

1.2.1  硫酸钙晶须的显微形态观察

本实验所用的硫酸钙晶须由洛阳亮东非金属材料科技开发有限公司提供,用Nikon-YS2型透射偏光显微镜观察晶须的形态,如图1所示。

                                 

图1  放大100倍的CaSO4晶须图片

1.2.2  粘钢胶实验现象

(1)未加硫酸钙晶须的对照组:

甲组分中加入透明环氧树脂和稀释剂之后,搅拌均匀,随着土黄色准球形硅微粉的加入,颜色逐渐加深,变为棕褐色,粘度较小,低温悬浮性好,基本分层不明显,高温悬浮性差,分层明显。

乙组分中按顺序加入药品,搅拌均匀,有氨气气味,颜色深棕色,粘度较小,静置24小时后上层较稀,下层较稠,低温悬浮性好,基本分层不明显,高温悬浮性差,分层明显。

(2)加入硫酸钙晶须的改进组:

甲组分中加入透明环氧树脂和稀释剂之后,搅拌均匀,随着土黄色准球形硅微粉的加入,颜色逐渐加深,变为棕褐色,粘度较小,加入白色晶体CaSO4晶须后,颜色变浅,粘度增大,低温悬浮性好,基本分层不明显,高温悬浮性较好,下沉幅度小一些。

乙组分中按顺序加入药品,搅拌均匀,有氨气气味,颜色深棕色,加入准球形硅微粉后粘度较小,加入白色晶体CaSO4晶须后粘度增大,低温悬浮性好,基本分层不明显,高温悬浮性较好,下沉幅度小一些。

(3)甲乙组分混合:

按照比例取甲乙组分,在杯中搅拌均匀,粘度较小,有少量气泡,静置约半小时后微热,表干时间约2小时,凝胶时间>24小时。

(4)粘钢胶75°流淌性测试,结果如表3:

表3  粘钢胶流淌性测试结果

75°流淌性

(mm)

对照组

改进组

15.57

12.67

(5)粘钢胶机械性能测试(包括剪切强度、拉伸强度、本体压缩强度),结果如表4、表5、表6:

表4  粘钢胶剪切强度测试结果

粘钢胶剪切强度(MPa)

对照组

改进组

1

19.70

24.10

2

22.20

23.80

3

21.00

24.30

4

20.20

26.60

5

21.30

25.70

平均值

20.88

24.90

表5  粘钢胶拉伸强度测试结果

粘钢胶拉伸强度(MPa)

对照组

改进组

1

35.50

38.80

2

35.10

40.20

3

36.60

36.00

4

37.20

41.40

5

33.00

38.10

平均值

35.48

38.90

表6  粘钢胶本体压缩强度测试结果

粘钢胶本体压缩强度(MPa)

对照组

改进组

1

70.80

76.50

2

70.20

77.60

3

72.20

77.00

4

73.30

78.90

5

72.70

80.00

平均值

71.84

77.88

1.2.3  植筋胶实验现象

(1)未加硫酸钙晶须的对照组:

甲组分中加入透明环氧树脂和稀释剂之后,搅拌均匀,随着土黄色准球形硅微粉的加入,颜色逐渐加深,变为棕褐色,粘度较小,低温悬浮性好,基本分层不明显,高温悬浮性差,分层明显。

乙组分中按顺序加入药品,搅拌均匀,有氨气气味,颜色深棕色,粘度较大。

(2)加入硫酸钙晶须的改进组:

甲组分中加入透明环氧树脂和稀释剂之后,搅拌均匀,随着土黄色准球形硅微粉的加入,颜色逐渐加深,变为棕褐色,粘度较小,加入白色晶体晶须CaSO4后,颜色变浅,粘度增大,低温悬浮性好,基本分层不明显,高温悬浮性较好,下沉幅度小一些。

乙组分中按顺序加入药品,搅拌均匀,有氨气气味,颜色深棕色,加入准球形硅微粉后粘度较大,加入白色晶体晶须CaSO4后粘度显著增大。

(3)甲乙组分混合:

按照重量比甲:乙=1:1,称取甲组分15g,乙组分15g,在杯中搅拌均匀,粘度较大,有少量气泡,静置约半小时后微热,表干时间约2小时,凝胶时间>24小时。

(4)植筋胶75°流淌性测试,结果如表7

表7 植筋胶流淌性测试结果

75°流淌性

(mm)

对照组

改进组

42.14

41.75

(5)植筋胶机械性能测试(包括剪切强度、拉伸强度、本体压缩强度),结果如表8、表9、表10:

表8  植筋胶剪切强度测试结果

植筋胶剪切强度(MPa)

对照组

改进组

1

18.08

22.10

2

19.12

21.00

3

19.90

17.00

4

21.10

23.20

5

20.20

24.00

平均值

19.68

21.46

表9  植筋胶拉伸强度测试结果

植筋胶拉伸强度(MPa)

对照组

改进组

1

33.60

34.60

2

36.10

35.30

3

35.20

35.40

4

36.90

35.50

5

35.80

37.10

平均值

35.52

35.58

表10  植筋胶本体压缩强度测试结果

植筋胶本体压缩强度(MPa)

对照组

改进组

1

72.50

77.60

2

73.30

76.50

3

73.70

77.90

4

73.30

79.00

5

76.00

82.00

平均值

73.76

78.60

 

1.3  实验小结

(1)加入硫酸钙晶须,胶粘剂颜色略微变浅,粘度普遍增大,流淌性降低,悬浮性好。

(2)加入硫酸钙晶须,较好的改善了胶粘剂的性能,粘接强度得到提高,粘钢胶中剪切强度提高19.25%,植筋胶中剪切强度提高9.04%,粘接层韧性提高,同时降低收缩力减小内应力,粘钢胶本体压缩强度提高了8.41%。

(3)硫酸钙晶须的含水率对胶粘剂的机械性能影响比较大,使用时应控制其含水率。

(4)我们测试了主要的几个机械性能,由于设备条件的限制,缺少抗冲强度的测试,但是根据以往的实践,剪切强度和抗冲强度及其他的性能有个对应关系,可以得出其冲击强度也较高。

(5)胶粘剂的制备工艺比较复杂,我们实验中也出现很多问题,主要是受操作工艺,固化工艺,测试方法等的一些影响,所以制备过程应该按照严格的工艺操作,提高实验以及测试的准确性。

总之,通过上述实验和理论探讨,初步证明硫酸钙晶须在环氧建筑结构胶粘剂中应用能够提高机械性能,改善操作工艺,延长储存期,方便施工操作。

 



 

  • 电话咨询
  • 021-51099883
None
您是第 8650 位访客!