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增韌劑的概念和增韌機理

發(fā)布時間:2014-07-31 來源: 環(huán)球塑化網(wǎng) 專題: 塑料助劑 打印

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  我們所不熟知的增韌劑(toughener)是指能增加膠黏劑膜層柔韌性的物質(zhì)。

  某些熱固性樹脂膠黏劑,如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和不飽和聚酯樹脂膠黏劑固化后伸長率低,脆性較大,當粘接部位承受外力時很容易產(chǎn)生裂紋,并迅速擴展,導(dǎo)致膠層開裂,不耐疲勞,不能作為結(jié)構(gòu)粘接之用。

  因此,必須設(shè)法降低脆性,增大韌性,提高承載強度。凡能減低脆性,增加韌性,而又不影響膠黏劑其他主要性能的物質(zhì)稱為增韌劑。增韌劑一般都含有活性基團,能與樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),固化后不完全相容,有時還要分相,會獲得較理想的增韌效果,使熱變形溫度不變或下降甚微,而抗沖擊性能又明顯改善。一些低分子液體或稱之為增塑劑之物加入樹脂之中,雖然也能降低脆性,但剛性、強度、熱變形溫度卻大幅度下降,不能滿足結(jié)構(gòu)粘接要求,因此,增塑劑與增韌劑是完全不同的。

  有些線型高分子化合物,能與樹脂混溶,含有活性基團,可以參與樹脂的固化反應(yīng),提高斷裂伸長率和沖擊強度,但熱變形溫度有所下降,這種物質(zhì)稱之為增柔劑(flexibizer),常用的有液體聚硫橡膠、液體丁腈橡膠,由于它們與樹脂適量配合,可以制成結(jié)構(gòu)膠黏劑,所以也將增柔劑歸人增韌劑之類。增柔與增韌雖是相互關(guān)聯(lián)又不相同的概念,但實際上卻很難嚴格區(qū)分開來。從理論上講增韌與增柔不同,增韌它不使材料整體柔化,而是將環(huán)氧樹脂固化物均相體系變成一個多相體系,即增韌劑聚集成球形顆粒在環(huán)氧樹脂的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的連續(xù)相中形成分散相,抗開裂性能發(fā)生突變,斷裂韌性顯著提高,但力學(xué)性能、耐熱性損失較小。

  增韌機理

  不同類型的增韌劑,有著不同的增韌機理。液體聚硫橡膠可與環(huán)氧樹脂反應(yīng),引入一部分柔性鏈段,降低環(huán)氧樹脂模量,提高了韌性,卻犧牲了耐熱性。液體丁腈橡膠作為環(huán)氧樹脂的增韌劑,室溫固化時幾乎無增韌效果,粘接強度反而下降;只有中高溫固化體系,增韌與粘接效果較明顯。端羧基液體丁腈橡膠增韌環(huán)氧樹脂,固化前相容,固化后分相,形成“海島結(jié)構(gòu)”,既能吸收沖擊能量,又基本不降低耐熱性。T一99多功能環(huán)氧固化劑固化環(huán)氧樹脂使交聯(lián)結(jié)構(gòu)中引進了柔性鏈段,不產(chǎn)生分相結(jié)構(gòu),在提高韌性的同時基本不降低耐熱性。

  納米粒子尺寸為1~100nm,具有極大的比表面積,表面原子又有極高的不飽和性,因此表面活性非常大。環(huán)氧基團在界面上與納米粒子形成遠大于范德華力的作用,能很好地引發(fā)微裂紋,吸收能量。納米SiO2和納米黏土既能引發(fā)銀紋,又能終止裂紋。

  同時,納米粒子具有很強的剛性,裂紋在擴展時遇到納米粒子發(fā)生籜向或偏轉(zhuǎn),吸收能量而達到增韌目的。另外,納米粒子與樹脂具有良好的相容性,使基體對沖擊能量的分散能力和吸收能力提高,導(dǎo)致韌性增大。

  熱塑性樹脂連續(xù)貫穿于環(huán)氧樹脂網(wǎng)絡(luò)中,形成半互穿網(wǎng)絡(luò)型聚合物,致使環(huán)氧樹脂固化物韌性提高。

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