EVA-环氧树脂胶粘剂的制备和自愈合性能研究
发布时间：2021-11-07 11:24
热固性树脂具有加工成型简便、强度/模量高、粘结性能好等优点,作为结构胶粘剂被广泛应用于土木工程结构的加固与修复。作为一种热固性树脂,环氧树脂断裂韧性较差,容易导致脆性破坏与疲劳损伤,影响结构的服役性能与寿命。发展具有自愈合性能的热固性环氧树脂基胶粘剂,实现对胶粘剂内部损伤的自动修复,可以提升材料与结构的服役寿命,具有十分重要的科学与工程意义。本文通过在环氧树脂胶粘剂内添加可低温熔融的热塑性乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）,发展一种新型的在较低温度处理后实现自修复的环氧树脂基胶粘剂,研究该类自愈合胶粘剂的制备方法与自愈合机理,建立自愈合性能评价方法。本文的主要研究内容和研究成果如下:EVA-环氧树脂自愈合胶粘剂的制备方法:通过控制混合添加工艺,制备组分分散均匀、性能稳定的EVA-环氧树脂自愈合胶粘剂。研究结果表明,添加发烟二氧化硅增稠剂可以解决EVA和环氧树脂混合后的分层问题,通过制备工艺（如混合温度与转速）优化,制备了含有均匀分散的EVA组分的环氧树脂胶粘剂。EVA-环氧树脂自愈合胶粘剂热学性能及力学性能:制备了3种不同EVA含量的EVA-环氧树脂自愈合胶粘剂,并研究了EVA含量对胶粘剂...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中空纤维法原理示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-图1-2中空纤维法原理示意图Bielawski等人[21]对DCPD/Grubbs催化剂体系的合成和表征进行了综述，具有Grubbs催化剂的二环戊二烯（DCPD）的ROMP成为最成功和广泛研究的自愈系统，并报道了作为自愈合剂的用途[22-25]。该体系具有许多优点，例如长保质期，低单体粘度和低挥发性，短时间内在环境条件下完成聚合，聚合时收缩率低，以及形成坚韧且高度交联的裂缝填充材料。1.2.1.3热可逆交联聚合物这种自我修复的概念涉及开发一类新的交联聚合物，这种聚合物能够通过热可逆共价键来修复内部裂缝。这类聚合物的机械性能与环氧树脂和纤维增强复合材料中常用的其它热固性树脂相当，可制造用于结构应用的纤维增强聚合物复合材料。使用热可逆交联来愈合热固性材料消除了在聚合物基质中引入愈合剂容器或催化剂的需要，仅需要加热来引发愈合。Chen等人[26,27]开创热可逆反应的探索，例如用于自愈合应用的Diels-Alder（DA）反应，描述了一种可重复修复材料。通过分析测试并确认通过DA反应和逆DA反应的交联结构的固态可逆性，如图1-3所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-图1-3Chen等人提出的自愈合聚合物中的交联剂和热可逆交联机理Amirkhizi等人[28]使用DA反应愈合机制，将导电电磁元件阵列（如铜线和铜线圈）集成到纤维增强复合材料中，使得可以通过施加温和的热来愈合复合材料中的内部损伤并通过热可逆共价键恢复材料。Liu等人[29,30]进一步探讨了使用DA反应在自然复合生产中的适用性。发现了一些具有环氧树脂优良特性的单体，并利用类似于环氧树脂的方式进行加工。Otsuka等人[31-36]通过多年研究提出了DA反应的另一种方法。使用含有烷氧基胺衍生物的TEMPO作为聚合物链段、聚合物链和聚合物接枝之间的连接。当进行加热时，TEMPO断开，然后重新连接相似和不同的位点。1.2.1.4热塑性添加剂Zako和Takano[37]首次报道了使用热塑性添加剂作为热固性基质的自愈剂。使用热塑性添加剂代替热可逆交联使得原始聚合物基质在加入愈合能力时保持不变，并提供能够重新粘合断裂表面的可凝固的裂缝填料。在玻璃纤维增强环氧复合材料中使用高达40vol％的热塑性环氧树脂颗粒（平均直径为105μm）证明了该技术的可行性。加热后，颗粒熔化，流入内部裂缝或裂缝并愈合，如图1-4所示。通过静态三点弯曲试验和拉伸疲劳试验评价该系统的愈合效率。拉伸试样疲劳直至刚度降低12.5％。停止测试并通过施加热量使裂缝愈合，这引发了嵌入颗粒的流动和随后的聚合。恢复疲劳试验，几乎完全恢复刚度。拉伸和三点弯曲试验表明，当样品在120℃加热10分钟时，自修复复合材料设法从初始损伤中恢复100％的刚度。Jones和Hayes[38]获得专利，建议使用热塑性和热固性聚合物的“固溶体”代替用于自愈合纤维增强复合材料的两相体系。规定基质应含有10-30wt.％的热塑性聚合物。通过拉伸测试确定聚合物愈合?
【参考文献】：
期刊论文
[1]EVA/PE热塑性硫化胶的微观结构及其性能研究[J]. 吴叔青,陈大鹏,余良兵,张闻达,罗权焜. 特种橡胶制品. 2019(04)
[2]碳纤维加固技术在桥梁裂缝维修中的应用[J]. 王峰,杨小康. 交通世界. 2019(17)
[3]环氧树脂-脲醛树脂@2-甲基咪唑微胶囊/环氧树脂复合材料的制备及自修复性能[J]. 肖春平,万里鹰,张崇印,陈前川,郝冬冬,张伦亮. 复合材料学报. 2019(09)
[4]城市更新和旧城改造中需要处理好的几个关系[J]. 周建梁. 上海房地. 2018(01)
[5]本征型自修复热固性聚合物的研究进展[J]. 曹珊,李梅,李守海,夏建陵,黄坤. 热固性树脂. 2017(04)
[6]一种具有自愈合功能的热固性复合材料[J]. 徐佳,刘红影,张伟,刘海鑫. 玻璃钢/复合材料. 2012(S1)
博士论文
[1]聚氨酯基CFRP拉挤板材的耐水碱盐性能研究[D]. 洪斌.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]环氧树脂建筑结构胶的改性与力学性能研究[D]. 刘纪艳.山东农业大学 2018
[2]基于可逆酯键重排的自修复环氧变形材料[D]. 朱继婷.南京大学 2018
[3]以生物质多元酚为原料的自修复聚氨酯的制备及性能研究[D]. 曹珊.中国林业科学研究院 2018
[4]混凝土防护及修补用聚氨酯—环氧树脂材料的开发研究[D]. 王子龙.兰州交通大学 2014
[5]用于自愈合材料的微胶囊的合成以及性能研究[D]. 朱云.华中科技大学 2014
本文编号：3481769
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中空纤维法原理示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-图1-2中空纤维法原理示意图Bielawski等人[21]对DCPD/Grubbs催化剂体系的合成和表征进行了综述，具有Grubbs催化剂的二环戊二烯（DCPD）的ROMP成为最成功和广泛研究的自愈系统，并报道了作为自愈合剂的用途[22-25]。该体系具有许多优点，例如长保质期，低单体粘度和低挥发性，短时间内在环境条件下完成聚合，聚合时收缩率低，以及形成坚韧且高度交联的裂缝填充材料。1.2.1.3热可逆交联聚合物这种自我修复的概念涉及开发一类新的交联聚合物，这种聚合物能够通过热可逆共价键来修复内部裂缝。这类聚合物的机械性能与环氧树脂和纤维增强复合材料中常用的其它热固性树脂相当，可制造用于结构应用的纤维增强聚合物复合材料。使用热可逆交联来愈合热固性材料消除了在聚合物基质中引入愈合剂容器或催化剂的需要，仅需要加热来引发愈合。Chen等人[26,27]开创热可逆反应的探索，例如用于自愈合应用的Diels-Alder（DA）反应，描述了一种可重复修复材料。通过分析测试并确认通过DA反应和逆DA反应的交联结构的固态可逆性，如图1-3所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-图1-3Chen等人提出的自愈合聚合物中的交联剂和热可逆交联机理Amirkhizi等人[28]使用DA反应愈合机制，将导电电磁元件阵列（如铜线和铜线圈）集成到纤维增强复合材料中，使得可以通过施加温和的热来愈合复合材料中的内部损伤并通过热可逆共价键恢复材料。Liu等人[29,30]进一步探讨了使用DA反应在自然复合生产中的适用性。发现了一些具有环氧树脂优良特性的单体，并利用类似于环氧树脂的方式进行加工。Otsuka等人[31-36]通过多年研究提出了DA反应的另一种方法。使用含有烷氧基胺衍生物的TEMPO作为聚合物链段、聚合物链和聚合物接枝之间的连接。当进行加热时，TEMPO断开，然后重新连接相似和不同的位点。1.2.1.4热塑性添加剂Zako和Takano[37]首次报道了使用热塑性添加剂作为热固性基质的自愈剂。使用热塑性添加剂代替热可逆交联使得原始聚合物基质在加入愈合能力时保持不变，并提供能够重新粘合断裂表面的可凝固的裂缝填料。在玻璃纤维增强环氧复合材料中使用高达40vol％的热塑性环氧树脂颗粒（平均直径为105μm）证明了该技术的可行性。加热后，颗粒熔化，流入内部裂缝或裂缝并愈合，如图1-4所示。通过静态三点弯曲试验和拉伸疲劳试验评价该系统的愈合效率。拉伸试样疲劳直至刚度降低12.5％。停止测试并通过施加热量使裂缝愈合，这引发了嵌入颗粒的流动和随后的聚合。恢复疲劳试验，几乎完全恢复刚度。拉伸和三点弯曲试验表明，当样品在120℃加热10分钟时，自修复复合材料设法从初始损伤中恢复100％的刚度。Jones和Hayes[38]获得专利，建议使用热塑性和热固性聚合物的“固溶体”代替用于自愈合纤维增强复合材料的两相体系。规定基质应含有10-30wt.％的热塑性聚合物。通过拉伸测试确定聚合物愈合?
【参考文献】：
期刊论文
[1]EVA/PE热塑性硫化胶的微观结构及其性能研究[J]. 吴叔青,陈大鹏,余良兵,张闻达,罗权焜. 特种橡胶制品. 2019(04)
[2]碳纤维加固技术在桥梁裂缝维修中的应用[J]. 王峰,杨小康. 交通世界. 2019(17)
[3]环氧树脂-脲醛树脂@2-甲基咪唑微胶囊/环氧树脂复合材料的制备及自修复性能[J]. 肖春平,万里鹰,张崇印,陈前川,郝冬冬,张伦亮. 复合材料学报. 2019(09)
[4]城市更新和旧城改造中需要处理好的几个关系[J]. 周建梁. 上海房地. 2018(01)
[5]本征型自修复热固性聚合物的研究进展[J]. 曹珊,李梅,李守海,夏建陵,黄坤. 热固性树脂. 2017(04)
[6]一种具有自愈合功能的热固性复合材料[J]. 徐佳,刘红影,张伟,刘海鑫. 玻璃钢/复合材料. 2012(S1)
博士论文
[1]聚氨酯基CFRP拉挤板材的耐水碱盐性能研究[D]. 洪斌.哈尔滨工业大学 2018
硕士论文
[1]环氧树脂建筑结构胶的改性与力学性能研究[D]. 刘纪艳.山东农业大学 2018
[2]基于可逆酯键重排的自修复环氧变形材料[D]. 朱继婷.南京大学 2018
[3]以生物质多元酚为原料的自修复聚氨酯的制备及性能研究[D]. 曹珊.中国林业科学研究院 2018
[4]混凝土防护及修补用聚氨酯—环氧树脂材料的开发研究[D]. 王子龙.兰州交通大学 2014
[5]用于自愈合材料的微胶囊的合成以及性能研究[D]. 朱云.华中科技大学 2014
本文编号：3481769
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3481769.html
