热变形温度(HDT)是指试样在1.80MPa(A法)或0.45MPa(B法)弯曲应力下,随着试验温度的升高,当试样中点达到标准挠度时的温度.A,B两种测试方法弯曲应力不同,测得的热变形温度也有所差别.本文选取两种不同固化剂,对A,B法进行了对比试验,结果见表3. 由表3可以发现:当采用改性脂环胺B1为固化剂时,B法比A法测值高1.3℃;当采用聚酰胺B3为固化剂时,B法比A法测值高6.1℃.两种测试方法相比,弯曲应力较小的B法测得的热变形温度较高,且A,B法测得的热变形温度差值与固化体系有关.这是因为对于同一种固化体系,试件的弹性模量相同,弯曲应力较小的B法作用下试件的挠度较小,所以B法测得的热变形温度较高.而不同固化体系A,B法测得的热变形温度差值不同,这可能是因为不同固化体系的试件弹性模量不同,且弹性模量随温度变化的情况也不同.因此,A,B两种测试方法不能互换,且两种方法的测值没有换算关系.为了与规范保持一致,本文后续试验均采用B法测试热变形温度. 2.2固化条件对结构胶热变形温度的影响 环氧结构胶固化产物的性能与固化条件(如固化时间、固化温度)密切相关.为了研究结构胶常温固化和升温固化情况,设置了5种固化条件:23℃7d是结构胶性能检测的常规固化条件;23℃21d为材料规范推荐的固化条件;23℃1d+40℃1d常用于结构胶性能的快速检测;后两种固化条件的固化温度较高,与实际工程中升温固化的情况类似.实验结果见表4. 由表4可以发现:随着固化时间的延长,结构胶的热变形温度显著提高.当采用改性聚酰胺B3为固化剂时,23℃21d与23℃7d两种固化条件相比,结构胶热变形温度从50.5℃提高到59.1℃,提高了8.6℃.这是因为23℃7d固化条件下,环氧结构胶固化反应并不完全,随着固化时间的延长,结构胶固化程度提高,交联密度增大,热变形温度升高.同时比较23℃21d与23℃1d+40℃1d两种固化条件,其结构胶的热变形温度相近,考虑到结构胶固化反应的长期性以及夏季环境温度升高的情况,可采用23℃1d+40℃1d快速固化条件代替材料规范推荐的23℃21d固化条件(测试周期长,工程应用不便).因此,本文后续试验采用23℃1d+40℃1d固化条件对结构胶的耐热性能进行研究. 由表4还可以发现:升温固化可以显著提高结构胶的热变形温度.当采用改性脂环胺B1为固化剂时,23℃7d和23℃7d+80℃1d两种固化条件相比,结构胶的热变形温度从53.2℃提高到88.7℃,提高了35.5℃.这是因为提高固化温度能使结构胶链段运动能力增强,体系中未反应的环氧基团进一步反应,交联密度增大,热变形温度升高.因此,在对耐热性有较高要求的加固工程中,可以采用升温固化的方法,既可以提高结构胶的耐热性能,又可以缩短工期. 2.3固化剂对结构胶热变形温度的影响 由表4可知:采用不同类型固化剂的结构胶,其热变形温度有所不同.当采用改性脂环胺B1、酚醛胺B2和改性芳香胺B5为固化剂时,结构胶的热变形温度高于采用聚酰胺B3和改性脂肪胺B4为固化剂的结构胶热变形温度.这是因为前面几种固化剂分子结构中含有刚性基团[4],如芳香环和脂肪环,固化产物交联点间链段的刚性增加,链段运动较为困难,因此热变形温度较高. 由表4还可以发现:采用不同类型固化剂的结构胶,其升温固化效果不同.23℃1d+40℃1d与23℃7d相比,当采用改性芳香胺B5或改性脂环胺B1为固化剂时,前者固化条件下结构胶热变形温度分别提高了15.6℃和15.3℃.而当采用酚醛胺B2或改性脂肪胺B4为固化剂时,前者固化条件下结构胶热变形温度仅分别提高了10.5℃和11.6℃.这是因为改性芳香胺、改性脂环胺在常温下的反应活性较小,固化程度较低,升温固化能更显著地提高它们的固化程度. 在5种不同类型固化剂中,改性脂环胺B1耐热性能较好,适用期长,粘度低,力学性能好;改性芳香胺B5虽然耐热性好,适用期长,但是其粘度较大,力学性能较差;酚醛胺B2耐热性能较好,反应活性高,并且可以在潮湿及水下环境使用,工程应用十分广泛;聚酰胺B3和改性脂肪胺B4耐热性能较差[4].综合以上分析并结合加固工程对压注型粘钢结构胶的要求,选择改性脂环胺B1和酚醛胺B2复配,经试验,当B1与B2配比为7∶3时,固化剂的综合性能良好,其固化物的热变形温度见表4. 2.4稀释剂对结构胶热变形温度的影响 稀释剂是压注型粘钢结构胶的重要组成部分,稀释剂的加入不仅可以提高结构胶的流动性和浸润性,同时便于各组分混合均匀,还可以延长适用期;但是稀释剂的加入,往往会降低结构胶固化产物的耐热性能[5].因此,需要综合考虑结构胶的耐热性能和粘度,合理选择稀释剂及其掺量.采用改性脂环胺B1为固化剂,选取3种不同官能度的环氧稀释剂,考察了它们对结构胶热变形温度及粘度(A组分的粘度)的影响,结果见图1. |
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