PDF《一种自制环氧树脂结构胶粘剂的 动态黏弹性能研究》

50 ℃ was established, and the main curve was ?tted and analyzed by the fractional-order Zener rheological model with integer order and di?erent order. The results show that the fractional Zener model has a good ?tting e?ect on the main curve in a wide frequency range, and the lower the fractional order, the better the ?tting e?ect. Keywords: building repair adhesive;

epoxy resin adhesive;

dynamic viscoelastic properties;

time-temperature equivalence principle;

fractional order zener model

113 且对于胶粘剂的动态黏弹性力学行为缺少必要的 理论指导.流变学是研究物质流动和形变的科学, 主要研究各种材料的蠕变和应力松弛的现象、屈 服值以及材料的流变模型和本构方程.通过对高 聚物流变性的研究,既可以为高聚物加工与应用 提供理论依据,又可以从中获得分子结构与分子 运动方面的信息,具有广阔的理论与应用前景. 流变模型和本构方程可以为胶粘剂的老化机理提 供理论依据,近年来出现的分数阶流变模型更是 能预测其长期非线性黏弹性行为 [3] ,为预测修补 胶寿命奠定有力的理论基础.

1 动态黏弹性能测试 1.1 实验过程 实验采用的试样为自制环氧树脂胶粘剂,每100 g E51 树脂加入

14 g 间苯二甲胺、4 g 二乙烯 三胺以及

6 g 活性稀释剂 660A.其中,固化剂间 苯二甲胺可提高树脂的耐热性能,二乙烯三胺可 以有效降低树脂粘度,活性稀释剂可以进一步降 低粘度,可增加渗透性,提高修补和加固效果. 试样制备过程:将原料混合,搅拌均匀后放 入真空干燥箱(图1)中抽除气泡

20 min,随后倒 入模具,压制成

15 mm*4.5 mm*2.5 mm 试样. 固化

24 h 后从模具取出,抛光打磨后放入

70 ℃ 烘箱干燥

8 h 以消除残余应力,冷却后使用 DMA-

8000 型流变仪(图2)进行 DMA 测试.测试采用 应变控制的单点弯曲模式,应变为 0.1%.在6个恒定温度水平下(

30、

40、

50、

60、

70、80 ℃) 各取

3 根式样测试其动态黏弹性频率谱,并求其 平均值为实验数据.实验中荷载频率以指数递增 的方式从 0.01 Hz 上升至

100 Hz,以获得不同温度 及频率下试样的储能模量 E′、耗能模量 E″ 及损耗 角δ的变化情况. 1.2 实验结果 不同温度水平下频率与储能模量的关系由图

3 所示,储能模量 E′ 表征的是材料的弹性形变.从图3可以看出,随着温度的升高,相同频率下的 储能模量有下降的趋势;

而随着频率的上升,储 能模量增加,这与文献 [4] 的结论一致.材料的力 学松弛行为通常受到频率与温度的共同影响.频 率的增加或温度的降低,都会导致高聚物分子链 段运动滞后于外力变化的程度增大,在宏观上表 现为储能模量 E′ 升高. 图1真空干燥箱 Fig.

1 Vacuum drying oven 图2DMA

8000 型流变仪 Fig.

2 DMA

8000 rheometer 图3不同温度水平下频率与储能模量曲线 Fig.

3 Curves of frequency vs storage modulus at different temperature levels 图4所示为不同温度水平下的荷载频率与耗 能模量的关系,并使用 origin 软件对其进行拟合, 使其趋势更加明显.耗能模量 E″ 表征的是在形变 过程中因黏性变形所损耗的能量.从图

4 可以看 出, 尽管在高频和低频时, 耗能模量有一定的波动, 但其仍然保持随着频率升高耗能模量下降的趋势. 且随着温度的升高,材料的分子热振动加剧,内 耗增大,在宏观上表现为耗能模量随着温度水平