改性聚合物与纤维的粘合性_粘接强度与改性剂用量曲线出现最大值.

1、学术论文译文改性聚合物与纤维的粘合性粘接强度与改性剂用量曲线出现最大值的原因上海工程技术大学化学化工学院，上海 ）摘要：研究了改性聚合物与纤维的粘合性能。结果显示，提高粘接强度通常可 以通过往胶粘剂中添加一个具有低粘合力的组分来实现，且在一定的浓度范围内系 统可获得最大的粘接强度。这种反常现象可以通过浓度与表面和内在性能的依赖关 系进行分析、解释。关键词：粘接强度；环氧衍生物；纤维；界面文章编号：中图分类号： 文献标识码：（） 前言用聚合物对纤维材料进行改性，可以获得所期望的性能。对改性聚合物与纤维 之间的粘合的研究表明，其界面粘合强度与改性聚合物的浓度有依赖关系，且强度 曲线具有一个最大值。

2、有关胶粘剂的浓度粘接强度（ ）曲线有最大值早在 世纪年代就发现了，而最近对此领域的研究已经获得了大量的数据 介绍例，见图。图为活性稀释剂改性的环氧二烷低聚物与钢丝（ ）之间的粘接强度 与活性稀释剂浓度 的关系；粘接面积 ；长径比 。）；活性稀释剂的含量按低聚物的质量分数加入，。本文只图粘接强度与活性稀释剂含量的关系 图为（）胶粘剂与种纤维之间的粘接 强度 与浓度的关系。图 粘接强度与活性稀释剂浓度的关系 （活性稀释剂，固化剂（每质量份的混合物加 入质量份）；环丁醇活性稀释剂，固化剂（每质量份的混合物加入质量份）；活性稀释剂的含量以树酯 的质量分数表示，图 粘接强度与活性稀释剂含量的关系 玻璃纤

3、维 ；聚酰胺（尼龙）纤维）图为聚硫化合物（活性稀释剂）改性的环氧二烷低聚物和无碱玻 璃纤维（ ）之间的粘接强度 与活性稀释剂含量 的关系； 粘接面积 × ； ；为固化剂（用量为 混合物的从图的例子可以看出，粘接强度与改性剂强度的关系曲线中均出现最大 值。这是因为改性剂的粘合力要低于主体聚合物的粘合力而造成的。图就是聚合 物、改性剂粘接性的对比。中。其原因包括固化过程中的化学收缩以及聚合物与纤维的热收缩。当粘接处 受力时，残余应力与外力叠加。因此，残余应力越高，粘接强度越低。而热应力对 界面剪切应力的非均匀分布起到主要（但非唯一）作用。这种不均匀性主要表现为 粘接强度 随着纤维和胶粘剂

4、的接触面积大小变化而出现单调下降 （见图）。残余热应力在纤维聚合物胶粘剂粘接处的末端出现最大值，而在中 间处则为零，并随着粘接长度的增加而增大。当温度处于胶粘剂的以上时，残 余应力出现下降；而低于图 粘接强度 与粘接面积的关系 （聚 氰酸酯钢丝； 改性添加剂钢丝；固化条件：、和各为 ）时，则随温度下降而呈线性增长，即 。这 ，其中 是测试温度。由图 可见，在同样的粘接面积时，聚合物（聚氰酸酯）与钢丝纤维粘接强 度都比改性剂（ ）与钢丝粘接强度高。另外，聚酯聚砜、环氧 聚砜体系也有类似的规律。为什么往主体胶粘剂中添加粘合力较低的改性剂，反尔会增强粘接强度呢？为了回答这个问题，我们应该理解（）胶粘

5、剂和基材中哪些性能会影响粘接强度 以及（）引入改性剂后是如何影响这些性能的。从图可以观察到，粘接强度的最大值往往是由各种化学性质综合后得到 的。一般来说，改性可能改变聚合物在液态和固态条件下的整体性能，所有这些变 动可能影响聚合物纤维系统中的界面粘接强度，因为合成胶粘剂的粘接强度测定 值取决于覆盖在被粘物表面液体的润湿性和粘合工艺，也取决于胶粘剂固化后的粘 合性能。对于液体胶粘剂而言，高润湿性是高粘接强度的必要条件。为此，要了解胶粘 剂的表面张力，以及它与固体表面的接触角。此外，胶粘剂对被粘基材的润湿能力 很大程度上将决定有无形成界面缺陷。界面缺陷会导致应力集中和粘接强度下降。 为了评估聚合物

6、改性对改善界面缺陷的效果，有必要了解改性剂和粘接形成条件的 热力学特征以及形成粘合的条件。胶粘剂的界面层和内部的结构层是在固化过程中形成的，其表层结构直接影响 表层的开裂和裂口增长的过程。粘合破坏以及胶粘剂内聚破坏，取决于固化过程中 是否出现相分离。换言之，这种失效机理取决于胶粘剂固化物是单相还是多相。经 过相转变，一个裂纹的延伸可能被遏制、终止、置换或者使阻碍得以扭转。如果系 统有足够的塑性，塑性变形就可能出现于裂纹尖端处。一般来说，粘接强度 测量 值取决于作用于纤维聚合物界面处的残余应力（ ）的水平。为估计这些 残余应力，就要知道纤维和胶粘剂的弹性模量、线胀系数和玻璃化转变温度。残余应力出

7、现于从固化温度冷却到测试温度的过程测试步骤在此，选择活性稀释剂改性环氧树脂体系为例，对上述机理加以分析。活性稀 释剂为（缩水醇醚），环氧为环氧低聚物（的同 型物）。其中含量为的质量分数，以钛酸酯三乙 醇胺（）为固化剂，占和总质量的 。粘接试片固化条件为 。本文的粘接强度（ ）都是通过将纤维从已固化聚合物层抽出（拉出法）所测 得的。图是测试示意图。加载速度 ，每个系统检测个样 品。粘接强度按式（）计算：）式中 是将纤维从已固化胶层拉出所需的力； 是粘合 面积，是纤维直径，是粘合接头长度，即纤维嵌入树脂部分的长度。图 纤维聚合物粘接剪切强度测试试片 （纤维的直径为 ；聚合物层的厚度为） 用活性稀释

8、剂改性的环氧树脂低聚物的粘接性图和图说明在 环氧树脂中加入活性稀释剂后测定的粘接强度的变化。与未 改性的树脂相比，改性后的粘接强度相当高。这与前面环氧树脂的粘合 数据吻合。由图还可看出，粘接强度随着粘接面积的增加而降低。这是由粘合处 应力分布不均匀所造成的。活性稀释剂用量增加（在 ）， 值也随之 增大。学术论文 （胶粘剂为（）；固化条件：；（ ）系统在任何含量情况下的润湿能力 都高于活性稀释剂。例如，（未改性的树脂）和（ ）系统在玻璃纤维上的接触角 分别不会超过 °和 °，所以用稀释剂改性低聚物不会增加界面粘合键 的数量。（）系统在固化阶段并不出现相分 离。随着二甘醇的增加

9、导致环氧树脂的直线下降（见图）。图 粘接强度与粘接面积的关系；）如图所示，不但胶粘剂的粘接强度，而且 曲线的图形也随着粘接面 积而变化。如果粘接面积小 （ ； ）， 值变化缓慢；在粘接面积较大（ ； ）时，粘接强度明显小于前者，只是在加入量很大时，者强度才趋 于一致。图 环氧树脂与含量的关系 可以确信，本例中决定粘接强度 变化的主要因素是界面残余应力。如前所 述， 值与 几近于成正比例，对环氧树脂起增塑 作用：随着的加入 降低。我们所有的测量都是在室温下进行的， 随着加入量的增加而降低，而残余应力 也相应减少，应力 分布也更均匀残余应力 的重要作用也可通过图得到确认图粘接强度与加入量的关系 （样品粘接面积： ， ； ， ）值（ ，）小，残余应力低，对粘接强度的 影响也较小。同时， 曲线形状几乎与残余应力无关，并不随的增 加而增大。当粘接面积较大时，残余应力所起的作用是主要的。总之的 加入，导致残余应力降低，粘接强度也相应增加。但是当的含量高达时，降至接近室温。当含 量更高时，则呈现出橡胶态。因此，在改性剂含量过高时粘接强度就会急剧下降。 所以，的加入量既不可太小，也不能过大，才能获得最优的粘接性能， 图曲线出现峰值也证实了此点。脂肪族树脂能有效地降低环氧树脂的初始黏度。图说 明，在加入 后，黏度几乎降低了个数量级。对环 氧树脂也有类