硫酸鈣晶須在環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠中的應(yīng)用

時(shí)間：2020-08-21作者：上海固湘建筑科技有限公司瀏覽：203

前言

晶須是以無機(jī)物(金屬、氧化物、碳化物、氮化物、無機(jī)鹽類、石墨等)為原材料, 通過人為控制, 以單晶形式生長，形狀類似于短纖維, 而尺寸遠(yuǎn)小于短纖維的須狀單晶體。其直徑較小, 長徑比較大, 具有高度有序的原子排列結(jié)構(gòu), 幾乎沒有通常大晶體中存在的缺陷，顯示出較優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的機(jī)械性能：⑴機(jī)械強(qiáng)度高，其抗張強(qiáng)度為玻璃纖維的5- 10 倍, 比硼纖維有較好的韌性。⑵能承受較大的應(yīng)變而無*變形，經(jīng)4%的應(yīng)變?cè)囼?yàn)還在彈性范圍內(nèi)。⑶耐高溫性好，溫度升高時(shí), 晶須不分解、不軟化, 其強(qiáng)度幾乎沒有損失。⑷具有相當(dāng)大的長徑比，使復(fù)合材料獲得很高的強(qiáng)度和性能。⑸無疲勞效應(yīng)，即使被磨成粉末、切斷, 其強(qiáng)度也不受損失。⑹晶須的尺寸細(xì)微, 不影響復(fù)合材料成型流動(dòng)性,接近于無填充的樹脂。晶須可以在高分子基體中分布得很均勻, 可以使較薄、較狹小甚至邊角部位都能得到增強(qiáng)填充。顯示出良好的相容性。⑺用晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料有良好的重復(fù)使用性。實(shí)驗(yàn)表明：添加晶須的復(fù)合材料經(jīng)多次加工, 熱穩(wěn)定性好, 力學(xué)性能變化也不大, 再生循環(huán)使用性能好。

硫酸鈣晶須，化學(xué)式CaSO4。式量136.14。白色固體。以石膏為原材料, 通過人為控制, 以單晶形式生長的，具有均勻的橫截面、完整的外形、完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的纖維狀（須狀）單晶體。本文作者通過實(shí)驗(yàn)旨在考察硫酸鈣晶須在環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠中的作用，比較對(duì)照加和不加硫酸鈣晶須的區(qū)別，觀察制備工藝中的物理、化學(xué)變化，考察硫酸鈣晶須對(duì)粘度變化、流動(dòng)性、沉降性、剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、本體抗壓強(qiáng)度的影響。

 

1  實(shí)驗(yàn)

1.1  實(shí)驗(yàn)原料及測試項(xiàng)目

表1  原料名稱及規(guī)格

名稱	規(guī)格
環(huán)氧樹脂	CYD－128
活性稀釋劑	EPG－692
準(zhǔn)球形硅微粉
CaSO4晶須	亮東牌
固化劑1	FZ－201
固化劑2	聚酰胺651
增韌劑	QS－EC
偶聯(lián)劑	KH－550
促進(jìn)劑	DMP－30

表2  測試項(xiàng)目

測試項(xiàng)目	備注
顏色	目測比較
均勻性	SM260型三輥機(jī)
懸浮性
粘度變化
表干時(shí)間
凝膠時(shí)間
流淌性	試板傾斜75°測膠粘劑流淌性
觀察晶須形態(tài)	Nikon-YS2型透射偏光顯微鏡
剪切強(qiáng)度	SDW電子**試驗(yàn)機(jī)
拉伸強(qiáng)度	SDW電子**試驗(yàn)機(jī)
本體壓縮強(qiáng)度	SDW電子**試驗(yàn)機(jī)

 

1.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2.1  硫酸鈣晶須的顯微形態(tài)觀察

本實(shí)驗(yàn)所用的硫酸鈣晶須由洛陽亮東非金屬材料科技開發(fā)有限公司提供，用Nikon-YS2型透射偏光顯微鏡觀察晶須的形態(tài)。

1.2.2  粘鋼膠實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）未加硫酸鈣晶須的對(duì)照組：

甲組分中加入透明環(huán)氧樹脂和稀釋劑之后，攪拌均勻，隨著土黃色準(zhǔn)球形硅微粉的加入，顏色逐漸加深，變?yōu)樽睾稚?，粘度較小，低溫懸浮性好，基本分層不明顯，高溫懸浮性差，分層明顯。

乙組分中按順序加入藥品，攪拌均勻，有氨氣氣味，顏色深棕色，粘度較小，靜置24小時(shí)后上層較稀，下層較稠，低溫懸浮性好，基本分層不明顯，高溫懸浮性差，分層明顯。

（2）加入硫酸鈣晶須的改進(jìn)組：

甲組分中加入透明環(huán)氧樹脂和稀釋劑之后，攪拌均勻，隨著土黃色準(zhǔn)球形硅微粉的加入，顏色逐漸加深，變?yōu)樽睾稚?，粘度較小，加入白色晶體CaSO4晶須后，顏色變淺，粘度增大，低溫懸浮性好，基本分層不明顯，高溫懸浮性較好，下沉幅度小一些。

乙組分中按順序加入藥品，攪拌均勻，有氨氣氣味，顏色深棕色，加入準(zhǔn)球形硅微粉后粘度較小，加入白色晶體CaSO4晶須后粘度增大，低溫懸浮性好，基本分層不明顯，高溫懸浮性較好，下沉幅度小一些。

（3）甲乙組分混合：

按照比例取甲乙組分，在杯中攪拌均勻，粘度較小，有少量氣泡，靜置約半小時(shí)后微熱，表干時(shí)間約2小時(shí)，凝膠時(shí)間＞24小時(shí)。

（4）粘鋼膠75°流淌性測試，結(jié)果如表3：

表3  粘鋼膠流淌性測試結(jié)果

75°流淌性 （mm）	對(duì)照組	改進(jìn)組
	15.57	12.67

（5）粘鋼膠機(jī)械性能測試（包括剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、本體壓縮強(qiáng)度），結(jié)果如表4、表5、表6：

表4  粘鋼膠剪切強(qiáng)度測試結(jié)果

粘鋼膠剪切強(qiáng)度（MPa）	對(duì)照組	改進(jìn)組
1組	19.70	24.10
2組	22.20	23.80
3組	21.00	24.30
4組	20.20	26.60
5組	21.30	25.70
平均值	20.88	24.90

表5  粘鋼膠拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果

粘鋼膠拉伸強(qiáng)度（MPa）	對(duì)照組	改進(jìn)組
1組	35.50	38.80
2組	35.10	40.20
3組	36.60	36.00
4組	37.20	41.40
5組	33.00	38.10
平均值	35.48	38.90

表6  粘鋼膠本體壓縮強(qiáng)度測試結(jié)果

粘鋼膠本體壓縮強(qiáng)度（MPa）	對(duì)照組	改進(jìn)組
1組	70.80	76.50
2組	70.20	77.60
3組	72.20	77.00
4組	73.30	78.90
5組	72.70	80.00
平均值	71.84	77.88

1.2.3  植筋膠實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）未加硫酸鈣晶須的對(duì)照組：

甲組分中加入透明環(huán)氧樹脂和稀釋劑之后，攪拌均勻，隨著土黃色準(zhǔn)球形硅微粉的加入，顏色逐漸加深，變?yōu)樽睾稚?，粘度較小，低溫懸浮性好，基本分層不明顯，高溫懸浮性差，分層明顯。

乙組分中按順序加入藥品，攪拌均勻，有氨氣氣味，顏色深棕色，粘度較大。

（2）加入硫酸鈣晶須的改進(jìn)組：

甲組分中加入透明環(huán)氧樹脂和稀釋劑之后，攪拌均勻，隨著土黃色準(zhǔn)球形硅微粉的加入，顏色逐漸加深，變?yōu)樽睾稚扯容^小，加入白色晶體晶須CaSO4后，顏色變淺，粘度增大，低溫懸浮性好，基本分層不明顯，高溫懸浮性較好，下沉幅度小一些。

乙組分中按順序加入藥品，攪拌均勻，有氨氣氣味，顏色深棕色，加入準(zhǔn)球形硅微粉后粘度較大，加入白色晶體晶須CaSO4后粘度顯著增大。

（3）甲乙組分混合：

按照重量比甲：乙＝1：1，稱取甲組分15g，乙組分15g，在杯中攪拌均勻，粘度較大，有少量氣泡，靜置約半小時(shí)后微熱，表干時(shí)間約2小時(shí)，凝膠時(shí)間＞24小時(shí)。

（4）植筋膠75°流淌性測試，結(jié)果如表7

表7 植筋膠流淌性測試結(jié)果

75°流淌性 （mm）	對(duì)照組	改進(jìn)組
	42.14	41.75

（5）植筋膠機(jī)械性能測試（包括剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、本體壓縮強(qiáng)度），結(jié)果如表8、表9、表10：

表8  植筋膠剪切強(qiáng)度測試結(jié)果

植筋膠剪切強(qiáng)度（MPa）	對(duì)照組	改進(jìn)組
1組	18.08	22.10
2組	19.12	21.00
3組	19.90	17.00
4組	21.10	23.20
5組	20.20	24.00
平均值	19.68	21.46

表9  植筋膠拉伸強(qiáng)度測試結(jié)果

植筋膠拉伸強(qiáng)度（MPa）	對(duì)照組	改進(jìn)組
1組	33.60	34.60
2組	36.10	35.30
3組	35.20	35.40
4組	36.90	35.50
5組	35.80	37.10
平均值	35.52	35.58

表10  植筋膠本體壓縮強(qiáng)度測試結(jié)果

植筋膠本體壓縮強(qiáng)度（MPa）	對(duì)照組	改進(jìn)組
1組	72.50	77.60
2組	73.30	76.50
3組	73.70	77.90
4組	73.30	79.00
5組	76.00	82.00
平均值	73.76	78.60

 

1.3  實(shí)驗(yàn)小結(jié)

（1）加入硫酸鈣晶須，膠粘劑顏色略微變淺，粘度普遍增大，流淌性降低，懸浮性好。

（2）加入硫酸鈣晶須，較好的改善了膠粘劑的性能，粘接強(qiáng)度得到提高，粘鋼膠中剪切強(qiáng)度提高19.25％，植筋膠中剪切強(qiáng)度提高9.04％，粘接層韌性提高，同時(shí)降低收縮力減小內(nèi)應(yīng)力，粘鋼膠本體壓縮強(qiáng)度提高了8.41％。

（3）硫酸鈣晶須的含水率對(duì)膠粘劑的機(jī)械性能影響比較大，使用時(shí)應(yīng)控制其含水率。

（4）我們測試了主要的幾個(gè)機(jī)械性能，由于設(shè)備條件的限制，缺少抗沖強(qiáng)度的測試，但是根據(jù)以往的實(shí)踐，剪切強(qiáng)度和抗沖強(qiáng)度及其他的性能有個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以得出其沖擊強(qiáng)度也較高。

（5）膠粘劑的制備工藝比較復(fù)雜，我們實(shí)驗(yàn)中也出現(xiàn)很多問題，主要是受操作工藝，固化工藝，測試方法等的一些影響，所以制備過程應(yīng)該按照嚴(yán)格的工藝操作，提高實(shí)驗(yàn)以及測試的準(zhǔn)確性。

總之，通過上述實(shí)驗(yàn)和理論探討，初步證明硫酸鈣晶須在環(huán)氧建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑中應(yīng)用能夠提高機(jī)械性能，改善操作工藝，延長儲(chǔ)存期，方便施工操作。


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