环氧胶粘剂大气环境老化行为研究

论文摘要

随着社会经济、工业和国防事业的发展,对胶粘剂的使用越来越多,胶粘剂的老化问题日益凸显出来,迫切需要进行胶粘剂老化的基础研究。本课题在已有工作的基础上,进行了环氧树脂胶粘剂老化行为的特性表征,较为系统地研究了引起环氧胶粘剂老化失效的主要环境影响因素,积累了典型大气环境下的老化数据。本文通过环氧胶粘剂及粘接件在漠河、武汉、万宁三个不同气候暴露点的一年大气暴露试验、室内加速老化试验、力学测试、表面分析、红外光谱分析和热分析等方法,研究了环氧树脂胶粘剂在三个典型大气环境中的老化失效行为规律,并且分别分析了水、温度、氧气和光照等环境因素分别对环氧胶粘剂粘接性能的影响。大气暴露试验结果表明:环氧胶粘剂在三个典型大气环境中,初期有一个时效固化过程,使粘接强度进一步提高,在不同环境下粘接强度提高的程度不同。在气温较高、湿度较大和光照充足的的试验站,环氧胶粘剂的老化程度和老化速度较快,表现为粘接强度和表面光泽度的迅速下降;在三个站气候环境对胶粘剂的破坏能力从强到弱依次为:万宁站＞武汉站＞漠河站;在光照、降水充足,温度较高的季节,环氧胶粘接强度和胶粘剂本体表面光泽度下降较快。室内加速老化试验结果表明:水分子渗入胶接界面形成弱界面层,破坏环氧胶与被粘接物形成的化学键、胶粘剂分子之间的氢键和其他次价键,使界面处的被粘接物容易发生锈蚀,甚至还会使这些高聚物分子发生降解。由于氯离子的渗透作用,含盐水溶液比纯水对环氧胶的破坏作用更强烈。在较高的温度下,环氧树脂胶在常温未固化的部分会进一步的固化,老化温度越高,环氧胶剪切强度下降的越快。在热氧老化环境中,环氧树脂胶会发生的降解老化,通过高分子基团的降解使胶粘剂的粘接性能下降。高温和水蒸汽的联合作用比单一的热空气或水浸泡对环氧胶的破坏作用更强。紫外光对胶接接头的破坏作用比较小,而对直接暴露在紫外线下的环氧胶本体破坏作用比较大,表现为力学强度的快速下降和表面光泽度的下降。热分析试验证明:环氧胶容易在高温空气中发生热氧分解,氧气是环氧胶在空气中老化的重要因素之一。由于我国对高分子胶粘剂环境老化的研究起步较晚,与国外先进国家相比我们的研究还缺乏广泛性和深入性,我们在这方面还需要进一步的努力,提高我国在高分子胶粘剂老化行为研究方面的整体水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 影响高分子胶粘剂老化的主要因素
• 1.2.1 温度
• 1.2.2 水
• 1.2.3 空气成分及介质
• 1.2.4 光照
• 1.3 高分子胶粘剂的主要粘接理论
• 1.3.1 粘接接头的结构
• 1.3.2 胶粘剂粘接力的产生
• 1.4 高分子胶粘剂老化研究主要试验方法
• 1.4.1 户外大气暴露试验
• 1.4.2 人工加速老化试验
• 1.5 高分子胶粘剂老化国内外研究历史及现状
• 1.5.1 国外研究历史及现状
• 1.5.2 国内研究历史及现状
• 1.6 本课题研究目标和内容
• 1.7 本课题研究思路及试验方案
• 1.8 本章小结
• 第二章 试验部分
• 2.1 试验设备
• 2.2 试验原料及制备
• 2.2.1 环氧胶粘剂基本组分
• 2.2.2 金属连接件的加工与表面预处理
• 2.3 试验方法及过程
• 2.3.1 试样制作
• 2.3.2 暴露试验投样
• 2.3.3 试样的力学检测
• 2.3.4 环氧胶本体表面光泽度的测定
• 2.3.5 红外光谱分析（IR）
• 2.3.6 扫描电子显微镜（SEM）技术
• 2.3.7 热分析技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 环氧胶粘剂典型大气环境暴露试验
• 3.1 大气暴露试验站气候环境
• 3.1.1 武汉试验站地理位置和气候环境
• 3.1.2 漠河试验站地理位置和气候环境
• 3.1.3 万宁试验站地理位置和气候环境
• 3.2 力学分析
• 3.3 表面分析
• 3.4 界面分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 环氧胶粘剂室内加速老化试验
• 4.1 水和盐水对环氧胶粘剂性能的影响
• 4.1.1 力学分析
• 4.1.2 粘接界面分析
• 4.1.3 浸泡对环氧胶本体表面的影响
• 4.1.4 室内外试验相关性讨论
• 4.2 温度的影响
• 4.2.1 固化温度对环氧胶剪切强度的影响
• 4.2.2 老化温度对环氧胶剪切强度的影响
• 4.2.3 热老化前后FTIR分析
• 4.3 湿热环境的影响
• 4.3.1 湿热试验环境
• 4.3.2 湿热试验结果分析
• 4.3.3 室内外试验相关性讨论
• 4.4 紫外光照射对环氧胶的影响
• 4.4.1 紫外/冷凝老化环境对环氧胶力学性能的影响
• 4.4.2 紫外/冷凝老化环境对环氧胶本体表面状况的影响
• 4.4.3 紫外/冷凝老化前后FTIR分析
• 4.5 热重分析（TG）
• 4.6 本章小结
• 第五章 研究总结和展望
• 5.1 研究总结
• 5.1.1 大气暴露试验结论
• 5.1.2 室内加速老化试验结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 附1 攻读硕士期间的主要工作
• 附2 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢