粘合剂的固化反应与粘结强度的测定

实验报告

课程名称： 高分子材料实验 指导老师： 王幽香 成绩： 实验名称： 粘合剂的固化反应与粘结强度的测定 实验类型： 同组学生姓名： 汤雨杭、王乔夫、尹铮、张雷纲

一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求

1、 了解环氧树脂固化反应的基本原理

2、 初步掌握拉力试验机的结构和使用方法

3、 测定环氧树脂——二乙烯三胺粘合剂的剪切强度

二、实验内容和原理

环氧树脂有“万能胶”之称，它对各种金属材料和非金属材料如铝、铜、钢、木材、玻璃、混凝土、热固性塑料如酚醛树脂有优良的粘结性能，但对聚烯烃类塑料如聚乙烯、聚丙烯等的粘合性不好。

环氧树脂实际上是具有反应性基团的低聚物，作为粘合剂，必须使用固化剂，经过固化交联，成为大分子网状结构。因此能使其交联变成网状结构的物质称为固化剂：对环氧树脂而言，固化剂的种类很多，如脂肪族多元胺，芳香族多元胺以及各种胺类改性物。各种有机酸及酸酐，一些合成树脂如聚酰胺、酚醛树脂等。固化剂是通过其官能团与环氧树脂发生加成或缩合反应而形成网状结构的。固化剂的种类不同，其固化反应机理也不同。本实验采用二乙烯三胺的固化反应方程式如下：

H 2N-CH 2-CH 2-NH-CH 2-CH 2-NH 2 + 2CH 2-CH- ——> O

CH 2-CH-HN-CH 2-CH 2-NH-CH 2-CH 2-NH-CH 2-CH- OH OH

CH 2-CH-HN-CH 2-CH 2-NH-CH 2-CH 2-NH-CH 2-CH- + 3CH 2-CH- ——> OH OH O CH 2-CH-HN-CH 2-CH 2-NH-CH 2-CH 2-NH-CH 2-CH-

OH CH 2 CH 2 CH 2 OH

HO-CH- HO-CH- HO-CH-

反应在第一阶段时，伯胺和环氧基反应，第二阶段，生成的仲胺和环氧基反应。此外生成的羟基也能和环氧基反应，具有加速反应进行的倾向，最后生成了一个巨大的网状结构。

实验表明，如果在固化体系中加入适量的给质子基团如苯酚，那么就会促进胺类的固化，这可能是一

个双分子机理，有利于胺类化合物对C +

离子的亲和进攻，同时完成氢原子的加成。本实验用的促进剂是2，4，6-[(二甲基氨基)甲基]苯酚DMP30。

本实验采用双酚A 型环氧树脂E44,由双酚A 和环氧氯丙烷在碱催化的低分子量缩合产物。

专业：高分子材料与工程 姓名： 刘佳慧

学号： 3071102675 日期： 2010年10月11日 地点： 高分子楼

一该型环氧树脂的环氧值为44，二乙烯三胺的用量计算如下：

粘合剂胶接强度测试是十分重要的，常用的有剥离法和剪切法两种，本实验采用剪切法。剪切强度亦称抗剪强度，是指胶接头在单位面积上能承受的平行胶面得最大负荷。

三、主要仪器与试剂

试剂：双酚A型环氧树脂E44、二乙烯三胺和2，4，6-[(二甲基氨基)甲基]苯酚（DNP）、铝试片、仪器：直尺、铅笔、砂纸、天平、电子万能试验机

四、操作方法和实验步骤

1、测定步骤

1)将已切割成标准状的24片铝试片的交合面处用砂纸打磨干净，之后用丙酮擦净试片表面，用铅笔划

出1.5×2.0cm的胶合面。

2)用一个纸杯称取30g环氧树脂，滴加三滴二乙烯三胺2.70g，用玻璃棒均匀搅拌，平分为两份，其中

一份滴加促进剂DNP 0.45g。

3)将胶均匀涂在试片胶合面上，每两个胶合面黏贴成为一个试件，用铁夹夹紧，共制备12个。将试件

平放入90℃烘箱半个小时，降温取出，冷至室温，去掉夹子。

4) 将制备好试件在拉力试验机上进行剪切试验，试件的纵轴与拉力方向相同，控制拉伸的速度为

2mm/min ，当试件破坏后，记下指针读数，测量并计算胶合面积。 2、 计算方法及精确度

粘合强度（X ）N/m 2

按下式计算：

2

f X s

f N s m =

--试件破坏时的负荷，胶合面积，

平均测试五个试件，取其中三个最相近的算术平均值。每个结果与平均值相差不超过5%

比较两组试件的数据，观察促进剂DMP30对双酚A 型环氧树脂E44和二乙烯三胺固化速度的影响。

五、实验数据及处理

测试条件：温度：25℃ 湿度：50% 拉伸速度：2mm/min

不加DMP 试样

粘结宽度(cm)

粘结长度(cm)

粘结面积 s (m 2

) 试样破坏时负荷

f (N)

粘结强度

X (N/m 2

)

粘结强度平均值

X (N/m 2

)

（使用数据1，2，4）

1 2.00

1.60 3.200E-04 1725.71 5.393E+06 5.275E+06

2 1.61 3.220E-04 1753.71 5.446E+06

3 1.55 3.100E-0

4 1484.00 4.787E+06 4

1.50 3.000E-04

1495.43

4.985E+06

加入DMP 试样

粘结宽度

(cm) 粘结长度(cm) 粘结面积 s (m 2

) 试样破坏时负荷

f (N) 粘结强度

X (N/m 2

) 粘结强度平均值

X (N/m 2

)

（使用数据2，4，5）

1 2.00

1.52 3.040E-04 2200.00 7.237E+06 6.398E+06

2 1.48

2.960E-04 1928.00 6.514E+06 3 1.52

3.040E-04 1696.57 5.581E+06 4 1.42 2.840E-04 1890.29 6.656E+06 5

1.50

3.000E-04

1807.43

6.025E+06

注：实验教材上对数据处理的要求是“取其中三个最相近的算术平均值。每个结果与平均值相差不超过5%”

但是处理数据时发现尽管取了相差最小的三个值，其误差仍然在5%以上，所以酌情选取误差最小的三个数据做处理。

六、实验结果与分析 实验结果：

不加促进剂DMP 时，平均粘结强度：5.275E+06(N/m 2

)；加入促进剂DMP 时，平均粘结强度：