高溫對(duì)結(jié)構(gòu)加固用環(huán)氧黏結(jié)劑力學(xué)性能的影響

李傳習(xí)， 曹先慧， 柯 璐， 羅南海， 郭立成

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 橋梁工程安全控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙 410114; 2.佛山市路橋建設(shè)有限公司， 廣東 佛山 528303)

采用黏結(jié)劑將補(bǔ)片粘貼于被加固體表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固與修復(fù)，具有結(jié)構(gòu)自重增加少、應(yīng)力集中降低顯著以及耐腐蝕性能良好等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景[1].環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)劑以其優(yōu)異的黏結(jié)強(qiáng)度、固化特性及施工性能成為結(jié)構(gòu)加固修復(fù)常用的黏結(jié)劑[2-4].研究表明[3,5-7]，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境(常溫常濕)下的環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)劑黏結(jié)界面均表現(xiàn)出很好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及荷載傳遞效率；但在結(jié)構(gòu)修復(fù)與加固的實(shí)際工程中，被修復(fù)結(jié)構(gòu)常常暴露在自然條件下，需要耐受較廣范圍的環(huán)境溫度(-40～60℃)，而環(huán)氧樹(shù)脂屬于高聚物，溫度變化將造成分子運(yùn)動(dòng)變化，在宏觀(guān)上表現(xiàn)出力學(xué)性能的溫度敏感性[8].研究表明，環(huán)氧黏結(jié)劑及其黏結(jié)界面在高溫下的力學(xué)性能較低溫下更加不利[9-12].多數(shù)環(huán)氧樹(shù)脂黏結(jié)劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg均不超過(guò)50℃[9-12]，若超過(guò)該臨界溫度，黏結(jié)劑以及黏結(jié)界面力學(xué)性能會(huì)急劇下降.Nguyen等[9]研究表明，用Araldite 420黏結(jié)劑黏結(jié)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(carbon fiber reinforced polymer，CFRP)，40℃時(shí)的CFRP有效黏結(jié)長(zhǎng)度為常溫時(shí)的2倍，荷載傳遞效率大大降低，當(dāng)溫度超過(guò)黏結(jié)劑玻璃轉(zhuǎn)化溫度 20℃ 時(shí)，界面剛度下降約80%.劉凱等[12]針對(duì)2款結(jié)構(gòu)膠的研究表明，溫度升至45℃后復(fù)材搭接接頭黏結(jié)剪切強(qiáng)度與界面剛度急劇下降，60℃后鋼-鋼正拉黏結(jié)強(qiáng)度急劇下降.朱德舉等[13]試驗(yàn)結(jié)果表明，隨溫度升高，CFRP/鋼單搭接接頭破壞模式由鋼/膠界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槟z層內(nèi)聚破壞以及膠/CFRP界面破壞.Jia等[14]研究了低溫及加載速率對(duì)黏結(jié)劑拉伸性能的影響，但未考慮高溫情況.彭勃等[15]采用拉伸試驗(yàn)、負(fù)荷變形試驗(yàn)及差示掃描量熱法(DSC)研究了2種結(jié)構(gòu)膠的耐高溫性能，提出最高使用溫度應(yīng)比DSC法測(cè)得的玻璃轉(zhuǎn)化溫度低10～20℃.

為了解高溫對(duì)環(huán)氧黏結(jié)劑黏結(jié)界面力學(xué)性能的影響，首先需明確其力學(xué)溫度特性，尤其是高溫下的力學(xué)特性，而當(dāng)前的研究非常有限.

鑒于此，本文針對(duì)當(dāng)前最常用的3種結(jié)構(gòu)加固用環(huán)氧黏結(jié)劑Araldite 2014、Araldite 420和Sika 30(分別簡(jiǎn)稱(chēng)A2014、A420和S30)[1,3-4,10-11]，以及1種由本團(tuán)隊(duì)和某化工研究院聯(lián)合研發(fā)的高韌性黏結(jié)劑Calle 1(簡(jiǎn)稱(chēng)C1)，進(jìn)行不同溫度下準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(dynamic mechanical analysis，DMA)，得到上述黏結(jié)劑在不同溫度條件下的靜動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)及其相關(guān)力學(xué)指標(biāo)的溫度影響規(guī)律，并對(duì)玻璃轉(zhuǎn)化溫度及熱變形溫度這2個(gè)耐溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析，以期為結(jié)構(gòu)加固用環(huán)氧黏結(jié)劑的選型以及黏結(jié)界面高溫環(huán)境下的力學(xué)特性研究奠定基礎(chǔ).

1 試驗(yàn)材料與試件

試驗(yàn)材料采用A2014、A420、S30和C1這4種環(huán)氧黏結(jié)劑.其中A2014和A420由澳大利亞HUNTSMAN公司提供，前者具有較好的耐高溫性能，后者具有高韌性；S30由澳大利亞SIKA公司提供；C1采用柔性鏈段和核/殼結(jié)構(gòu)聚合物的方法進(jìn)行增韌改性，兼具較高的韌性和耐高溫性能.

準(zhǔn)靜態(tài)拉伸力學(xué)測(cè)試按照ASTM D638-10《Standard test method for tensile properties of plastics》，制作成狗骨狀拉伸試件，試件尺寸如圖1所示.動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)采用尺寸為55.0mm×12.8mm×3.2mm的長(zhǎng)條形試件.試件制作前，先在硅橡膠模具表面涂覆脫模劑，以保證黏結(jié)劑順利脫模；待脫模劑成膜后，再將黏結(jié)劑按產(chǎn)品說(shuō)明中環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑推薦比例混合均勻，入模成型，在常溫常壓環(huán)境下固化7d.

圖1 黏結(jié)劑拉伸試件尺寸Fig.1 Dimensions of adhesive tensile specimen(size:mm)

2 試驗(yàn)方案

2.1 不同溫度條件下的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)

采用MTS landmark帶高低溫箱的電液伺服測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行加載，配套溫度箱的溫度控制范圍為-150～300℃，溫度控制精度為0.5℃.分別在25、40、55、70℃下進(jìn)行黏結(jié)劑試件的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，每組試件數(shù)量為3個(gè).采用位移控制，加載速率為 2mm/min.測(cè)試前，先將試件上端夾持，設(shè)定試驗(yàn)溫度，待溫度箱內(nèi)上升至指定溫度，恒溫10min使試件內(nèi)部達(dá)到試驗(yàn)溫度后，再將下端夾持.試驗(yàn)中荷載位移由加載系統(tǒng)自帶的荷載及位移傳感器得到，采用耐高溫引伸計(jì)(耐90℃高溫)對(duì)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量(見(jiàn)圖2).

圖2 準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)Fig.2 Quasi-static tensile test

2.2 動(dòng)態(tài)熱力學(xué)分析

隨著溫度的升高，環(huán)氧黏結(jié)劑分子鏈段運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變，表現(xiàn)出黏彈性的本質(zhì).黏彈性材料的儲(chǔ)能模量、損耗模量和阻尼等力學(xué)特性可以通過(guò)DMA在較寬闊的溫度或頻率范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)測(cè)試獲得[18].動(dòng)態(tài)力學(xué)行為是材料在振動(dòng)條件下，即在交變應(yīng)力(交變應(yīng)變)作用下的力學(xué)響應(yīng)，動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可反映材料力學(xué)性能(模量、內(nèi)耗)與溫度、頻率的關(guān)系.當(dāng)黏彈性材料受到正(余)弦等交變應(yīng)變作用時(shí)，其應(yīng)力響應(yīng)不是隨應(yīng)變作同步正(余)弦變化(理想彈性材料才會(huì)如此)，而是滯后應(yīng)變1個(gè)相位差δ(0<δ<90°).根據(jù)黏彈性力學(xué)推導(dǎo)，材料的動(dòng)態(tài)模量E*可寫(xiě)為復(fù)數(shù)形式：

E*=E′+E″=E′(1+i·tanδ)

(1)

式中：E′為儲(chǔ)能模量，E′=|E*|cosδ，反映材料黏彈性中的彈性成分，表征材料因彈性形變而儲(chǔ)存的能量；E″ 為損耗模量，E″=|E*|sinδ，反映材料黏彈性中的黏性成分，即因黏性形變以熱的形式損耗的能量；tanδ為損耗因子，tanδ=E″/E′，表征材料的阻尼.

作為結(jié)構(gòu)材料，黏結(jié)劑主要利用其剛度和強(qiáng)度特性，要求它在使用溫度范圍內(nèi)有較大的儲(chǔ)能模量.采用美國(guó)TA公司的DMA Q800動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，試件及夾具見(jiàn)圖3.試驗(yàn)采用多頻應(yīng)變模式，測(cè)試頻率為1Hz，溫度范圍為0～ 100℃，升溫速率設(shè)為2℃/min.

根據(jù)MTConnect協(xié)議，適配器端負(fù)責(zé)與機(jī)床通信實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)據(jù)采集后發(fā)送給代理端。系統(tǒng)中使用FOCAS實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)據(jù)采集的流程，如圖2所示。

準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)可確定黏結(jié)劑不同溫度下的力學(xué)狀態(tài)及性能指標(biāo)；動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)可以在較寬溫度范圍內(nèi)對(duì)材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，但其為非破壞性試驗(yàn)，并不能獲得黏結(jié)劑的強(qiáng)度及斷裂相關(guān)信息.因此應(yīng)結(jié)合使用上述2種方法，互為補(bǔ)充.

2.3 熱變形溫度試驗(yàn)

依據(jù)GB/T 1634.1—2004《塑料負(fù)荷變形溫度測(cè)定》測(cè)定黏結(jié)劑的熱變形溫度.其具體方法為：采用長(zhǎng)×寬×高為80mm×10mm×4mm的黏結(jié)劑澆鑄體試件，在三點(diǎn)彎曲形式下以恒定應(yīng)力σ(A法1.80MPa，B法0.45MPa，C法8.00MPa)加載，因升溫引起的撓度增量ΔD達(dá)到0.34mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，即為熱變形溫度T.熱變形溫度T下試件的彎曲模量E(T)為：

(2)

式中：L為試件長(zhǎng)度；h為試件高度；D(T)=DS+ΔD，其中DS為初始負(fù)荷時(shí)的跨中撓度，由負(fù)荷、試件尺寸及材料初始條件下的模量確定.

3 結(jié)果與討論

3.1 不同溫度條件下黏結(jié)劑的名義應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

4種黏結(jié)劑在不同溫度條件下的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)如圖4所示.其中，名義應(yīng)力為荷載與試件測(cè)試段截面積的比值，名義應(yīng)變由引伸計(jì)直接測(cè)得.由圖4可見(jiàn)，同種黏結(jié)劑的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)形態(tài)隨溫度變化顯著，同一溫度下不同黏結(jié)劑的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)形態(tài)也有差別.需要說(shuō)明的是，A420與S30在 70℃ 下已基本失去結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，故結(jié)果未示出.

基于以上4種黏結(jié)劑呈現(xiàn)出來(lái)的溫度影響規(guī)律，可以將環(huán)氧黏結(jié)劑應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系隨溫度的演化歸納為圖5所示的4種形態(tài).圖中，εy和εu分別為屈服和極限應(yīng)變，σy和σb分別為屈服和極限應(yīng)力.4種形態(tài)包括：(1)當(dāng)溫度顯著低于玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg時(shí)，黏結(jié)劑分子鏈段處于凍結(jié)狀態(tài)，應(yīng)力隨應(yīng)變呈近似線(xiàn)性增加，隨后發(fā)生斷裂，斷裂伸長(zhǎng)率不超過(guò)2%(形態(tài)①)；(2)當(dāng)溫度稍升高，但分子鏈段運(yùn)動(dòng)水平較低時(shí)，材料強(qiáng)度開(kāi)始下降，曲線(xiàn)出現(xiàn)屈服點(diǎn)，并發(fā)生應(yīng)變軟化，但由于溫度尚不高，大部分鏈段仍處于凍結(jié)狀態(tài)，材料將在較小應(yīng)變處斷裂(形態(tài)②)；(3)繼續(xù)升高溫度至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近，其強(qiáng)度與形態(tài)②相比繼續(xù)下降，發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)變顯著增大(形態(tài)③)；(4)當(dāng)溫度超過(guò)一定值后，大部分鏈段“解凍”，在較小的應(yīng)力下，即會(huì)產(chǎn)生持續(xù)增長(zhǎng)的變形，曲線(xiàn)不存在屈服點(diǎn)，而表現(xiàn)出更長(zhǎng)的塑性發(fā)展(形態(tài)④).

圖5 名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)形態(tài)隨溫度的演化Fig.5 Variations of nominal stress-strain curves withtemperature

表1列出了4種黏結(jié)劑在不同溫度條件下的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)形態(tài).由表1可見(jiàn)：在常溫25℃時(shí)，除A420出現(xiàn)介于形態(tài)①與形態(tài)②之間的非線(xiàn)性曲線(xiàn)外，其余3種黏結(jié)劑名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)均為線(xiàn)性(形態(tài)①)；隨著溫度的升高，各黏結(jié)劑的曲線(xiàn)形態(tài)發(fā)生明顯變化，以40℃為例，此時(shí)A2014開(kāi)始出現(xiàn)非線(xiàn)性趨勢(shì)但仍處于近似線(xiàn)性，C1及S30進(jìn)入到形態(tài)②，而A420已到達(dá)帶有屈服且應(yīng)變較大的狀態(tài)③；A2014在整個(gè)溫度變化范圍內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)形態(tài)②和形態(tài)③這2種具有明顯屈服點(diǎn)的狀態(tài)，且整個(gè)溫度變化范圍內(nèi)應(yīng)變均不大，只表現(xiàn)為脆性，而其他3種黏結(jié)劑在升溫后均出現(xiàn)屈服狀態(tài)；A420和S30這2種黏結(jié)劑在55℃時(shí)即超過(guò)玻璃轉(zhuǎn)化溫度，進(jìn)入形態(tài)④.

表1 各黏結(jié)劑在不同溫度條件下的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)形態(tài)Table 1 Shapes of nominal stress-strain curve for adhesives at different temperatures

3.2 溫度對(duì)黏結(jié)劑拉伸力學(xué)指標(biāo)的影響

圖6 4種黏結(jié)劑的力學(xué)性能指標(biāo)隨溫度變化曲線(xiàn)Fig.6 Variation curves of mechanical properties with temperatures for four types of adhesives

由圖6(a)可見(jiàn)：25℃下，4種黏結(jié)劑的抗拉強(qiáng)度均大于25MPa；當(dāng)溫度從25℃上升到40℃時(shí)，A420的抗拉強(qiáng)度劇烈退化，由29.0MPa降至 15.7MPa，降幅達(dá)45.9%，而其他黏結(jié)劑的抗拉強(qiáng)度仍維持在20MPa以上；當(dāng)溫度在40～55℃時(shí)，S30的抗拉強(qiáng)度急劇下降；55℃時(shí)A420和S30強(qiáng)度已不足8MPa；70℃時(shí)，A420和S30已經(jīng)軟化，幾乎失去材料強(qiáng)度，而A2014和C1還有11、15MPa 左右的強(qiáng)度剩余；4種環(huán)氧黏結(jié)劑的抗拉強(qiáng)度隨溫度升高大致呈現(xiàn)出線(xiàn)性退化規(guī)律.

由圖6(b)可見(jiàn)：25℃時(shí)，S30的彈性模量達(dá) 10.9GPa，遠(yuǎn)大于其他3種黏結(jié)劑，隨著溫度的升高，其彈性模量變化最為劇烈，55℃時(shí)即退化到不足0.4GPa；A420在25℃下彈性模量即較低，當(dāng)溫度升高至55℃時(shí)，彈性模量即退化至不足 0.2GPa；A2014和C1的彈性模量退化較為緩和.

斷裂延伸率與應(yīng)變能反映材料的韌性.由 圖6(c)、(d)可見(jiàn)：隨著溫度的升高，4種黏結(jié)劑的斷裂延伸率均有所提高，這是由于溫度升高后，分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)加劇，鏈段由短程擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐步變?yōu)樽杂梢莆唬暧^(guān)表現(xiàn)為變形能力的不斷增強(qiáng)；A2014和S30斷裂延伸率及應(yīng)變能均較低，表現(xiàn)為脆性；A420在25℃下表現(xiàn)出良好的韌性，但是當(dāng)溫度超過(guò)40℃后其應(yīng)變能開(kāi)始下降，呈現(xiàn)出“軟而弱”的狀態(tài)，相比之下，采用復(fù)合增韌技術(shù)的C1黏結(jié)劑則一直保持著較好的韌性.

3.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

環(huán)氧黏結(jié)劑是典型的黏彈性材料，兼有黏性流體和彈性固體的某些特性.由DMA獲得4種黏結(jié)劑在0～100℃的動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度譜，即在特定頻率 (1Hz) 下材料儲(chǔ)能模量E′、損耗模量E″和損耗因子tanδ隨溫度的變化曲線(xiàn)如圖7所示.

由圖7(a)可知，在0～30℃時(shí)4種黏結(jié)劑的儲(chǔ)能模量均較穩(wěn)定；A420在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有最低的儲(chǔ)能模量；25℃下儲(chǔ)能模量遠(yuǎn)大于其他黏結(jié)劑的S30在溫度超過(guò)40℃后，儲(chǔ)能模量開(kāi)始低于A2014及C1；A2014及C1的儲(chǔ)能模量大小及退化趨勢(shì)相近.這些結(jié)果與準(zhǔn)靜態(tài)拉伸所得彈性模量的變化規(guī)律相一致.由圖7(b)可見(jiàn)，S30的損耗模量變化幅度最大，其他黏結(jié)劑力學(xué)損耗相對(duì)較小，不足 400MPa.一般認(rèn)為，較高的損耗因子(tanδ>0.3)是優(yōu)良的阻尼材料所必須的[19].在圖7(c)中，A420及S30黏結(jié)劑的tanδ≥0.3的溫度區(qū)間為35～ 65℃，而A2014與C1的大致溫度區(qū)間為55～ 80℃，故若將黏結(jié)劑應(yīng)用至受振動(dòng)荷載結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)且考慮阻尼減震時(shí)，應(yīng)考慮環(huán)境溫度.

圖7 黏結(jié)劑的動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度譜Fig.7 Dynamic mechanical temperature spectra of adhesives

3.4 玻璃轉(zhuǎn)化溫度

由圖7還可以看出：4種黏結(jié)劑在一定升溫范圍內(nèi)儲(chǔ)能模量均發(fā)生了數(shù)量級(jí)變化，損耗模量及損耗因子均出現(xiàn)了峰值.此時(shí)，材料性質(zhì)由模量高的玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變，稱(chēng)為玻璃化轉(zhuǎn)變.不同的規(guī)范及文獻(xiàn)對(duì)玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg的確定方法不同，常見(jiàn)的有3種：(1)切線(xiàn)法[20]，將儲(chǔ)能模量曲線(xiàn)上折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)溫度定義為玻璃轉(zhuǎn)化溫度，記為T(mén)gS，如圖7(a)中輔助切線(xiàn)所示；(2)損耗模量法[21]，將損耗模量的峰值作為玻璃轉(zhuǎn)化溫度，記為T(mén)gL；(3)損耗因子法[22]，將損耗因子曲線(xiàn)的峰值定義為玻璃轉(zhuǎn)化溫度，記為T(mén)gT.據(jù)此，可以得到3種定義方式下各黏結(jié)劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度.將玻璃轉(zhuǎn)化溫度對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能模量ET與常溫25℃對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能模量ERT之比，作為玻璃轉(zhuǎn)化溫度下的模量剩余比ET/ERT.各黏結(jié)劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度及相應(yīng)的模量剩余比見(jiàn)表2.

表2 黏結(jié)劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度及模量剩余比Table 2 Glass transition temperature and residual modulus ratio of adhesives

由表2可見(jiàn)：(1)采用3種玻璃轉(zhuǎn)化溫度確定方法得到的玻璃轉(zhuǎn)化溫度存在TgSC1>S30>A420的規(guī)律.由3種方法得到的A2014、C1、S30及A420的玻璃轉(zhuǎn)變溫度分別為56.3～68.3℃、 49.9～ 63.2℃、32.8～47.8℃、31.6～43.6℃. (3)采 用切線(xiàn)法所確定的模量剩余比大于0.51，材料儲(chǔ)能模量仍有較好的保持；而采用損耗模量法和損耗因子法所確定的剩余模量比僅0.19～0.44和0.03～0.12，材料儲(chǔ)能模量退化顯著.因此，為保證結(jié)構(gòu)在正常服役溫度下黏結(jié)劑仍具有較好的結(jié)構(gòu)性能，可偏保守地采用切線(xiàn)法來(lái)確定黏結(jié)劑的工作溫度范圍.

3.5 熱變形溫度

將由動(dòng)態(tài)力學(xué)溫度譜的儲(chǔ)能模量圖中獲取的ET所對(duì)應(yīng)的溫度作為熱變形溫度[18].4種黏結(jié)劑在3種應(yīng)力(A法1.80MPa、B法0.45MPa、C法8.00MPa)下的熱變形溫度TA～TC及彎曲模量EA～EC，見(jiàn)表3.

表3 黏結(jié)劑的熱變形溫度及彎曲模量Table 3 Thermal deformation temperatures and moduli of adhesives

由表3：(1)與玻璃轉(zhuǎn)化溫度類(lèi)似，4種黏結(jié)劑采用不同方法所得到的熱變形溫度亦有A2014 >C1> S30>A420的規(guī)律.(2)負(fù)載應(yīng)力水平對(duì)黏結(jié)劑熱變形溫度影響顯著，由負(fù)荷水平最小的B法得到的熱變形溫度最大，負(fù)荷水平最大的C法得到的熱變形溫度最小；在負(fù)載水平最低的B法作用下，所產(chǎn)生的初始撓度Ds最小，其對(duì)升溫后的總撓度影響很小，所以各黏結(jié)劑的熱變形模量相差不大.(3)由B法得到的各黏結(jié)劑(不同初始模量)彎曲模量均在300MPa左右，而由A法和C法得到的各黏結(jié)劑熱變形模量差異較大，故可認(rèn)為B法基本排除了黏結(jié)劑初始模量差異的影響，所得到的熱變形溫度更能反映溫度升高的影響.由B法得到的熱變形溫度與損耗因子法得到的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較為接近，兩者均是儲(chǔ)能模量退化至很低時(shí)的溫度，不宜作為黏結(jié)劑的工作溫度上限.(4)由C法得到的熱變形溫度與切線(xiàn)法得到的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較為接近，采用這2種方法得到的黏結(jié)劑最高工作溫度較為安全.

4 結(jié)論

(1)不同溫度條件下同種黏結(jié)劑的名義應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)形態(tài)不同，隨溫度變化存在4種曲線(xiàn)形態(tài)演化.4種黏結(jié)劑的強(qiáng)度與剛度隨著溫度的升高基本呈線(xiàn)性降低，S30抗拉強(qiáng)度和彈性模量變化最為劇烈.55℃下A420和S30強(qiáng)度及剛度均較低，70℃下A420和S30結(jié)構(gòu)性能基本喪失，C1和A2014仍具有較高的強(qiáng)度和彈性模量，仍具有一定的結(jié)構(gòu)性能.C1在55～70℃下的強(qiáng)度與應(yīng)變能均最高，可見(jiàn)柔性鏈段和核/殼結(jié)構(gòu)聚合物復(fù)合增韌能顯著改善環(huán)氧黏結(jié)劑的高溫力學(xué)性能.

(2)動(dòng)態(tài)力學(xué)分析及熱變形分析結(jié)果表明，4種黏結(jié)劑的儲(chǔ)能模量在0～30℃內(nèi)變化不大，當(dāng)進(jìn)入到玻璃轉(zhuǎn)變區(qū)后黏結(jié)劑彈性性能下降2～3個(gè)數(shù)量級(jí).采用不同方法得到的4種黏結(jié)劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱變形溫度均有A2014>C1>S30>A420的關(guān)系.隨著溫度的升高，A2014及C1的強(qiáng)度及剛度退化相對(duì)較為緩和，退化趨勢(shì)接近，且高溫下儲(chǔ)能模量相對(duì)較高.

(3)4種黏結(jié)劑在切線(xiàn)法玻璃轉(zhuǎn)化溫度下均具有51%以上的模量剩余比.采用C法得到的熱變形溫度與切線(xiàn)法玻璃轉(zhuǎn)化溫度較為接近，基于上述2種方法確定黏結(jié)劑最高工作溫度偏安全.