掺TiO₂玻璃粉对玻璃离子水门汀性能(2)

3.1 固化时间

玻璃离子水门汀的固化时间除了受聚丙烯的分子质量和浓度的影响，其中玻璃粉的结构和组成也是重要因素，且玻璃离子水门汀的固化反应是个连续反应的过程[3]。表2可见TiO2含量对玻璃离子水门汀固化时间的影响，随着玻璃粉中TiO2的增加，GIC的固化时间也有所延长，含量为5%TiO2试样相比于原始样品的固化时间将近延长90 s。这主要原因在于玻璃结构，少量的Ti4+在玻璃结构中以[TiO4]的形式存在，Ti4+和Si4+半径相差不大，Ti4+可以置换Si4+进入玻璃结构中，增强玻璃结构的聚合程度[10]。添加TiO2使玻璃结构的聚合程度增大，削弱聚丙烯酸对玻璃的侵蚀；另外，在固化反应时，玻璃结构具有较大的致密性，可阻碍阳离子的游离速度，延缓聚丙烯盐的形成。由表2可见玻璃粉的玻璃转变温度同样随TiO2的添加量增加而增大，说明玻璃转变温度和玻璃离子水门汀固化时间存在正相关的关系。这与Abo-Mosallam等的研究相一致[11]。

表2 不同含量TiO2GIC的固化时间Tab.2 Setting time of GIC with different content of TiO2TiO2含量/wt%00.5135固化时间t/s137±3149±9154±5176±4226±6玻璃转变温度Tg/℃析晶温度Tp/℃

表3是G3玻璃粉在不同热处理温度后玻璃离子水门汀的固化时间。由表可知，随着热处理温度的升高，玻璃离子水门汀的固化时间明显延长；另外玻璃粉的体积平均粒径随着热处理温度升高也有所增大，当热处理温度在500 ℃以上时，平均粒径增大约2 μm，而比表面积相应减小。在固化反应时，玻璃微粉的比表面积降低，降低了玻璃颗粒与聚丙烯酸接触时的反应活性，从而延长固化时间。当热处理温度在500 ℃和600 ℃时，玻璃微粉的平均粒径相差不大，同样比表面积变化细微。这可能是低温热处理修复了，玻璃微粉在研磨过程中产生的微裂纹或者表面凹痕[12]。这也可能是延长GIC固化时间的重要因素。

表3 G3样品经不同热处理温度后GIC的固化时间Tab.3 Setting time of GIC of G3 samples after different heat treatment temperatures热处理温度/℃0固化时间t/s90±5176±4280±±±11体积平均粒径/μ比表面积/(m2/g)

3.2 抗压强度

固化反应后的玻璃离子水门汀是由聚丙烯盐为基质，未参与反应的玻璃颗粒为填料，这种材料类似于复合材料[3]。在GIC中，作为填料的玻璃颗粒对GIC的抗压强度有着很大程度的影响。图1是不同TiO2添加量的玻璃微粉相应GIC抗压强度。可见，所有添加TiO2的玻璃离子水门汀的强度均高于原始试样(G1)的强度；并且当增大TiO2的添加量，玻璃离子水门汀强度也有所提高。其中G5试样的抗压强度达到(194.) MPa，高于国际标准150 MPa。原因可能是TiO2的添加使玻璃的结构的氧桥数增加，非氧桥数减少，增加玻璃结构的致密性，从而提高了玻璃的强度[13]。以这种玻璃颗粒作为填料的玻璃离子水门汀从而获得更高的强度。

图1 不同TiO2添加量玻璃微粉的GIC抗压强度(各组结果采用t检验表示，p<0.05;最大标准偏差小于24 MPa)Fig.1 Compressive strength of GIC of glass powder added with different TiO2

图2 不同热处理温度下G3的GIC抗压强度(各组结果采用t检验表示，p<0.05;最大标准偏差小于30 MPa)(A：0 ℃；B：400 ℃；C：500 ℃；D：600 ℃；E：700 ℃)Fig.2 Compressive strength of GIC of G3 at different heat treatment temperatures

图2所示为经不同热处理温度G3的GIC抗压强度。由图可知，低温下(小于400 ℃)热处理玻璃微粉对玻璃离子水门汀的抗压强度不明显。而随着热处理温度的升高，GIC的抗压强度迅速降低。当热处理温度达到700 ℃时，抗压强度仅有(87.) MPa。这可能是玻璃微粉经热处理改变了玻璃颗粒表面结构，玻璃离子水门汀的强度除了受玻璃颗粒填料和聚丙烯盐的影响，硅凝胶界面对GIC强度的影响也不能忽视[14]。由GIC的固化时间和抗压强度综合考虑，此玻璃粉剂的热处理温度为400 ℃。

3.3 玻璃微粉的微观分析

图3是SiO2-Al2O3-Na2O-P2O5-CaF2体系玻璃粉的X射线衍射图，所测样品为未掺入TiO2和掺入0.5%、1%、3%和5%TiO2的玻璃样品。在20°～30°之间出现“馒头状”的宽峰，这是非晶态玻璃结构的特征。这说明TiO2的添加不会引起玻璃结构的析晶，TiO2进入玻璃结构中。从而进一步证实TiO2增强玻璃结构而延长玻璃离子水门汀的固化时间和提高强度。

图3 不同TiO2含量玻璃微粉的XRD图谱(A：0%TiO2；B：0.5%TiO2；C：1%TiO2；D：3%TiO2；E：5%TiO2)Fig.3 XRD patterns of glass powder with different TiO2content

图4 含量3%TiO2玻璃微粉在不同热处理条件下的XRD图谱Fig.4 XRD patterns of 3%TiO2glass powder under different heat treatment conditions

文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/qikandaodu/2020/1104/347.html