碳纤维片材加固胶粘剂的工艺性能改进研究有机胶

2022-07-29

碳纤维片材加固胶粘剂的工艺性能改进研究

【摘要】碳纤维片材加固胶粘剂已广泛应用于混凝土结构加固及改造领域，但对其工艺性能的改进研究一直未能引起足够的重视。本文研究了改性胺类固化剂对环氧树脂类碳纤维片材加固胶粘剂适用期的影响，同时也对触变剂进行了探讨，并提出了判定胶粘剂浸润性的方法。采用自制的固化剂复配得到了适用于不同季节使用的冬夏配方，工艺性能良好okmart.com。

【关键词】碳纤维片材加固胶粘剂工艺性能环氧树脂

0.前言

碳纤维片材加固混凝土结构技术有许多突出特点，例如：强度高、质量轻；施工简便；结构开头可自由裁剪；容易设计等等。因此该项技术被引进我国虽然不到十年的时间，但已在混凝土结构加固改造领域得到广泛应用，而且相应的规范（或标准）（CECS146：2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程）也已出台。目前，除碳纤维片材（碳纤维布和碳纤维板）尚需进口外，与之配套使用的胶粘剂已国产化。国产的碳纤维片材加固胶粘剂品牌很多，但产品质量与国外的相比仍有较大差距，主要表现胶粘剂的工艺性能方面，例如:触变性差，垂直面及仰视面施工易流淌；没有考虑施工环境温度，配方没有冬夏之分，致使在夏季胶粘剂的使用期很短而冬季胶粘剂又固化缓慢；对碳纤维浸润性差，施工质量得不到保证等。

碳纤维片材加固胶粘剂一般包括三种胶（按用途分）：1、底涂胶（又称底层树脂）；2、修补胶（又称整平材料或腻子）；3、粘接胶（又称浸渍树脂）。它们各自的作用分别是：1、底涂胶：涂刷于混凝土基层上，强化混凝土表面强度，从而使混凝土与碳纤维之间的粘结性得到提高。2、修补胶：整平混凝土表面，便于碳纤维片材的粘贴。3、浸渍树脂：将碳纤维片材结合在一起，使之呈板状硬化物；同时将碳纤维与混凝土粘接在一起，也形成一个复合整体，共抵抗外力。三种胶粘剂之中，浸渍树脂最为重要，它的性能直接决定碳纤维片材能否有效地加固补强混凝土结构。本文根据双组分改性环氧树脂胶粘剂的特点，对浸渍树脂（胶粘剂）的工艺性能改进进行了较为系统的研究，配制所得胶粘剂工艺性能优良。

1.实验

1.1主要原料及仪器

液体双酚A型环氧树脂，工业品；改笥胺类固化剂，工业品；自制固化剂，工业品；触变剂，工业品；助剂，工业品；NDJ-4旋转粘度计；三辊研磨机；万能材料实验机

1.2实验方法

（1）胶粘剂甲组分的配制：将环氧树脂和助剂充分混合均匀制得甲组分。

（2）胶粘剂乙组分的配制：分别将各类固化剂（或几种混合复配的固化剂）和助剂充分混合均匀制得乙组分。

（3）适用期的测定

参照GB/T12954-91将胶粘剂的甲乙组分按一定重量比例混匀后，置于23±0.5℃的恒温水浴中测试胶粘剂的适用期。

（4）拉伸剪切强度的测定

将甲乙组分按一定的重量比混合均匀后，参照GB/T7124-1986粘接拉伸剪切碳钢试片，在室温下固化一段时间，然后测试拉伸剪切强度。

（5）触变性的测定

将触变剂加入到胶粘剂的甲组分中并混合均匀，参照GB/T2794-1995选用二档转子速度（转子速度为0.6r/min和6r/min）分别测试其粘度，低转速所测粘度与高转速所测粘度的比值即为触变指数TI（TI≥1）。

（6）对碳纤维布浸润性的测定

参照CECS146：2003的附录A，粘贴2层200g/m2的碳纤维布后测试正拉粘接强度。

2.结果与讨论

2.1固化剂对胶粘剂适用期的影响

标准CECS146：2003并没有对胶粘剂的适用期做出明确的规定。实际上适用期是一项很重要的工艺指标：如果适用期短（例如常温下小于30min），胶粘剂容易凝胶，而且一次配胶量也不能过多，这样就给施工带来困难；另一方面，适用期太短也不利于胶粘剂对碳纤维片材，特别是碳纤维布的充分渗透和浸润，从而影响工程质量。适用期太长（例如常温下超过3小时），则胶粘剂固化缓慢，指干时间变长，这样就会减慢施工速度，影响工期。环氧树脂类胶粘剂的适用期决定于固化剂的种类。实验比较了几种改性胺类固化剂的种类。实验比较了几种改性胺类固化剂的适用期，结果见表1（其中，A、B、C、D分别代表：A-改性脂肪胺类固化剂，B-改性芳香胺类固化剂，C-改性脂环胺类固化剂，D-自制固化剂）。

表1固化剂对胶粘剂适用期的影响

固化剂ABCDA+BB+DC+DB+C+D

适用期（min）28＞180922535614958

备注：常温下指干超过24小时，常温下固化不完全，剪切强度低，常温下固化不完全，剪切强度低。

注：固化剂组分：甲组分（重量比）=1：4

从表1得知，改性脂肪胺常温下固化速度偏快，不适合配制碳纤维片材加固胶；另外，由于胶粘剂中几乎不加入无机填料，没有了对反应热的“稀释”效果，也是导致该类固化剂适用期短的原因之一。改性芳香胺类和改性脂环胺类固化剂一般需加温才能固化，故不适合单独用作固化剂。实验中还发现改性脂环胺类固化剂在常温下存在所谓“假固化”现象：表面上看是固化了，也指干了，实测剪切强度很低（一般不超过6Mpa），加温后还能继续固化，剪切强度大幅度上升（能达到14Mpa以上）。自制固化剂属低温潮湿环境中应用的快固型品种，也不能单独用于配制碳纤维胶粘剂，但与改性芳香胺或改性芳香胺和改性脂环胺复配后效果不错。

2.2触变剂

2.2.1概述

碳纤维片材加固胶粘剂在垂直面、仰视在上进行涂覆，不允许发生流淌和坠落。这就要求在施工时，胶粘剂既有一定的流动性又能很快保持一定的形态。这些要求是采用分子量大的环氧树脂以及添加普通无机填料都无法实现的，非采用触变剂不可。触变剂是一种具有很大比表面积的不溶性添加剂，它能使液体环氧树脂形成一个连续的网络，从而阻止分子或存在任何其他微观粒子的布朗运动。这种运动被作用在很大接触界面上的吸附力所阻止。触变指数（TI）用来表征触变剂的触变效果，TI值越高，触变性越好。

2.2.2触变剂对环氧树脂组分触变指数的影响

先用了几种不同的触变剂，实验结果如表2。表2触变剂对环氧树脂组分触变指数的影响

编号增韧剂触变剂触变指数平均值

名称加入量（%）

1#增韧剂1A-2005///太粘

2#A-20034.624.534.354.50*

3#WL-20053.333.353.293.32*

4#TS-25833.983.743.773.83*

5#氢化蓖麻油5///太稀

6#增韧剂2A-2005///太粘

7#A-20032.542.502.422.49*

8#WL-20051.191.111.031.11