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摘要：一種新型環(huán)氧樹脂增韌劑--KH-07被成功地用于建筑結構膠?？疾榱薑H-07的用量對膠粘劑綜合性能的影響，結果表明，KH-07增韌劑能大幅提高膠粘劑的粘接剪切強度、沖擊剝離強度和膠體自身強度，而且耐濕熱老化性能也優(yōu)于其他對照的增韌劑。另外，對KH-07增韌劑所產生的相分離現(xiàn)象也進行了初步探討。
關鍵詞：增韌劑，環(huán)氧樹脂，建筑結構膠
環(huán)氧樹脂類建筑結構膠的改性方向主要包括粘接性能、膠體性能及施工工藝性能的改進和提高，而重點則是膠粘劑的增韌。GB50367《混凝土結構加固設計規(guī)范》中關于建筑結構膠的大部分性能指標例如粘接剪切強度、不均勻扯離強度、膠體拉伸強度和伸長率、彎曲強度等都與膠粘劑的韌性密切相關。2008年5.12汶川大地震后，建設部對災區(qū)加固用膠又增加了沖擊剝離強度一項檢測指標，旨在提高結構膠的韌性以適應抗震加固需要。而市售絕大部分建筑結構膠(包括某些國際品牌)均不能滿足要求。
大量研究表明，高分子彈性體是環(huán)氧樹脂增韌改性最有效的材料之一，例如液體聚硫橡膠和丁腈橡膠。但聚硫橡膠和丁腈橡膠的增韌機理不同：聚硫橡膠是通過極性的HS基與環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基反應而使環(huán)氧樹脂增韌;而丁腈橡膠(例如CTBN或ATBN)是以微相分離的結構(海島結構)存在于固化的環(huán)氧體系中。基于這2種材料的增韌機理，大連凱華公司合成了KH-07系列增韌劑一一種多官能團遙爪型分子結構的高分子預聚物(分子結構類似于改性液體橡膠)，增韌劑兼具液體聚硫橡膠和丁腈橡膠2者的增韌特點：在環(huán)氧樹脂固化時能與環(huán)氧基發(fā)生交聯(lián)，固化后還能觀察到明顯的相分離現(xiàn)象，所以增韌效果顯著。該增韌劑已成
功用于建筑結構膠的改性。改性后的結構膠綜合性能良好，特別是韌性優(yōu)異，沖擊剝離強度能達到A級標準。
1實驗部分
1.1實驗藥品和儀器
1)藥品：液體雙酚A型環(huán)氧樹脂，工業(yè)品，臺灣南亞;KH-07系列增韌劑，工業(yè)品，大連凱華;改性胺固化劑，工業(yè)品，大連凱華;聚合物多元醇，工業(yè)品，上海高橋石化;液體聚硫橡膠，工業(yè)品，進口;丁腈橡膠，工業(yè)品，蘭州化學工業(yè)公司;無機粉末填料，工業(yè)品;硅烷偶聯(lián)劑，工業(yè)品;消泡劑，工業(yè)品;氣相白炭黑，工業(yè)品。
2)儀器：電子分析天平，日本島津;電子萬能試驗機，上海華龍;沖擊剝離試驗機，大連凱華。
1.2實驗方法
1)膠粘劑配制：將增韌劑、硅烷偶聯(lián)劑、消泡劑加入到液體雙酚A型環(huán)氧樹脂中(根據配方需要還可加入無機粉末填料和觸變劑，如石英粉、氣相白炭黑等)混合均勻得到膠粘劑的甲組分;將硅烷偶聯(lián)劑加入到改性胺固化劑中(根據配方需要還可加入增韌劑、無機粉末填料和觸變劑等)混合均勻得到膠粘劑的乙組分。
2)膠粘劑性能測試：按GB50367<:混凝土結構加固設計規(guī)范》測試膠粘劑的粘接性能和膠體性能，包括鋼一鋼剪切、拉伸、彎曲、壓縮;按國家標準《建筑結構加固工程施工質量驗收規(guī)范》(報批稿)測試膠粘劑的沖擊剝離和快速濕熱老化性能。
2結果與討論
2.1增韌劑性能概述
液體聚硫橡膠、丁腈橡膠、聚合物多元醇等增韌劑，與KH-07增韌劑的性能比較見表1。
KH-07增韌劑黏度低，具有稀釋和增韌雙重功能;另外KH-07增韌劑與環(huán)氧樹脂體系相容性好，既能添加在環(huán)氧樹脂中，也能添加在胺類固化劑組分中。
2.2增韌劑對粘接性能的影響
研究了KH-07增韌劑的添加量(占環(huán)氧樹脂質量分數，下同)對膠粘劑鋼一鋼粘接剪切強度的影響，結果見圖1。
從圖1可見，隨著增韌劑添加量的增加，剪切強度也隨著增加，當添加量超過一定值時，剪切強度反而下降。在不含填料的體系中，當增韌劑的添加量為15%時，剪切強度達到最高值;而在含填料的體系中，當增韌劑的添加量為2526時，剪切強度達到最高值。KH-07增韌劑能大幅提高膠粘劑的粘接剪切強度，另外，填料的加入有助于降低膠粘劑固化時的收縮應力，因此在填料體系中，增韌劑的最佳添加量相對增加了。
2.3增韌劑對膠體性能的影響
環(huán)氧膠加入KH-07增韌劑后，膠體自身性能也明顯改進。
加入增韌劑后，膠體拉伸和彎曲強度均提高近l倍，壓縮強度略有降低，但綜合性能已遠遠超過國標碳纖維浸漬膠指標要求。實驗結果顯示，不添加增韌劑的壓縮試件全部碎裂，而添加增韌劑的則只是壓屈服，試件除變形外，沒有破損，增韌效果明顯。
2.4增韌劑對沖擊剝離強度的影響
膠粘劑沖擊剝離的韌性評定標準如下(見表3)。
與剪切強度類似，填料的引入對提高沖擊剝離有利。對于不含填料的體系，增韌劑的添加量在25%左右時，沖擊剝離強度最高;而對于有填料體系，增韌劑的最佳添加量為3026。雖然添加量在15%(或25%)時，膠粘劑的沖擊剝離都能達到A級要求，但增韌劑影響趨勢顯然與剪切強度不同步，原因可能是，對剪切強度，膠粘劑的剛性影響要大一些;對沖擊剝離強度，韌性起主導作用。但是增韌劑過量時會降低膠粘劑的內聚強度，沖擊剝離強度也會隨之下降。
2.5增韌劑對濕熱老化性能的影響
比較KH-07增韌劑與其他增韌劑對膠粘劑濕熱老化的影響(膠中不加填料，KH-07加入量15%)。增韌劑含有極性基團，可能會受到水分的影響;另外，一些增韌劑，如聚合物多元醇本身的分子結構就不耐水解。這些都是濕熱老化后膠粘劑強度保持率下降的原因。由于固化體系是復配改性胺類，在沒有加入增韌劑時，濕熱老化強度反而上升。添加了KH-07增韌劑的膠粘劑在濕熱老化后仍有很高的剪切強度和強度保持率，證明該增韌劑耐水解性優(yōu)異。
2.6相分離與固化劑適配
有無相分離產生與2個因素有關：1)KH-07增韌劑的添加量，2)固化劑的種類。實驗表明，改性脂肪胺、邁克爾加成多元胺能使固化體系相分離;曼尼期堿、聚醚胺、脂環(huán)胺等不能產生相分離。但即使沒有相分離出現(xiàn)，添加了增韌劑的膠粘劑綜合性能也會提高。不同復配固化劑與KH-07增韌劑適配及相分離體系與非相分離體系性能對比實驗正在進行中。在無填料體系的膠粘劑中，只有當KH-07的添加量為10%～20%時，才有可能觀察到相分離現(xiàn)象。
3結論
1)KH-07增韌劑能大幅提高建筑結構膠的韌性和綜合性能;
2)在無填料建筑結構膠體系中，KH-07的最佳添加量為1596，而在有填料體系中則為25%;
3)KH-07增韌劑的添加量和固化劑的種類是膠粘劑體系產生相分離的決定因素。