一种新型粘钢结构胶固化剂的研发及应用-兼论粘钢胶固化剂的选择分析.doc

一种新型粘钢结构胶固化剂的研发及应用 -兼论粘钢胶固化剂的选择分析长沙新德航化工有限公司 卢学军摘要：降低成本、提升性能，这是制胶企业的共同目标。要设计一个高性价比的粘钢胶配方，固化剂的选择是关键因素。结合基材特征及国标GB50728-2011对粘钢胶的要求，选择一个合适的固化剂，它需具有表面活性特征、活化能比较低、热变形温度比较高、对基材粘接强度比较好、具有合适的弹性模量和较大的填充料加量等特点，即能设计出既能满足国标要求，又具备较高性价比的粘钢胶配方。本文对新型粘钢胶固化剂H-2152的研发和应用进行了详细撰述。关键词：粘钢胶 固化剂 表面活性 热变形温度建筑结构胶黏剂以其极佳的粘接强度和良好的耐老化性在建筑加固行业获得了广泛的应用。将钢板用粘钢胶粘接于混凝土构件的表面，形成一个坚固的整体结构，利用钢板的综合强度以提高构件的承载能力，这就是粘钢胶的作用。而建筑加固的效果、承载能力的提高幅度由粘钢胶的粘接强度和材料强度决定，同时粘接接头要承受温度、湿度、温差变化、风化、机械应力等各种外部因素的常年侵蚀，建筑乃百年大计，对粘钢胶的耐久性提出了更高的要求。 因此，粘钢胶不同于一般的胶黏剂，其对固化剂的要求自然有其独特性。一、 国家标准GB50728-2011对粘钢胶的要求1、 对钢板和混凝土需具备极佳的附着力。2、 适应一定湿度的固化环境和混凝土表面。3、 足够的韧性，能承受机械应力和温差应力。4、 耐久性、耐老化性满足建筑使用要求。5、 因无法加温固化，即使冬季也要常温固化。6、 需通过添加较多的填充料降低收缩，减小应力，有针对性的提高某些性能。配方的设计是多方面材料的有机配合，既可以通过环氧或者固化剂改性达到目标，也能通过不同原材料的组合达到效果，但是选择一种合适的固化剂应该是最直接、最具性价比的方案。二、 对粘钢胶固化剂的要求1、固化剂要设计为具有表面活性剂的分子结构。1.1金属铁属于活泼金属，极易在自然环境中氧化，表面形成一层疏松的氧化层，在粘钢胶和钢板之间形成隔离带，即使在涂胶前对钢板表面进行喷砂或者打磨处理，仍会有死角位置或者处理不到位的情况，或者处理放置后一定时间，在湿度环境下仍会继续氧化。1.2混凝土表面总是吸附着一层水分，在室外施工有表面潮湿甚至带水的情况存在，尤其在南方多雨季节，施工过程中很难通过设备或者工艺烘干混凝土表面。1.3粘钢胶中一般会添加较多量的填充料以降低成本，减小收缩，但是填充材料的添加会对固化物的性能造成影响，如抗拉强度、伸长率、粘接强度均会体现为下降的趋势，而下降的幅度取决于环氧体系同填充料的亲和性。而且，填充料尤其是非活性填充料的添加极易导致胶水和填充料的相容性变差，胶水分布不均，易出现分层或沉淀现象，导致固化物性能的不稳定。 因此，选择一支具有表面活性的固化剂有利于解决相关的问题。2、固化剂要具有耐湿热、耐老化、耐久性的特点 一般的聚酰胺树脂从建筑结构胶领域的逐渐退出，是因为其耐湿热、耐老化及热变形温度低等诸多性能的缺陷。粘钢胶固化剂需具备抗水性好，长期湿热条件下不水解、不分解、不断链，一定温度条件下老化速度慢，胶体强度下降幅度低等特点，GB50728-2011要求A类胶HDT65C,而一般脂肪胺经过改性后，耐热性难以达到65C的热变形温度。因此，选择环式脂肪胺或者芳香胺改性固化剂，有可能满足耐热性和耐老化性的要求。3、常温甚至低温条件下的固化交联度。环氧的固化度跟外部环境提供的温度和时间相关，固化度直接影响胶体强度和粘接强度：采用同种环氧树脂，在同等环境温度下固化，其交联度取决于固化体系的活化能。因此，采取通用的环氧树脂，固化剂的选择决定了固化体系的活化能，而活化能较低的固化体系具有常温条件下较高的固化度和机械强度。4、固化物的韧性 环氧树脂固化物一般偏脆性，需通过添加增韧剂或者采取增韧改性的固化剂提高固化物的抗冲击强度和变形能力，以抵抗外部应力或因冷热收缩产生的应力。 GB50728-2011对伸长率和钢-钢的T型冲击剥离长度提出了要求。而各种增韧剂因增韧原理不同侧重点也不同，有些对提高冲击强度显著，有些对提高伸长率更加明显，配方设计者需要根据需要的性能选择。在固化剂中引入长链的分子结构，有利于提高断裂伸长率和剥离强度，相当于固化剂可以代替增韧剂的功能，从而省略增韧剂的成本，不失为提高性价比的一个优选方案。5、对钢板和混凝土基材的粘接强度 5.1一定表面活性的环氧体系有利于渗透，而胶水渗透后的固化物有机械铆合的效果，从而提高体系的粘接强度。5.2钢板和混凝土基材均为极性表面，固化剂分子结构中或者反应过程中形成的大量羟基会与粘接表面形成氢键合结构，粘接强度大幅度提高；反之，若材料消耗羟基，则粘接强度大幅度下降。因此，固化剂的合理选择是提高粘接强度的决定性因素。6、合适的弹性模量 常温固化物较高的交联密度以及体系中大量刚性结构的存在，会导致固化物较高的弹性模量。因此，合理控制分子中长链结构和刚性结构的比重，既能提高伸长率，又能达到合适的弹性模量。7、添加较多的填充料填充料的添加量不但跟填料的种类、配合、目数、形状、亲油性等有关系，还跟体系的混合粘度、分子结构有关系。选择具有表面活性的固化剂组成的环氧体系，可以起到表面活性剂的效果，直接处理填充料，不但可以减慢分层沉降，还可以增加加粉量，以降低成本，并能相对提高胶体的抗拉强度、抗压强度等指标。 综上所述，设计一个性价比高的粘钢胶配方，必须选择一个有针对性的粘钢胶专用固化剂，这样不但可以提高加粉量来降低成本，而且性能达到国标要求，单纯追求以低价位材料，以牺牲性能为代价的降低成本方案实不可取，也隐患极大。 三、H-2152固化剂的性能及参考配方H-2152固化剂系浅棕色改性脂肪胺类固化剂，分子结构中既含有刚性结构又含长链结构，因此该固化剂既具备足够的韧性和粘接强度，又具备良好的耐温耐湿热老化性能，即使低温0C固化仍能达到较高的交联密度。它具有气味小、毒性低、韧性好，具有表面活性，渗透性好，对填充料亲和性好，不易分层，不含游离酚，低温潮湿面粘接强度好，对多种金属、塑料、钢筋混凝土等大多数材质具有较好的粘接强度。 经过对材料的反复筛选，和对多个配方的交叉应证实验和测试，我们提出了以下参考配方：粘钢胶主剂： 环氧128 31 活性稀释剂692 3 400目活性硅微粉 65.8白炭黑 0.2合计 100份粘钢胶固化剂：粘钢胶专用固化剂H-2152 33400目活性硅微粉 65.8白炭黑 0.2NP 1合计 100份配比：100/50(重量比) 活性硅微粉用偶联剂处理效果比较好的准球形400目粉料。三、 用H-2152粘钢胶专用固化剂制作的粘钢胶测得的性能参数粘钢胶A类胶测试项目国标标准值测试值固化物强度抗拉强度（MPa）3033弹性模量（MPa）35003980伸长率（MPa）1.31.66抗弯强度（MPa）4555抗压强度（MPa）6581粘接强度钢-钢对接粘接抗拉强度（MPa）3341.3钢-钢拉伸剪切强度（MPa）1517.8与混凝土正拉（MPa）2.52.6(混凝土破坏)冲击剥离长度（mm）2014湿热老化抗剪降低率%107.2冻融循环50次抗剪降低率%52.3本参数依照上述配方，在常温15-18C下放置12小时，再进60C 3小时固化，冷却后测得的参数，不排除固化工艺不同测得的参数的差异。 综上所述，针对粘钢胶的特殊要求，我们设计研发了H-2152固化剂，它对建筑粘钢胶耐热