环氧建筑结构胶的耐热性能研究(2)

　　2.1测试方法对结构胶热变形温度的影响
　　热变形温度（HDT）是指试样在1.80MPa（A法）或0.45MPa（B法）弯曲应力下，随着试验温度的升高，当试样中点达到标准挠度时的温度.A，B两种测试方法弯曲应力不同，测得的热变形温度也有所差别.本文选取两种不同固化剂，对A，B法进行了对比试验，结果见表3.
　　由表3可以发现：当采用改性脂环胺B1为固化剂时，B法比A法测值高1.3℃；当采用聚酰胺B3为固化剂时，B法比A法测值高6.1℃.两种测试方法相比，弯曲应力较小的B法测得的热变形温度较高，且A，B法测得的热变形温度差值与固化体系有关.这是因为对于同一种固化体系，试件的弹性模量相同，弯曲应力较小的B法作用下试件的挠度较小，所以B法测得的热变形温度较高.而不同固化体系A，B法测得的热变形温度差值不同，这可能是因为不同固化体系的试件弹性模量不同，且弹性模量随温度变化的情况也不同.因此，A，B两种测试方法不能互换，且两种方法的测值没有换算关系.为了与规范保持一致，本文后续试验均采用B法测试热变形温度.
　　2.2固化条件对结构胶热变形温度的影响
　　环氧结构胶固化产物的性能与固化条件（如固化时间、固化温度）密切相关.为了研究结构胶常温固化和升温固化情况，设置了5种固化条件：23℃7d是结构胶性能检测的常规固化条件；23℃21d为材料规范推荐的固化条件；23℃1d+40℃1d常用于结构胶性能的快速检测；后两种固化条件的固化温度较高，与实际工程中升温固化的情况类似.实验结果见表4.
　　由表4可以发现：随着固化时间的延长，结构胶的热变形温度显著提高.当采用改性聚酰胺B3为固化剂时，23℃21d与23℃7d两种固化条件相比，结构胶热变形温度从50.5℃提高到59.1℃，提高了8.6℃.这是因为23℃7d固化条件下，环氧结构胶固化反应并不完全，随着固化时间的延长，结构胶固化程度提高，交联密度增大，热变形温度升高.同时比较23℃21d与23℃1d+40℃1d两种固化条件，其结构胶的热变形温度相近，考虑到结构胶固化反应的长期性以及夏季环境温度升高的情况，可采用23℃1d+40℃1d快速固化条件代替材料规范推荐的23℃21d固化条件（测试周期长，工程应用不便）.因此，本文后续试验采用23℃1d+40℃1d固化条件对结构胶的耐热性能进行研究.
　　由表4还可以发现：升温固化可以显著提高结构胶的热变形温度.当采用改性脂环胺B1为固化剂时，23℃7d和23℃7d+80℃1d两种固化条件相比，结构胶的热变形温度从53.2℃提高到88.7℃，提高了35.5℃.这是因为提高固化温度能使结构胶链段运动能力增强，体系中未反应的环氧基团进一步反应，交联密度增大，热变形温度升高.因此，在对耐热性有较高要求的加固工程中，可以采用升温固化的方法，既可以提高结构胶的耐热性能，又可以缩短工期.
　　2.3固化剂对结构胶热变形温度的影响
　　由表4可知：采用不同类型固化剂的结构胶，其热变形温度有所不同.当采用改性脂环胺B1、酚醛胺B2和改性芳香胺B5为固化剂时，结构胶的热变形温度高于采用聚酰胺B3和改性脂肪胺B4为固化剂的结构胶热变形温度.这是因为前面几种固化剂分子结构中含有刚性基团[4]，如芳香环和脂肪环，固化产物交联点间链段的刚性增加，链段运动较为困难，因此热变形温度较高.
　　由表4还可以发现：采用不同类型固化剂的结构胶，其升温固化效果不同.23℃1d+40℃1d与23℃7d相比，当采用改性芳香胺B5或改性脂环胺B1为固化剂时，前者固化条件下结构胶热变形温度分别提高了15.6℃和15.3℃.而当采用酚醛胺B2或改性脂肪胺B4为固化剂时，前者固化条件下结构胶热变形温度仅分别提高了10.5℃和11.6℃.这是因为改性芳香胺、改性脂环胺在常温下的反应活性较小，固化程度较低，升温固化能更显著地提高它们的固化程度.
　　在5种不同类型固化剂中，改性脂环胺B1耐热性能较好，适用期长，粘度低，力学性能好；改性芳香胺B5虽然耐热性好，适用期长，但是其粘度较大，力学性能较差；酚醛胺B2耐热性能较好，反应活性高，并且可以在潮湿及水下环境使用，工程应用十分广泛；聚酰胺B3和改性脂肪胺B4耐热性能较差[4].综合以上分析并结合加固工程对压注型粘钢结构胶的要求，选择改性脂环胺B1和酚醛胺B2复配，经试验，当B1与B2配比为7∶3时，固化剂的综合性能良好，其固化物的热变形温度见表4.
　　2.4稀释剂对结构胶热变形温度的影响
　　稀释剂是压注型粘钢结构胶的重要组成部分，稀释剂的加入不仅可以提高结构胶的流动性和浸润性，同时便于各组分混合均匀，还可以延长适用期；但是稀释剂的加入，往往会降低结构胶固化产物的耐热性能[5].因此，需要综合考虑结构胶的耐热性能和粘度，合理选择稀释剂及其掺量.采用改性脂环胺B1为固化剂，选取3种不同官能度的环氧稀释剂，考察了它们对结构胶热变形温度及粘度（A组分的粘度）的影响，结果见图1.
　　由图1可以发现：随着稀释剂掺量的增加，结构胶的热变形温度出现不同程度的下降，掺多官能度环氧稀释剂A2和A3的结构胶热变形温度差别不大，且明显高于掺单官能度环氧稀释剂A1的结构胶热变形温度.这是因为多官能度环氧稀释剂参与固化反应后均能成为环氧树脂交联网络的一部分，对交联密度影响较小；而单官能度环氧稀释剂的分子中只含有1个环氧基团，仅能一端连接在交联网络当中，固化产物交联密度下降，所以热变形温度较低.
　　由图1还可以发现：三环氧稀释剂A3的稀释效果明显不如单环氧稀释剂A1和双环氧稀释剂A2，这是因为三环氧稀释剂的相对分子质量较大、自身粘度较高.此外可以发现，三种稀释剂掺量从0%增加到5%的过程中，A组分粘度下降最显著，而此时结构胶热变形温度下降很少.
　　综合考虑结构胶的耐热性和粘度，要满足压注型粘钢结构胶对初始粘度的要求（≤1000mPa·s），若单独采用单环氧稀释剂A1对结构胶耐热性影响较大，可选择稀释效果好的单环氧稀释剂A1和耐热性较好的双环氧稀释剂A2复配.由于B组分固化剂的自身粘度较低，当A组分粘度低于2000mPa·s时便可满足初始粘度要求.经试验，当A1与A2掺量各为5%时，结构胶A组分粘度为1830mPa·s，此时结构胶热变形温度为66.5℃，只下降了2.3℃.