环氧建筑结构胶热变形温度（HDT）的研究

胡高平，高 杰，王 玲

（1.湖北奥生新材料科技有限公司，湖北 武汉 430062；2.武汉大筑建筑科技有限公司，湖北 武汉 430000）

环氧建筑结构胶热变形温度（HDT）的研究

胡高平1，高 杰1，王 玲2

（1.湖北奥生新材料科技有限公司，湖北 武汉 430062；2.武汉大筑建筑科技有限公司，湖北 武汉 430000）

采用不同改性脂肪胺、改性芳香胺和脂环胺类固化剂制备了环氧建筑结构胶，测定了固化物的热变形温度（HDT），探讨了影响结构胶HDT的因素。研究结果表明，选择改性芳香胺类和改性脂环胺类固化剂可以提高结构胶的HDT；同时，选用多官能团活性稀释剂比双官能团活性稀释剂制得的结构胶之耐温性高，选用双官能团活性稀释剂又比选用单官能团活性稀释剂制得的结构胶耐温性高。

环氧树脂；多官能团环氧树脂；固化剂；热变形温度（HDT）

环氧树脂胶粘剂因具有粘接力较强、工艺性能较好、胶层机械强度较高、耐介质和耐老化性优良、电绝缘性能较佳以及固化物收缩率较小等优点而被广泛应用于各个领域[1]。环氧树脂固化剂可分为有机胺类、有机酸酐类、咪唑类、有机高聚物类和其他改性胺类等多种。

多官能团环氧树脂可用作高性能碳纤维或玻璃纤维复合材料的基体树脂，其中AG-80低黏度四官能团环氧树脂可用作200 ℃以上耐热胶粘剂的主体树脂、涂覆材料、增强材料、浇铸料、模塑料、光固化油墨、涂料和改性剂等；AG-90低黏度三官能团环氧树脂，其固化速率较快，热变形温度较高，可用于耐高温胶粘剂、浇注料及复合材料的主体树脂，也可与其他树脂混合调节黏度。

建筑结构构件使用的建筑胶粘剂主要包括在施工、加固和维修中应用的结构胶以及室内、外装修用装修胶和防水、保温的密封胶等[2]。在环氧建筑结构加固领域中，热变形温度（HDT）是重要指标，很多固化剂基本上能满足GB/T 50367—2006的基本力学要求，但随着新标准的实施，HDT就比较难达到。如何满足GB 50728—2011工程结构加固材料安全性鉴定技术规范[3]中Ⅰ类胶A级HDT≥65 ℃及Ⅰ类胶B级HDT≥60 ℃的要求是本研究的主要试验内容。

1 实验部分

1.1 主要原材料及仪器

CYD128，巴陵石化环氧树脂事业部；LS501，湖北绿色家园精细化工有限公司；AG-1（AG-80）、AG-2（AG-90），上海市合成树脂研究所；固化剂DL51、KS106、GT5、GT19、 GT19-1、 GT19-2、 GT19-3、 GT49、GT50，湖北奥生新材料科技有限公司。

NDJ-1型旋转黏度计，上海精密仪器仪表有限公司；XRW－300B（A）型热变形、维卡软化点温度测定仪，承德试铨检测仪器有限公司。

1.2 样品制备

1.2.1 改性环氧A组分配比

A 0组 分 为 m（C Y D 1 2 8） ∶m（LS501）=100∶ 15，A1-1组 分 为m（CYD128）∶m（AG-1）=100∶15，A1-2组分 为 m（CYD128）∶ m（AG-2）=100∶15，A2-1组 分 为 m（CYD128）∶ m（AG-1）=50∶ 50，A2-2组 分 为 m（CYD128）∶m（AG-2）=50∶50。

在加热条件下分别搅拌均匀，并命名为改性环氧A组分。

1.2.2 固化剂基本性能

固化剂的胺值及黏度如表1所示。

1.2.3 样品制备

分别将改性环氧A组分与固化剂按比例搅匀，倒入模具中固化成型。

1.3 性能测试

（1）黏度：采用NDJ-1型旋转黏度计进行测试。

（2）HDT：采用热变形、维卡软化点温度测定仪进行测试。

表1 固化剂的基本性能[4]Tab.1 Basic properties of curing agents

2 结果与讨论

2.1 样品配比及固化

分别取改性环氧A组分和不同固化剂按配比进行混合，放置5 min左右，待表面的泡基本消失后，缓慢将配置的胶液倒入具有抗弯强度的模具中，然后用PET薄膜覆盖表面，保持面层平整，自然固化。再将配置的胶液缓慢倒入抗压模具中，胶液固化24 h备用。样品配比如表2所示。

2.2 不同组分、固化剂和固化条件下的HDT检测记录

（ 1）A组 分 为 A0，固 化 剂 为 DL51、KS106、 GT5、 GT19、 GT19-1、 GT19-2、GT19-3、GT49和GT50，固化条件为25 ℃/24 h＋80 ℃/2 h，HDT检测结果见如表3所示。

表2 样品配比（质量比）Tab.2 Compounding ratio by weight of samples

表3 A组分为A0，9种固化剂对HDT的影响Tab.3 Effect of nine curing agents on HDF when component A is AO

①由表1和表3可知：普通改性脂肪胺HDT＜55 ℃，特殊改性脂肪胺HDT≈60 ℃，普通改性芳香胺HDT≈60 ℃，特殊改性芳香胺HDT＞60 ℃，普通改性脂环胺HDT≈60 ℃，特殊改性脂环胺类HDT＞60 ℃。将脂环胺进一步改性，可得到HDT＞65 ℃的固化剂品种。

②由表3可知：根据HDT指标要求，KS106、GT5、 GT5-4、 GT5-5、 GT19和 GT19-2适合做Ⅰ类胶B级；GT50、GT19-3适合做Ⅰ类胶A级。

③根据表3 HDT结果，选择固化剂GT50、GT19和GT19-2做进一步试验。

（2）A组 分 为A0， 固 化 剂 为GT50、GT19和GT19-2，固化条件为25 ℃/24 h＋80℃/2 h+100 ℃/2 h，HDT检测结果如表4所示。

表4 A组分为A0，后固化条件对HDT的影响Tab.4 Effect of post-curing condition on HDT when component A is AO

由表3和表4可知：通过提高后固化温度，GT5的HDT由69 ℃上升到77.3 ℃，增加了8.3℃；GT19由63 ℃上升到67.5 ℃，增加了4.5 ℃；GT19-2由63 ℃上升到71 ℃，增加了8 ℃。

继续选择固化剂GT50、GT19和GT19-2做进一步试验。

（ 3）A组 分 为 A1，固 化 剂 为 GT50、GT19和GT19-2，固化条件为25 ℃/24 h＋80℃/2 h，HDT检测结果如表5所示。

表5 不同A组分对HDT的影响Tab.5 Effect of different component A on HDT

由表3和表5可知：HDT由70 ℃以下上升到80 ℃以上，说明添加AG-1或AG-2能提高耐热性，且2种性能相当。

（4）A组 分 为A1， 固 化 剂 为GT50、GT19和GT19-2，固化条件为25 ℃/24 h＋80℃/2 h＋100℃/2 h，HDT检测结果如表6所示。

表6 A组分为A1，后固化条件对HDT的影响Tab.6 Effect of post-curing condition on HDT when component A is A1

由表5和表6可知：通过提高后固化温度，HDT明显提升，一般提高25 ℃左右，说明提高后固化温度对改善体系固化度有帮助[5]。

鉴于GT50、GT19的HDT更突出，选择这2种固化剂继续进行试验。

（5）A组 分 为A2， 固 化 剂 为GT50、GT19，固化条件为25 ℃/24 h＋80 ℃/2 h，HDT检测结果如表7所示。

表7 A组分为A2，2种固化剂对HDT的影响Tab.7 Effect of two curing agents on HDT when component A is A2

由表5和表7可知：环氧体系中提高AG-1和AG-2的比例，在80 ℃/2 h固化后并不能有效提高HDT。

（6）A组 分 为A2， 固 化 剂 为GT50、GT19，固化条件为25 ℃/24 h＋80 ℃/2 h+100 ℃/2 h，HDT检测结果如表8所示。

表8 A组分为A2，后固化条件对HDT的影响Tab.8 Effect of post-curing condition on HDT when component A is A2

由表7和表8可知：通过提高后固化温度，HDT提高了30 ℃左右，说明提高后固化温度对改善体系固化度有帮助。

3 结论

（1）以混凝土为基材、粘贴纤维复合材料用结构胶基本性能为鉴定标准，KS106、GT5、GT5-4、GT5-5、GT19和GT19-2适 合 做Ⅰ类胶B级；GT50、GT19-3适合做Ⅰ类胶A级品种。

（2）选用单官能团稀释剂，后固化温度从80 ℃到100 ℃，HDT可以增加5 ℃左右；选用多官能团稀释剂15%，后固化温度从80 ℃到100 ℃，HDT可以增加20 ℃左右；选用多官能团稀释剂50%，后固化温度从80 ℃到100℃，HDT可以增加30 ℃左右。

（3）GT5 和GT19的HDT相近，均比GT19-2的HDT稍高，均适宜作耐温固化剂。

（4）增加四官能团环氧树脂或三官能环氧树脂的含量，并不能明显提高固化物的初始HDT，因为常温或低温固化的交联密度不高。但是，提高固化温度，固化物的HDT上升明显。

（5）单官能团稀释剂对HDT影响较大；多官能团替代单官能团稀释剂15%对HDT提高明显，且在80 ℃下，初始HDT较高；多官能团替代单官能团稀释剂50%对HDT提高较明显，但在80 ℃下，初始HDT不及15%量的HDT，且在100 ℃/2 h下，最高的HDT与15%多官能团的情况接近。

（6）GT5 和GT19通过适当温度后固化，固化物HDT可以达到Ⅱ类胶HDT≥100 ℃的要求。

（7）四官能团环氧树脂与三官能环氧树脂相比，体系HDT改善差不多，就价格而言，选用四官能团环氧树脂基本能满足GB 50728—2011工程结构加固材料安全性鉴定技术规范的要求。

[1]胡高平,袁红英,肖卫东.金属用胶粘剂及粘接技术[M].北京:化学工业出版社,2003,25.

[2]贺曼罗.建筑结构胶粘剂施工应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001.

[3]GB50728-2011,工程结构加固材料安全性鉴定技术规范[S].

[4]湖北奥生新材料科技有限公司产品说明书.

[5]孙曼灵.环氧树脂应用原理与技术[M].北京:机械工业出版社,2002.

Study on heat distortion temperature of epoxy resin structural adhesives

HU Gao-ping1, GAO Jie1, WANG Ling2

(1.Hubei Aosheng New Material Technology Company, Wuhan, Hubei 430062, China; 2.Wuhan Dazhu Construction Technology Company, Wuhan, Hubei 430062, China)

This paper prepared the epoxy resin structural adhesives using the modified aliphatic amines, modified aromatic amines and alicyclic amines as the curing agents, determined the heat distortion temperature (HDT) of the cured,and explored the factors to affect the HDT of epoxy resin adhesives. The results show that the modified aromatic amines and the modified alicyclic amines as the curing agents can increase the HDT of the adhesives; the HDT results of the adhesives containing the multi-functional reactive diluents are higher than that for the bifunctional reactive diluents; the HDT results of adhesives containing the bifunctional reactive diluents are higher than that for the monofunctional reactive diluents.

epoxy resin; multifunctional epoxy resin; curing agent; HDT

TQ433.4+37

A

1001-5922（2017）11-0053-04

2017-03-09

胡高平（1971-），男，高级实验师，主要从事高分子材料的产品开发研究及应用。E-mail：1137787922@qq.com。