活性稀释剂对环氧树脂快速修复材料性能的影响

靳昊 姚嘉 易忠来 李化建 黄发礼 梁雪江

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081；2.高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081；3.北京市市政工程研究院，北京 100037；4.中国铁路北京局集团有限公司，北京 100860）

环氧树脂具有黏结强度高、耐磨性能优、耐化学腐蚀性能强、性能稳定等特点，已被用于高速铁路、公路等交通领域，对长期疲劳荷载、温度力、冻融循环等多重因素导致的混凝土及砂浆伤损进行修复［1］。机械性能和耐老化性能好的环氧树脂主剂黏度较大，一般在8 000 mPa‧s 以上，严重降低了环氧树脂的流动性及其对混凝土或砂浆界面的浸润效果，增大了内部固化反应热，导致环氧树脂固化均匀度降低，局部出现应力集中现象。因此，需对环氧树脂主剂进行降黏处理［2-4］。

环氧树脂降黏所用稀释剂包括非活性稀释剂和活性稀释剂。非活性稀释剂降黏效果好，但是它不参与环氧树脂固化反应，会游离于环氧树脂交联结构中，长期使用易析出，导致环氧树脂耐久性降低。常用的低沸点非活性稀释剂易挥发，环氧树脂的固化收缩率大［5-7］。活性稀释剂含有可参与反应的活性官能团，是环氧树脂交联结构的组成部分［8-10］。掺入活性稀释剂有利于环氧树脂的稳定性和长效性，但会造成环氧树脂机械强度降低、缓凝等［11-12］。

鉴于此，合理选择活性稀释剂，实现黏度与性能之间的最佳匹配，是研究环氧树脂快速修复材料的关键。本文基于双酚A 环氧树脂、增韧改性环氧树脂与改性胺固化剂，主要研究了缩水甘油醚类活性稀释剂对环氧树脂工作性能和力学性能的影响。

1 试验部分

1.1 原料

环氧树脂主剂为双酚A 环氧树脂和增韧改性环氧树脂，其中双酚A 环氧树脂购于北京市前门化工原料有限公司，增韧改性环氧树脂为自制；固化剂为自制的改性胺固化剂；活性稀释剂（表1）为丁基缩水甘油醚（BGE）、1，4-丁二醇二缩水甘油醚（1，4⁃BDE）、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚（TPEG）、乙二醇二缩水甘油醚（EGDE）、1，6-己二醇二缩水甘油醚（1，6-HDE），购于安徽恒远化工有限公司和深圳加迪达化工有限公司；有机硅消泡剂购于BYK 公司；防老化剂购于北京加成助剂研究所。

表1 活性稀释剂

1.2 试件制备

将缩水甘油醚类活性稀释剂按配比与环氧树脂主剂混合均匀，即得A组分；将固化剂、消泡剂、防老化剂混合均匀，即得B组分；A，B组分按照规定配比混合均匀后，倒入试模成型，1 d 后拆模继续养护至规定龄期。养护条件为：温度（23±2）℃，相对湿度50%±5%。

1.3 性能测试

黏度的测定按照GB/T 2794—2013《胶黏剂黏度的测定 单圆筒旋转黏度计法》进行；凝胶时间的测定按照GB/T 7193—2008《不饱和聚酯树脂试验方法》进行；拉伸强度、断裂伸长率、抗压强度按照GB/T 2567—2008《树脂浇铸体性能试验方法》进行测试；拉伸剪切黏结强度按照GB/T 7124—2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 环氧官能度的影响

分别掺入环氧当量相当、环氧官能度不同的3 种活性稀释剂，其掺量均占环氧树脂主剂质量的20%，测试环氧树脂快速修复材料的各项性能，结果见表2。

表2 掺入不同环氧官能度活性稀释剂的环氧树脂快速修复材料性能

由表2 可知：①掺入稀释剂后环氧树脂主剂的黏度下降显著，黏度降低60%以上。其中BGE 自身黏度最低，对环氧树脂主剂的降黏效果最佳，掺量20%时主剂黏度下降78%。主剂黏度的大幅降低加速了反应热的释放，反应热积累速度变慢，体系的凝胶时间延长。②环氧官能度为1 的BGE 增柔效果显著，环氧树脂快速修复材料的断裂伸长率增加了738%，但是反应速度和力学强度大幅下降，凝胶时间增加了60%，拉伸强度和抗压强度分别降低了65%和70%。③环氧官能度为 2 的 1，4⁃BDG 的增柔效果良好，环氧树脂快速修复材料的断裂伸长率增加了490%，同时它对材料的凝胶时间、拉伸强度和抗压强度无明显影响。④环氧官能度为3的TPEG的交联密度较高，增柔效果明显低于BEG 和1，4⁃BDG，环氧树脂快速修复材料的断裂伸长率增加了203%。

2.2 环氧当量的影响

掺入环氧官能度为2 的、环氧当量不同的3 种活性稀释剂EGDE、1，4⁃BDE 和1，6⁃HDE，其掺量均占环氧树脂主剂质量的20%，测试环氧树脂快速修复材料的各项性能，结果见表3。

表3 掺入不同环氧当量活性稀释剂的环氧树脂快速修复材料性能

由表3可知：①3种活性稀释剂的降黏效果相当，掺量20%时环氧树脂主剂的黏度为2 700～2 800 mPa‧s。②当环氧官能团相同时，环氧当量增大，活性稀释剂的缓凝作用增强。与 EGDE 相比，掺入 1，6⁃HDE 后环氧树脂快速修复材料的凝胶时间延长了19%。③环氧官能度为2的缩水甘油醚类活性稀释剂为线形分子结构，随环氧当量增加（分子链长度增大），材料的柔顺性增大，与空白样品相比，掺入 EGDE，1，4⁃BDE 和1，6⁃HDE后环氧树脂快速修复材料的断裂伸长率分别增加了277%，490%和681%。④掺入EGDE 与1，4⁃BDE的环氧树脂快速修复材料的力学强度降幅较小，拉伸强度和抗压强度分别保持在40 MPa和75 MPa以上。

2.3 掺量的影响

分别掺入不同掺量的1，4⁃BDE，测试环氧树脂快速修复材料的各项性能，结果见表4。掺量为1，4⁃BDE占环氧树脂主剂质量的百分比。

表4 1,4-BDE不同掺量时环氧树脂快速修复材料性能

由表4可知：随1，4⁃BDE 掺量增加，环氧树脂快速修复材料降黏效果和增柔效果越来越显著，但是会降低材料反应速度和力学强度。当1，4⁃BDE 掺量低于20%时，环氧树脂快速修复材料的凝胶时间、拉伸强度和抗压强度受掺量变化影响较小。当1，4⁃BDE 掺量超过20%后，环氧树脂快速修复材料反应速度和力学强度受掺量不利影响逐渐显现；1，4⁃BDE 掺量从20%增至40%时，修复材料的凝胶时间增加了29%，拉伸强度和抗压强度降低了30%和29%。

3 结论

1）环氧官能度为2 的3 种缩水甘油醚类活性稀释剂综合性能好，可大幅降低环氧树脂主剂黏度，提高环氧树脂快速修复材料的柔顺性，且对其反应速度和力学强度的不利影响最小。

2）掺入1，4-BDG 可有效降低环氧树脂主剂黏度，提高环氧树脂快速修复材料的断裂伸长率，拉伸强度和抗压强度可分别保持在40 MPa 和75 MPa 以上，凝胶时间基本不受影响。

3）增大活性稀释剂的掺量，有助于降低环氧树脂主剂黏度，提高环氧树脂快速修复材料柔顺性，但是会导致其缓凝和力学强度下降，应合理控制掺量。