基于信息化技术的电缆用胶粘剂力学性能研究

黄文杰，吴海宁，杜 端，可 红，张 超

(湖北华中电力科技开发有限责任公司，湖北 武汉 430050)

环氧树脂胶粘剂是在环氧树脂的基础上进行再加工或改性，使其性能参数等符合特定的使用需求的热固性树脂胶粘剂[1]，由于其具有加工成型简单、弹性模量高、粘接性能好等优点，被广泛用于基于信息技术的电缆等领域[2]。随着信息化技术的广泛普及与应用，作为一种应用于信息化电缆的热固性树脂胶粘剂，其在使用过程中会由于电缆发热，造成断裂韧性较差等而发生损伤或者弯曲破坏[3]，并造成整体结构失去原有作用影响使用寿命，严重情况下还造成电缆事故。因此，需要开发出具有自愈功能的热固性树脂胶粘剂，使其即使在使用过程中不可避免地发生损伤等[4-7]，也可以通过修复在一定程度上弥补基于信息技术的电缆用胶粘剂的弯曲强度损失[8-9]。目前，虽然有较多的对环氧树脂成型工艺或者胶粘剂改性方面的研究，但是关于基于信息化技术的电缆用自愈性热固性树脂胶粘剂的开发与应用方面的研究报道较少[10-13]。本文通过添加EVA环氧树脂和发烟二氧化硅的方法制备了不同类型的环氧树脂胶粘剂试样，研究了EVA环氧树脂添加量和发烟二氧化硅，对损伤与修复处理后电缆用环氧树脂胶粘剂试样弯曲强度的影响，这将有助于高综合性能环氧树脂胶粘剂试样的开发与工业应用。

1 材料与方法

1.1 试验原料

试验原料包括HTDA高温固化剂(固化剂)、CAB250型发烟二氧化硅(增稠剂)、EVA-28型 乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA环氧树脂，VA质量分数为28%、熔点为69 ℃、密度为0.949 kg/m3、熔流率24 g/(10 min)、粒径0.29 mm)。

1.2 试样制备

采用ZYMC-680型材料均质机进行搅拌，钢质模具内腔尺寸为200×150×10(mm)，在倒入模具前预先将模具表面涂覆脱模剂并铺放聚四氟乙烯薄膜，将搅拌好的胶粘剂倒入模具中[14]，室温固化48 h后再转入烘箱进行78 ℃/(24 h)固化处理，之后再进行118 ℃/2 h固化处理，脱模后冷却至室温。当EVA环氧树脂添加量(质量分数)分别为5%、10%和15%时，对应的环氧树脂胶粘剂命名为HYSZ5、HYSZ10和HYSZ15，对应的损伤处理后试样分别命名为HYSZ5H、HYSZ10H和HYSZ15H，对应的经过修复处理后试样分别命名为HYSZ5X、HYSZ10X和HYSZ15X；此外，在环氧树脂胶粘剂中添加发烟二氧化硅，相应的经过损伤处理后和经过修复处理后胶粘剂试样分别为HYSH和HYSX。其中，损伤胶粘剂试样采用2011-08型钢美工刀进行加工，具体为在宽度方向加工肉眼可见的裂纹(2 mm)，损伤部位处于胶粘剂试样中间位置[15]；在带有底座的凹槽模具中对损伤胶粘剂试样进行修复，主要通过上盖和底座固定，将融化的胶粘剂(100 ℃/0.5 h)修补裂缝[16]。

1.3 测试方法

分别对基于信息技术的电缆用环氧树脂胶粘剂试样进行三点弯曲试验，设备为采用计算机控制的MTS-810型液压私服万能材料试验机，控制方法为位移控制[17]，加载速度为3 mm/min、跨距32 mm，三点弯曲试样实验结果如图1所示(两端用长尾夹固定)，弯曲强度测试结果为5组平行试样的平均值。

2 结果与分析

2.1 损伤处理

表1为胶粘剂和损伤处理后胶粘剂试样的剩余弯曲强度测试结果。对于未经过损伤处理的胶粘剂试样，当EVA环氧树脂添加量(质量分数)分别为5%、10%和15%时，HYSZ5、HYSZ10和HYSZ15的剩余弯曲强度分别为100.28、78.73和58.56 MPa；对于损伤处理后胶粘剂试样，HYSZ5H、HYSZ10H和HYSZ15H的剩余弯曲强度分别为19.08、20.92和21.22 MPa。可见，在相同EVA环氧树脂添加量条件下，损伤处理后胶粘剂的剩余弯曲强度明显低于损伤处理前胶粘剂试样，随着EVA环氧树脂添加量增加，损伤处理前胶粘剂试样的剩余弯曲强度逐渐减小；而损伤处理后胶粘剂试样的剩余弯曲强度逐渐升高，损伤处理对不同EVA环氧树脂添加量的胶粘剂试样的剩余弯曲强度的影响趋势不同。

表1 胶粘剂和损伤处理后胶粘剂试样的剩余弯曲强度Tab.1 Residual bending strength of adhesive and adhesive sample after damage treatment MPa

2.2 修复处理

表2为修复处理前、后胶粘剂试样的剩余弯曲强度测试结果。对于修复处理前胶粘剂试样，HYSZ5H、HYSZ10H和HYSZ15H的剩余弯曲强度分别为19.08、20.92和21.22 MPa；对应修复处理后胶粘剂试样，HYSZ5X、HYSZ10X和HYSZ15X的剩余弯曲强度分别为28.44、29.40和30.30 MPa。由此可见，在相同EVA环氧树脂添加量条件下，修复处理后胶粘剂的剩余弯曲强度要高于修复处理前胶粘剂试样，且随着EVA环氧树脂添加量增加，修复处理前胶粘剂试样的剩余弯曲强度逐渐增大；而损伤处理后胶粘剂试样的剩余弯曲强度也呈现逐渐升高特征，修复处理对不同EVA环氧树脂添加量的胶粘剂试样的剩余弯曲强度的影响趋势相同。

表2 修复处理前和修复处理后胶粘剂试样的剩余弯曲强度Tab.2 Residual bending strength of adhesive samples before and after repair treatment MPa

2.3 添加发烟二氧化硅

表3为添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样的剩余弯曲强度(损伤)。与添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样(HYSH)相比，EVA环氧树脂添加量(质量分数)分别为5%、10%和15%的环氧树脂胶粘剂试样的剩余弯曲强度都相对较大，剩余弯曲强度提高幅度分别为5.53%、15.71%和17.37%。

表3 添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样的剩余弯曲强度(损伤)Tab.3 Residual bending strength (damage) of adhesive sample added with fumed silica MPa

表4为添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样的剩余弯曲强度(修复)。与添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样(HYSX)相比，EVA环氧树脂添加量(质量分数)分别为5%、10%和15%时，修复处理后环氧树脂胶粘剂试样的剩余弯曲强度都相对较大，剩余弯曲强度提高幅度分别为57.13%、62.43%和67.40%。

表4 添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样的剩余弯曲强度(修复)Tab.4 Residual bending strength of adhesive sample added with fumed silica (repair) MPa

表5为添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样在不同阶段的剩余弯曲强度测试结果。对于添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样(未添加EVA)，损伤前剩余强度为125.86 MPa；经过损伤处理后和经过修复处理后，胶粘剂试样的剩余弯曲强度分别为18.08 MPa和18.10 MPa。可见，损伤和修复处理后，添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样的剩余弯曲强度明显减小，但是修复处理不会对损伤处理后胶粘剂试样的剩余弯曲强度造成明显影响，这主要是因为在胶粘剂试样修复过程中，主要依靠具有热塑性的EVA的熔化并均匀分布而使得胶粘剂中的裂纹尖端钝化[18-20]，从而实现对胶粘剂的修复。

表5 添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样在不同阶段的剩余弯曲强度Tab.5 Residual bending strength of adhesive samples added with fumed silica at different stages MPa

3 结语

为弄清楚损伤和修复对基于信息化技术的电缆用胶粘剂力学性能的影响，研究了EVA环氧树脂添加量和发烟二氧化硅对损伤与修复处理后环氧树脂胶粘剂试样弯曲强度的影响。

(1)当EVA环氧树脂添加量(质量分数)分别为5%、10%和15%时，HYSZ5、HYSZ10和HYSZ15的剩余弯曲强度分别为100.28、78.73和58.56 MPa。对于损伤处理后胶粘剂试样，HYSZ5H、HYSZ10H和HYSZ15H的剩余弯曲强度分别为19.08、20.92和21.22 MPa；

(2)修复处理前胶粘剂试样HYSZ5H、HYSZ10H和HYSZ15H的剩余弯曲强度分别为19.08、20.92和21.22 MPa；修复处理后胶粘剂试样HYSZ5X、HYSZ10X和HYSZ15X的剩余弯曲强度分别为28.44、29.40和30.30 MPa；

(3)与添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样(HYSH)相比，EVA环氧树脂添加量(质量分数)分别为5%、10%和15%时，环氧树脂胶粘剂试样的剩余弯曲强度都相对较大，剩余弯曲强度提高幅度分别为5.53%、15.71%和17.37%。与添加发烟二氧化硅的胶粘剂试样(HYSX)相比，EVA环氧树脂添加量(质量分数)分别为5%、10%和15%时，修复处理后环氧树脂胶粘剂试样的剩余弯曲强度都相对较大，剩余弯曲强度提高幅度分别为57.13%、62.43%和67.40%。