CN111808565A - 一种桥梁节段粘接用环氧胶粘剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，本发明胶粘剂由A组分和B组分调制而成，其中环氧树脂A组分与固化剂B组分的重量比为2.8～3.2:1；本发明环氧树脂A组分和固化剂B组分中包含了多种原料，多种原料之间相互配合，尤其A组分中加入了核壳结构橡胶增韧剂，且配合具有合适长径比的短纤维，使得制备的胶粘剂具有良好的抗冲击、耐疲劳性能，以满足轨道交通桥梁建设等领域对节段预制拼装密封胶的需求。

Description

一种桥梁节段粘接用环氧胶粘剂
技术领域
本发明属于环氧胶粘剂技术领域，具体涉及了一种桥梁节段粘接用环氧胶粘剂。
背景技术
节段预制拼装桥梁在城市快速路高架桥、轻轨、高铁等领域具有广泛的应用，为了迎合交通工具高速、重载、对路基长期存在的瞬间冲击、高频交变应力等问题，对桥梁结构性能的要求也越来越严格，其中，运用节段预制拼装工艺建造桥梁时使用的密封胶的高抗冲击性能、耐疲劳应力性能等就显得尤为重要。
目前，市场上有较多的节段预制拼装桥梁密封胶相关产品，但是它们的综合性能较差，难以满足轨道交通桥梁建设等领域对节段预制拼装密封胶的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术密封胶存在的难以同时满足高抗冲击、耐疲劳等综合性能，本发明提供了一种环氧胶粘剂及其应用，该密封胶具有较高的抗冲击性和耐疲劳性能，可满足轨道交通桥梁建设等领域对节段预制拼装密封胶的使用要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，主要由环氧树脂A组分和固化剂B组分混合调制而成的，所述环氧树脂A组分与所述固化剂B组分的重量比为2.8～3.2:1；
所述环氧树脂A组分按重量份计主要包括以下原料：
Figure BDA0002571891200000021
所述固化剂B组分按重量份计主要包括以下原料：
Figure BDA0002571891200000022
所述短纤维的长径比为20～200；所述短纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、丙烯腈纤维中的一种或几种。
本发明环氧胶粘剂由A组分和B组分调制而成，其中环氧树脂A组分与固化剂B组分的重量比为2.8～3.2:1；本发明环氧树脂A组分和固化剂B组分中包含了多种原料，多种原料之间相互配合，尤其A组分中加入了核壳结构橡胶增韧剂，且配合具有合适长径比的短纤维，使得制备的环氧胶粘剂具有良好的抗冲击、耐疲劳性能，以满足轨道交通桥梁建设等领域对节段预制拼装密封胶的需求。
进一步的，所述环氧树脂A组分原料中，所述核壳结构橡胶增韧剂、所述短纤维的重量之和占所述环氧树脂A组分总重量的7.0％～10.5％。所述核壳结构橡胶增韧剂、所述短纤维的重量之和会影响环氧胶粘剂整体的性能。
进一步的，所述环氧树脂A组分原料中，所述核壳结构橡胶增韧剂、所述短纤维的重量之比为1.75～3.5:1。优选地，所述环氧树脂A组分原料中，所述核壳结构橡胶增韧剂与所述短纤维的重量之比为2.0～2.8：1。研究发现核壳结构橡胶增韧剂与短纤维的重量比均会影响制备的环氧胶粘剂的耐疲劳应力，优选地，重量之比为2.0～2.8：1，耐疲劳应力试验的试件破损率最低。
进一步的，所述核壳结构橡胶增韧剂是纳米级核壳结构橡胶增韧剂。所述核壳结构橡胶增韧剂为乳液聚合制备的具有核层和壳层特殊结构(软核硬壳)的微粒子，核层采用聚丁二烯橡胶、聚丁苯橡胶、聚丙烯酸丁酯或聚二甲基硅氧烷等低玻璃化转变温度的软聚合物，壳层采用聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等硬塑料制备的硬聚合物，利用壳层与环氧树脂的良好相容性，使得核壳粒子在环氧树脂中均匀分散，形成大量海岛结构，达到极好的增韧效果，而且增韧同时基本不会降低环氧体系的耐热性、本体强度和模量。
进一步的，所述环氧树脂A组分中短纤维直径为8μm～12μm左右，长度为0.2mm～2mm。合适的长径比，在环氧胶粘剂中可传递振动应力，使应力均匀分散在胶层中，最终让尽可能多的核壳结构橡胶增韧剂粒子吸收能量，增加胶层韧性。
进一步的，所述环氧树脂A组分中双酚A环氧树脂是E51环氧树脂、E44环氧树脂、E42环氧树脂中的至少一种。
进一步的，所述环氧树脂A组分中双酚A环氧树脂环氧值为0.4～0.55。
进一步的，所述环氧树脂A组分中氢化双酚A环氧树脂的环氧值为0.40～0.55。氢化双酚A环氧树脂具有耐光老化、耐候性好，黏度低，固化物的物理机械性能同双酚A型环氧树脂接近，长期阳光照射不粉化、不变色，更适合户外露天使用。
进一步的，所述环氧树脂A组分中稀释剂是乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、1,2-环己二醇二缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚和辛基缩水甘油醚中的一种或几种。
进一步的，所述添加剂是硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、消泡剂中的一种或多种。
进一步的，所述硅烷偶联剂为0.2～2份。
进一步的，所述紫外线吸收剂为0.05～1份。
进一步的，所述抗氧剂为0.05～1份。
进一步的，所述消泡剂为0.1～0.5份。
进一步的，所述环氧树脂A组分中硅烷偶联剂为KH-560(3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)、3-(2，3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
进一步的，所述环氧树脂A组分中紫外线吸收剂为UV531、UV9、UV328、UV329、UV326中的一种或几种。
进一步的，所述环氧树脂A组分中抗氧剂包含抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076中的一种或几种。
进一步的，固化剂B组分中，所述改性脂环胺是酚醛改性脂环胺、氰乙基化改性脂环胺或环氧加成改性脂环胺，其中所述脂环胺是甲基环己二胺(HTDA)、甲基环戊二胺(TAC、TDC)、1，3-环己二甲胺，异佛尔酮二胺(IPDA)，4，4′-二氨基二环己基甲烷，3，3′-二甲基-4，4′-二氨基二环己基甲烷中的一种或几种，优选的，所述脂环胺是甲基环己二胺(HTDA)和甲基环戊二胺(TAC)。
酚醛改性甲基环己二胺(HTDA)的制备方法：按摩尔配比n(苯酚或腰果酚)：n(多聚甲醛)：n(甲基环己二胺)＝1：1：2的比例分别称取合适的量备用，先将甲基环己二胺与苯酚加入三口烧瓶中，打开搅拌和加热，等到混合物的温度升到65℃，然后在20分钟内分三次加入多聚甲醛，然后将温度升至120℃保温0.5小时，等多聚甲醛完全溶解，将温度降至90℃，在恒温条件下反应1～2小时，最后在110℃的条件下抽真空脱水1小时，最后得到棕红色透明粘稠的液体。酚醛改性甲基环戊二胺、环氧加成改性甲基环戊二胺和氰乙基化改性甲基环戊二胺均购自河南省天择实业有限责任公司。
进一步的，所述固化剂B组分中，所述改性脂肪胺是酚醛改性脂肪胺、氰乙基化改性脂肪胺或环氧加成改性脂肪胺。进一步的，所述脂肪胺是聚醚胺、聚酰胺、己二胺、丁二胺、戊二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或几种，优选的，所述脂肪胺己二胺和戊二胺，均可从市场选购。
进一步的，当酚醛改性HTDA：酚醛改性己二胺：环氧加成改性TAC＝1：1：1(质量比)。制备的环氧胶粘剂适用温度为5℃～20℃的外部环境。
进一步的，当酚醛改性HTDA：酚醛改性己二胺：环氧加成改性TAC＝1：0.6：1.4(质量比)。制备的环氧胶粘剂适用温度为15℃～30℃的外部环境。
进一步的，当酚醛改性HTDA：酚醛改性己二胺：氰乙基化改性TAC＝1：0.6：1.4(质量比)。制备的环氧胶粘剂适用温度为25℃～40℃的外部环境。
进一步的，所述固化促进剂是DMP-30，甲基咪唑，三乙胺，DBU中的一种或多种。
进一步的，所述光稳定剂包含TINUVIN 292，TINUVIN 770，TINUVIN 765，TINUVIN622，TINUVIN 123，TINUVIN 783中的一种或多种。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明环氧胶粘剂由A组分和B组分调制而成，其中环氧树脂A组分与固化剂B组分的重量比为2.8～3.2:1；本发明环氧树脂A组分和固化剂B组分中包含了多种原料，多种原料之间相互配合，尤其A组分中加入了核壳结构橡胶增韧剂，且配合具有合适长径比的短纤维，使得制备的环氧胶粘剂具有良好的抗冲击、耐疲劳性能，7天抗压强度可达95MPa以上，拉伸强度可达50MPa，拉伸弹性模量可达10000MPa，满足了轨道交通桥梁建设等领域对节段预制拼装密封胶的需求。
2、本发明研究发现环氧树脂A组分中纳米核壳橡胶粒子和短纤维形成协同增韧效应，两者的重量配比直接影响着密封胶的抗冲击韧性和耐疲劳应力作用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释。
实施例1：
A组分
E51环氧树脂：34份，氢化双酚A环氧树脂HE-2025(上海络合新材料有限公司)：41份，1，2-环己二醇二缩水甘油醚：14份，核壳结构橡胶增韧剂
Figure BDA0002571891200000061
P52(德国瓦克公司)：14份，气相二氧化硅：7份，硅微粉：82份，二氧化钛：10份，玻璃纤维(直径为10μm，长度为2mm)：5份，硅烷偶联剂KH560：1份，紫外线吸收剂UV328：0.5份，抗氧剂1010：0.4份，消泡剂：0.2份。
B组分
包含酚醛改性HTDA：12份，酚醛改性己二胺：12份，环氧加成改性TAC：12份，DMP-30：0.2份，气相二氧化硅：10份，硅微粉：21份，光稳定剂TINUVIN 292：0.5份，炭黑：2份。
将上述A组分和B组分按质量比为3:1来进行调和，得到环氧胶粘剂。
实施例2：
A组分
双酚A环氧树脂与核壳橡胶增韧剂的预混物MX125(日本钟化株式会社，核壳增韧剂含量25％)：50份，氢化双酚A环氧树脂EP4080E(日本艾迪科ADEKA)：42份，1，6-己二醇二缩水甘油醚：10份，气相二氧化硅：8份，硅微粉：82份，二氧化钛：10份，碳纤维(直径为8μm，长度为1.5mm)：5份，硅烷偶联剂2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷(南京能德新材)：1份，紫外线吸收剂UV328：0.5份，抗氧剂1010：0.4份，消泡剂：0.2份。
B组分
包含酚醛改性HTDA：12份，酚醛改性己二胺：7.2份，环氧加成改性TAC：16.8份，DMP-30：0.2份，气相二氧化硅：10份，硅微粉：21份，光稳定剂TINUVIN 770：0.5份，炭黑：2份。
将上述A组分和B组分按质量比为3.1:1来进行调和，得到环氧胶粘剂。
实施例3：
A组分
E51环氧树脂：15份，双酚A环氧树脂与核壳橡胶增韧剂的预混物MX154(日本钟化株式会社，核壳增韧剂含量40％)：35份，氢化双酚A环氧树脂HE-2025(上海络合新材料有限公司)：40份，1，2-环己二醇二缩水甘油醚：12份，气相二氧化硅：7份，硅微粉：80份，二氧化钛：12份，碳纤维、玄武岩纤维(直径为10μm，长度为1mm)：6份，硅烷偶联剂KH560：1份，紫外线吸收剂UV329：0.5份，抗氧剂1076：0.4份，消泡剂：0.2份。
B组分
包含酚醛改性HTDA：12份，酚醛改性己二胺：7.2份，氰乙基化改性TAC：16.8份，甲基咪唑：0.2份，气相二氧化硅：10份，硅微粉：21份，光稳定剂TINUVIN 123：0.5份，炭黑：2份。
将上述A组分和B组分按质量比为2.8:1来进行调和，得到环氧胶粘剂。
对比例1
A组分
双酚A环氧树脂与核壳橡胶增韧剂的预混物MX125(日本钟化株式会社，核壳增韧剂含量25％)：50份，氢化双酚A环氧树脂EP4080E(日本艾迪科ADEKA)：42份，1，6-己二醇二缩水甘油醚：10份，气相二氧化硅：8份，硅微粉：82份，二氧化钛：10份，硅烷偶联剂2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷(南京能德新材)：1份，紫外线吸收剂UV328：0.5份，抗氧剂1010：0.4份，消泡剂：0.2份。
B组分
包含酚醛改性HTDA：12份，酚醛改性己二胺：7.2份，环氧加成改性TAC：16.8份，DMP-30：0.2份，气相二氧化硅：10份，硅微粉：21份，光稳定剂TINUVIN 770：0.5份，炭黑：2份。
将上述A组分和B组分按质量比为3:1来进行调和，得到环氧胶粘剂。
对比例2
A组分
E51环氧树脂：37.5份，氢化双酚A环氧树脂EP4080E(日本艾迪科ADEKA)：42份，1，6-己二醇二缩水甘油醚：10份，气相二氧化硅：8份，硅微粉：82份，二氧化钛：10份，玻璃纤维(直径为10μm，长度为2mm)：5份，硅烷偶联剂2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷(南京能德新材)：1份，紫外线吸收剂UV328：0.5份，抗氧剂1010：0.4份，消泡剂：0.2份。
B组分
包含酚醛改性HTDA：12份，酚醛改性己二胺：7.2份，环氧加成改性TAC：16.8份，DMP-30：0.2份，气相二氧化硅：10份，硅微粉：21份，光稳定剂TINUVIN 770：0.5份，炭黑：2份。
将上述A组分和B组分按质量比为3:1来进行调和，得到环氧胶粘剂。
对比例3
对比例3中所用增韧剂是CYH-277，为本领域常用的增韧剂，其中增韧剂的份数及其他原料、原料份数与实施例1完全相同，将上述A组分和B组分按质量比为3:1来进行调和，得到环氧胶粘剂。
试验例
对实施例1-3及对比例1-3得到的环氧胶粘剂分别进行性能检测包括抗压强度、拉伸强度、拉伸弹性模量、冲击剥离和耐疲劳应力测试。
抗压强度、拉伸强度、拉伸弹性模量测试按照标准GB/T 2567-2008进行，测试结果如表1所示。
测试结果如表2所示，钢-钢T冲击剥离和耐疲劳应力测试按照标准GB/T50728-2011进行。
表1环氧胶粘剂抗压强度、拉伸强度、拉伸弹性模量的测试结果(MPa)
配方 抗压强度(24h) 抗压强度(7d) 拉伸强度 拉伸弹性模量
实施例1 65 98 46.3 9430
实施例2 68 95 44.7 8940
实施例3 70 94 50.3 10200
对比例1 68 94 38.5 7400
对比例2 68 96 43.6 9130
对比例3 65 95 46.0 9260
表2环氧胶粘剂进行的冲击剥离和耐疲劳应力测试结果
Figure BDA0002571891200000101
从表1和表2的性能测试结果显示，实施例1-3均有较好的抗压强度和拉伸强度，拉伸弹性模量均大于8500MPa。对比例1中没加短纤维，拉伸强度和拉伸弹性模量明显降低。对比例2中没加核壳橡胶增韧剂，其力学性能基本与实施例相似。实施例1-3均有较好的抗冲击剥离和耐疲劳应力性能。对比例1和2由于没有纳米核壳橡胶粒子和短纤维形成协同增韧效应，其钢-钢T冲击剥离测试中试片遭到的剥离破坏，耐疲劳应力测试中粘接试件最终被破坏。对比例3，研究发现相同添加量的常规增韧剂CYH-277时，反映在钢-钢T冲击剥离和耐疲劳应力方面具有较差的性能。
实施例4-10
实施例4-10相比实施例1中的A组分和B组分配方，实施例4-10中B组分配方与实施例1相同，实施例4-10相比实施例1改变了核壳结构橡胶增韧剂与短纤维之间的添加量的比例，其余的与实施例1完全相同。
准备240个同一生产批次的待粘结材料45#钢/45#钢，将其分为8组，每组30个45#钢/45#钢，8组待粘结试件分别用实施例4-10及实施例1制备的环氧胶粘剂进行粘结，并进行试验，试验结果如表3所示。
表3实施例4-10、实施例1试件测试结果
Figure BDA0002571891200000111
由表3的数据可以看出，核壳结构橡胶增韧剂与短纤维的重量之和占A组分总重量的百分比、核壳结构橡胶增韧剂与短纤维的重量比均会影响制备的环氧胶粘剂的耐疲劳应力，研究发现，优选地，所述核壳结构橡胶增韧剂与所述短纤维的重量之比为2.0～2.8：1。
对比例4
对比例4采用的短纤维是直径为10μm，长度为5mm的玻璃纤维，其余的A组分原料及B组分原料，及短纤维、各组分的重量份数均与实施例1相同，对比例4制备的环氧胶粘剂利用45#钢/45#钢进行钢-钢T冲击剥离和耐疲劳应力测试，测试过程与表2的测试过程相同，结果显现对比例4钢-钢T冲击剥离10mm，室温、频率5Hz、应力比5:1.5、最大应力为4.0MPa，经4×106次等幅正弦波疲劳荷载作用后试验试件破坏。
对比例5
对比例4采用的短纤维是直径为10μm，长度为0.1mm的玻璃纤维，其余的A组分原料及B组分原料，及短纤维、各组分的重量份数均与实施例1相同，对比例5制备的环氧胶粘剂利用45#钢/45#钢进行钢-钢T冲击剥离和耐疲劳应力测试，测试过程与对比例4的测试过程相同，结果显现对比例5钢-钢T冲击剥离20mm，室温、频率5Hz、应力比5:1.5、最大应力为4.0MPa，经4×106次等幅正弦波疲劳荷载作用后试验试件破坏。
研究发现合适的长径比，在环氧胶粘剂中可传递振动应力，使应力均匀分散在胶层中，最终让尽可能多的核壳结构橡胶增韧剂粒子吸收能量，增加胶层韧性。长径比过大或过小均会影响产品的性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，主要由环氧树脂A组分和固化剂B组分混合调制而成的，所述环氧树脂A组分与所述固化剂B组分的重量比为2.8～3.2:1；
所述环氧树脂A组分按重量份计主要包括以下原料：
Figure FDA0002571891190000011
所述固化剂B组分按重量份计主要包括以下原料：
Figure FDA0002571891190000012
所述短纤维的长径比为20～200；所述短纤维是玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、丙烯腈纤维中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述环氧树脂A组分原料中，所述核壳结构橡胶增韧剂、所述短纤维的重量之和占所述环氧树脂A组分总重量的7.0％～10.5％。
3.根据权利要求1所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述所述环氧树脂A组分原料中，所述核壳结构橡胶增韧剂、所述短纤维的重量之比为1.75～3.5:1。
4.根据权利要求3所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述环氧树脂A组分原料中，所述核壳结构橡胶增韧剂与所述短纤维的重量之比为2.0～2.8：1。
5.根据权利要求1所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述核壳结构橡胶增韧剂是纳米级核壳结构橡胶增韧剂。
6.根据权利要求1所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述核壳结构橡胶所述核壳结构橡胶增韧剂为乳液聚合制备的具有核层和壳层结构的微粒子，核层采用聚丁二烯橡胶、聚丁苯橡胶、聚丙烯酸丁酯、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种，壳层采用聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯制备的聚合物。
7.根据权利要求1所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述环氧树脂A组分中所述短纤维直径为8μm～12μm，长度为0.2～2mm。
8.根据权利要求1所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述双酚A环氧树脂是E51环氧树脂、E44环氧树脂、E42环氧树脂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述稀释剂是乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、1,2-环己二醇二缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚和辛基缩水甘油醚中的一种或几种；所述添加剂是硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、消泡剂中的一种或多种。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的桥梁节段粘接用环氧胶粘剂，其特征在于，所述固化剂B组分中，所述改性脂环胺是酚醛改性脂环胺、氰乙基化改性脂环胺或环氧加成改性脂环胺；
所述脂环胺是甲基环己二胺、甲基环戊二胺、1,3-环己二甲胺、异佛尔酮二胺、4,4′-二氨基二环己基甲烷、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷中的一种或几种；
所述改性脂肪胺是酚醛改性脂肪胺、氰乙基化改性脂肪胺或环氧加成改性脂肪胺；
所述脂肪胺是聚醚胺、聚酰胺、己二胺、丁二胺、戊二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或几种。
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