夏蘭君，寧尚林，毛建明

（湖北省荊州中學(xué)，湖北 荊州 434039）

建筑物裂縫防水加固補(bǔ)強(qiáng)是建筑物維修工程中很重要的一部分。低溫、高潮濕條件下使用的低黏度環(huán)氧膠粘劑不僅能有效地解決建筑物防水問(wèn)題，而且也可以解決冬季施工困難的問(wèn)題。在低溫應(yīng)用中，由于普通環(huán)氧的脆性本質(zhì)，當(dāng)遇到外力時(shí)，會(huì)造成缺陷區(qū)擴(kuò)展和裂紋蔓延，最終導(dǎo)致材料破壞[1]。為此，提高環(huán)氧樹(shù)脂在低溫下的韌性十分必要。目前環(huán)氧樹(shù)脂增韌的途徑有：①用彈性體、熱塑性樹(shù)脂或剛性顆粒等增韌[2，3]；②用熱塑性樹(shù)脂連續(xù)地貫穿于熱固性樹(shù)脂中形成互穿網(wǎng)絡(luò)增韌[4～6]；③通過(guò)在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中加入柔性鏈段以提高網(wǎng)絡(luò)分子的活動(dòng)能力增韌[7，8]；④由控制分子交聯(lián)狀態(tài)的不均勻性以形成有利于塑性變形的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)增韌[9]。

本研究采用一定量的稀釋劑692、偶聯(lián)劑KH-550、填料硅微粉和促進(jìn)劑DMP-30處理環(huán)氧樹(shù)脂，再添加不同含量的聚醚多元醇（BE）和低溫固化劑TU-DETA[10]，并用材料試驗(yàn)機(jī)研究了BE對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)性能的影響、用SEM觀察了改性環(huán)氧樹(shù)脂的斷面形貌。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

環(huán)氧樹(shù)脂（E-44），岳陽(yáng)石油化工總廠岳華有機(jī)化工廠；低溫固化劑（TUDETA），自制；芐基縮水甘油醚（稀釋劑692）、SiO2、三-（二甲胺基甲基）苯酚（促進(jìn)劑DMP-30）、聚醚多元醇（增韌劑BE），湖北奧生新材料科技有限公司；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），阿拉丁化學(xué)有限公司。

1.2 主要儀器及設(shè)備

CMT4104型微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司；Spectrum One型傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）儀，美國(guó)Perkin-Elmer公司；JSM6510LV型掃描電鏡（SEM），日本電子公司。

1.3 試驗(yàn)制備

1.3.1 改性前膠粘劑試樣的制備

按照一定的配比，將E-44與各助劑分別加入到配膠容器中，攪拌均勻，在加入時(shí)應(yīng)盡量保證配制過(guò)程中體系的黏度適中，控制m（E-44） ∶m（TU-DETA）=4∶1。 將 制 備 好的膠粘劑倒入模具中，放入真空干燥箱中脫氣，再用保鮮膜封住。用砂紙打磨鋼制試片，按照GB/T 7124—2008標(biāo)準(zhǔn)制備膠粘劑單搭接剪切試樣（金屬對(duì)金屬），搭接長(zhǎng)度為 （ 12.5±0.5）mm，搭 接 寬 度 為（25±0.2）mm，制備好的試樣用保鮮膜封住，再一并放在-5 ℃的冰箱中固化。

1.3.2 改性后膠粘劑試樣的制備

在確定的改性前膠粘劑較優(yōu)配方基礎(chǔ)上采用單因素法加入增韌劑BE，同樣按照上述方法制備所需試樣。

1.4 測(cè)試與表征

（1）微觀結(jié)構(gòu)特征：采用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）法進(jìn)行表征（將TU-DETA與E-44未固化產(chǎn)物涂在干燥的KBr壓片上，再將TU-DETA與E-44在-5 ℃固化7 d后的產(chǎn)物處理為粉末與干燥的KBr粉末混勻后壓另一片，掃描波數(shù)范圍為450～4 000 cm-1，分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為16次）。

（2）力學(xué)性能：按照GB/T 7124—2008、GB/T 1042—1992標(biāo)準(zhǔn)，采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試試樣的剪切強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度（拉伸速率為5 mm/min，每組平行測(cè)試5次，取平均值）。

（3）微觀形貌：采用掃描電鏡（SEM）進(jìn)行觀察（取E-44固化物經(jīng)液氮脆斷后的試樣制成高度低于1 cm的樣條）。

2 結(jié)果與討論

2.1 E-44固化前后的FT-IR圖譜

圖1為E-44固化前后的FT-IR圖譜。由圖1可知：914 cm-1處為環(huán)氧基團(tuán)的特征峰，1 322 cm-1處 為C=S的 伸 縮 振 動(dòng) 峰 ，2 056 cm-1處 為SCN-1的特征吸收峰。由此說(shuō)明，在-5 ℃下，經(jīng)7 d固化后，環(huán)氧基團(tuán)、C=S、SCN-1的吸收峰基本消失完全，說(shuō)明E-44已固化完全。

圖1 E-44固化前后的FT-IR圖Fig.1 FT-IR spectra of E-44 before and after curing

2.2 改性前環(huán)氧膠粘劑各組分用量對(duì)膠粘劑性能的影響

圖2 為稀釋劑692、KH-550、填料SiO2和促進(jìn)劑DMP-30用量與平均剪切強(qiáng)度、平均斷裂伸長(zhǎng)率的關(guān)系圖。

圖2 a、b、c、d分別為稀釋劑692、KH-550、SiO2和促進(jìn)劑DMP-30含量與平均剪切強(qiáng)度、平均斷裂伸長(zhǎng)率的關(guān)系圖Fig.2 Effects of contents of diluent 692，KH-550，SiO 2，DMP-30 on average shearing strength and average elongation at break

從圖2a）可知：在本實(shí)驗(yàn)所測(cè)范圍內(nèi)，隨著稀釋劑692質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，剪切強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都隨之增加，當(dāng)w（稀釋劑692）=10%（相對(duì)于膠粘劑質(zhì)量而言，以下同）時(shí)，性能較優(yōu)。

由圖2b）可知：當(dāng)w（KH-550）=4%時(shí)，膠粘劑性能較優(yōu)。這是因?yàn)?，偶?lián)劑本身含有較長(zhǎng)的柔軟鏈段，能形成柔性的有利于應(yīng)力松弛的界面，此舉提高了吸收和分散沖擊強(qiáng)度的能力，使材料具有良好的抗沖擊強(qiáng)度和韌性。填料加入E-44固化體系一般起改善膠粘劑性能和降低成本的作用。

由圖2c）可知：當(dāng)w（SiO2）=130%時(shí)，平均剪切強(qiáng)度相對(duì)最大，雖然此時(shí)平均斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)最小，但由于SiO2含量對(duì)平均斷裂伸長(zhǎng)率的影響不是很大，故綜合考慮，確定SiO2用量為130%較適宜。

由圖2d）可知：促進(jìn)劑用量增大，固化速度加快，固化物脆性增加，斷裂伸長(zhǎng)率先增加后減小，而剪切強(qiáng)度持續(xù)降低。因此，為保證E-44膠粘劑的韌性，選擇w（促進(jìn)劑DMP-30）=1%較適宜。

綜上所述，改性前E-44膠粘劑的較優(yōu)配方為：稀釋劑692為10%、偶聯(lián)劑KH-550為4%、填料硅微粉為130%、促進(jìn)劑DMP-30為1%。

2.3 改性后E-44膠粘劑的力學(xué)性能

改性后E-44膠粘劑的力學(xué)性能如表1所示。由表1可知：添加增韌劑BE后，膠粘劑的剪切強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有所增加，說(shuō)明增韌劑BE增韌改性E-44膠粘劑可以達(dá)到預(yù)期的效果。

表1 不同含量增韌劑BE試樣的剪切強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率Tab.1 Shearing strength and elongation at break of specimens with different content of BE

3 斷面形貌分析

圖3為不同增韌劑BE含量的固化物液氮脆斷面的SEM形貌圖。其中，圖3a是未改性E-44固化體系的斷裂面微觀形貌，從中可以看到，斷裂面平整，是典型的脆性斷裂；圖3b、圖3c和圖3d分別是增韌劑BE添加量為8%、9%和10%的改性E-44固化體系的斷裂面微觀形貌，由圖可以看到，斷裂面比較粗糙，有褶皺，裂紋擴(kuò)展方向分散，是韌性斷裂。其中，圖3c中，斷裂面粗糙程度最明顯，褶皺最多，裂紋擴(kuò)散方向分散，說(shuō)明應(yīng)力向四周分布，增韌的效果相對(duì)最好。

圖3 不同BE含量固化物液氮脆斷面的SEM形貌圖Fig.3 SEM images of fracture surfaces for liquid nitrogen brittle failure of cured containing different BE content

4 結(jié)論

經(jīng)稀釋劑692、偶聯(lián)劑KH-550、填料硅微粉、促進(jìn)劑DMP-30處理后的E-44膠粘劑之力學(xué)性能有所增強(qiáng)，加入增韌劑BE后，改性E-44膠粘劑的韌性增大，當(dāng)w（增韌劑BE）=9%時(shí)，E-44膠粘劑具有較優(yōu)的綜合力學(xué)性能。

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