靳昊 姚嘉 易忠來 李化建 黃發(fā)禮 梁雪江

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.高速鐵路軌道技術(shù)國家重點實驗室，北京 100081；3.北京市市政工程研究院，北京 100037；4.中國鐵路北京局集團有限公司，北京 100860）

環(huán)氧樹脂具有黏結(jié)強度高、耐磨性能優(yōu)、耐化學(xué)腐蝕性能強、性能穩(wěn)定等特點，已被用于高速鐵路、公路等交通領(lǐng)域，對長期疲勞荷載、溫度力、凍融循環(huán)等多重因素導(dǎo)致的混凝土及砂漿傷損進行修復(fù)［1］。機械性能和耐老化性能好的環(huán)氧樹脂主劑黏度較大，一般在8 000 mPa?s 以上，嚴重降低了環(huán)氧樹脂的流動性及其對混凝土或砂漿界面的浸潤效果，增大了內(nèi)部固化反應(yīng)熱，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂固化均勻度降低，局部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，需對環(huán)氧樹脂主劑進行降黏處理［2-4］。

環(huán)氧樹脂降黏所用稀釋劑包括非活性稀釋劑和活性稀釋劑。非活性稀釋劑降黏效果好，但是它不參與環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)，會游離于環(huán)氧樹脂交聯(lián)結(jié)構(gòu)中，長期使用易析出，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂耐久性降低。常用的低沸點非活性稀釋劑易揮發(fā)，環(huán)氧樹脂的固化收縮率大［5-7］?；钚韵♂寗┖锌蓞⑴c反應(yīng)的活性官能團，是環(huán)氧樹脂交聯(lián)結(jié)構(gòu)的組成部分［8-10］。摻入活性稀釋劑有利于環(huán)氧樹脂的穩(wěn)定性和長效性，但會造成環(huán)氧樹脂機械強度降低、緩凝等［11-12］。

鑒于此，合理選擇活性稀釋劑，實現(xiàn)黏度與性能之間的最佳匹配，是研究環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的關(guān)鍵。本文基于雙酚A 環(huán)氧樹脂、增韌改性環(huán)氧樹脂與改性胺固化劑，主要研究了縮水甘油醚類活性稀釋劑對環(huán)氧樹脂工作性能和力學(xué)性能的影響。

1 試驗部分

1.1 原料

環(huán)氧樹脂主劑為雙酚A 環(huán)氧樹脂和增韌改性環(huán)氧樹脂，其中雙酚A 環(huán)氧樹脂購于北京市前門化工原料有限公司，增韌改性環(huán)氧樹脂為自制；固化劑為自制的改性胺固化劑；活性稀釋劑（表1）為丁基縮水甘油醚（BGE）、1，4-丁二醇二縮水甘油醚（1，4?BDE）、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚（TPEG）、乙二醇二縮水甘油醚（EGDE）、1，6-己二醇二縮水甘油醚（1，6-HDE），購于安徽恒遠化工有限公司和深圳加迪達化工有限公司；有機硅消泡劑購于BYK 公司；防老化劑購于北京加成助劑研究所。

表1 活性稀釋劑

1.2 試件制備

將縮水甘油醚類活性稀釋劑按配比與環(huán)氧樹脂主劑混合均勻，即得A組分；將固化劑、消泡劑、防老化劑混合均勻，即得B組分；A，B組分按照規(guī)定配比混合均勻后，倒入試模成型，1 d 后拆模繼續(xù)養(yǎng)護至規(guī)定齡期。養(yǎng)護條件為：溫度（23±2）℃，相對濕度50%±5%。

1.3 性能測試

黏度的測定按照GB/T 2794—2013《膠黏劑黏度的測定 單圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計法》進行；凝膠時間的測定按照GB/T 7193—2008《不飽和聚酯樹脂試驗方法》進行；拉伸強度、斷裂伸長率、抗壓強度按照GB/T 2567—2008《樹脂澆鑄體性能試驗方法》進行測試；拉伸剪切黏結(jié)強度按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定》進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧官能度的影響

分別摻入環(huán)氧當量相當、環(huán)氧官能度不同的3 種活性稀釋劑，其摻量均占環(huán)氧樹脂主劑質(zhì)量的20%，測試環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的各項性能，結(jié)果見表2。

表2 摻入不同環(huán)氧官能度活性稀釋劑的環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料性能

由表2 可知：①摻入稀釋劑后環(huán)氧樹脂主劑的黏度下降顯著，黏度降低60%以上。其中BGE 自身黏度最低，對環(huán)氧樹脂主劑的降黏效果最佳，摻量20%時主劑黏度下降78%。主劑黏度的大幅降低加速了反應(yīng)熱的釋放，反應(yīng)熱積累速度變慢，體系的凝膠時間延長。②環(huán)氧官能度為1 的BGE 增柔效果顯著，環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的斷裂伸長率增加了738%，但是反應(yīng)速度和力學(xué)強度大幅下降，凝膠時間增加了60%，拉伸強度和抗壓強度分別降低了65%和70%。③環(huán)氧官能度為 2 的 1，4?BDG 的增柔效果良好，環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的斷裂伸長率增加了490%，同時它對材料的凝膠時間、拉伸強度和抗壓強度無明顯影響。④環(huán)氧官能度為3的TPEG的交聯(lián)密度較高，增柔效果明顯低于BEG 和1，4?BDG，環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的斷裂伸長率增加了203%。

2.2 環(huán)氧當量的影響

摻入環(huán)氧官能度為2 的、環(huán)氧當量不同的3 種活性稀釋劑EGDE、1，4?BDE 和1，6?HDE，其摻量均占環(huán)氧樹脂主劑質(zhì)量的20%，測試環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的各項性能，結(jié)果見表3。

表3 摻入不同環(huán)氧當量活性稀釋劑的環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料性能

由表3可知：①3種活性稀釋劑的降黏效果相當，摻量20%時環(huán)氧樹脂主劑的黏度為2 700～2 800 mPa?s。②當環(huán)氧官能團相同時，環(huán)氧當量增大，活性稀釋劑的緩凝作用增強。與 EGDE 相比，摻入 1，6?HDE 后環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的凝膠時間延長了19%。③環(huán)氧官能度為2的縮水甘油醚類活性稀釋劑為線形分子結(jié)構(gòu)，隨環(huán)氧當量增加（分子鏈長度增大），材料的柔順性增大，與空白樣品相比，摻入 EGDE，1，4?BDE 和1，6?HDE后環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的斷裂伸長率分別增加了277%，490%和681%。④摻入EGDE 與1，4?BDE的環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的力學(xué)強度降幅較小，拉伸強度和抗壓強度分別保持在40 MPa和75 MPa以上。

2.3 摻量的影響

分別摻入不同摻量的1，4?BDE，測試環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的各項性能，結(jié)果見表4。摻量為1，4?BDE占環(huán)氧樹脂主劑質(zhì)量的百分比。

表4 1,4-BDE不同摻量時環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料性能

由表4可知：隨1，4?BDE 摻量增加，環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料降黏效果和增柔效果越來越顯著，但是會降低材料反應(yīng)速度和力學(xué)強度。當1，4?BDE 摻量低于20%時，環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的凝膠時間、拉伸強度和抗壓強度受摻量變化影響較小。當1，4?BDE 摻量超過20%后，環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料反應(yīng)速度和力學(xué)強度受摻量不利影響逐漸顯現(xiàn)；1，4?BDE 摻量從20%增至40%時，修復(fù)材料的凝膠時間增加了29%，拉伸強度和抗壓強度降低了30%和29%。

3 結(jié)論

1）環(huán)氧官能度為2 的3 種縮水甘油醚類活性稀釋劑綜合性能好，可大幅降低環(huán)氧樹脂主劑黏度，提高環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的柔順性，且對其反應(yīng)速度和力學(xué)強度的不利影響最小。

2）摻入1，4-BDG 可有效降低環(huán)氧樹脂主劑黏度，提高環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料的斷裂伸長率，拉伸強度和抗壓強度可分別保持在40 MPa 和75 MPa 以上，凝膠時間基本不受影響。

3）增大活性稀釋劑的摻量，有助于降低環(huán)氧樹脂主劑黏度，提高環(huán)氧樹脂快速修復(fù)材料柔順性，但是會導(dǎo)致其緩凝和力學(xué)強度下降，應(yīng)合理控制摻量。