[发明专利]一种改性环氧树脂体系的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种用于拉挤成型高性能结构加固用碳纤维板材的改性树脂体系的制备方法。

背景技术

作为新型的土木工程材料，碳纤维拉挤板材同传统的土木工程材料（如钢材、混凝土等）相比，具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳性能优异、可设计性强、易施工等优点，被认为是实现土木工程结构长寿命、高性能最有潜力的结构材料。近年来，已经被应用于土木工程结构的加固与修复，以延长基础设施、建筑的使用寿命，提高其抗震、承载等各项性能，提高基础设施及工程结构的安全性能，如碳纤维拉挤板材应用于桥梁抗弯加固、抗剪加固、码头加固修复等。由于土木工程服役环境恶劣，应用于结构加固的碳纤维拉挤板材会面对各种湿热环境、腐蚀性溶液、各种动静负载等等；同时土木工程结构的服役寿命也较传统碳纤维复合材料应用领域（如航空航天）要求要长的多，如50～100年。在上述恶劣土木工程环境及长期的服役过程中，碳纤维拉挤板材的性能退化决定了其结构加固的安全性、经济性及其应用推广的范围。

用于拉挤成型结构加固用碳纤维板材的树脂体系主要是环氧树脂，在其服役过程中（如外贴碳纤维片材加固、表面嵌入法加固）。由于环氧树脂基体具有较强的极性，在土木工程服役过程中，水分子及各种腐蚀性离子不可避免地渗透到碳纤维拉挤板材内部，不仅会导致树脂基体的塑化、水解，而且会导致纤维与树脂基体界面性能的退化；特别是在应力耦合作用下，树脂基体、树脂-纤维的界面退化速率大幅度提高。因此，结构加固碳纤维拉挤板材的综合性能（力学性能、热性能）随着服役时间的延长，发生劣化，甚至完全失效，严重影响加固结构的性能与使用安全。提高纤维复合材料在复杂土木环境下的耐久性能，并预测其服役寿命，是现代土木工程复合材料研究的重要方向。

碳纤维拉挤板材在恶劣土木工程环境下的耐久性能，主要取决于水分子在其内部的吸收与扩散速率，降低水分子在碳纤维拉挤板材内的吸收率与扩散速率，可以大幅度提高碳纤维拉挤板材的耐久性能。蒙脱土具有片状硅酸盐结构，经有机化后，通过一定的制备工艺，其片状硅酸盐结构可以均匀分散于树脂基体中（剥离分散），或树脂基体插入到片状硅酸盐结构内（插层）。由于硅酸盐片层具有二维结构，可以增加水分子在环氧树脂内部的扩散路径，降低水分子的扩散速率，从而提高树脂基体及相应碳纤维拉挤板材的耐久性能。同时，由于良好分散（剥离或插层）的蒙脱土片层具有纳米结构（其厚度约为1纳米），可以提高树脂及其拉挤板材的强度、模量。如何通过简单经济有效的工艺实现蒙脱土与拉挤用环氧树脂体系的高度分散，同时保证改性环氧树脂适用于碳纤维板材的拉挤工艺，成型具有高阻隔性能的土木工程结构加固用拉挤板材，目前还未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种拉挤成型结构加固用拉挤碳纤维板材的改性环氧树脂体系及其制备方法，改性环氧树脂体系不仅具有良好的拉挤性能，同时可以提高碳纤维拉挤板材的强度、模量等力学性能，并具有低的水吸收与扩散系数，具备在恶劣土木工程服役环境下的优异耐久性能。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于拉挤成型结构加固用碳纤维板材的改性环氧树脂体系，其特征在于，按重量份数计，包括如下成分：环氧树脂100份，酸酐类固化剂60～90份，含有环氧基团的小分子化合物0～20份，片状有机化蒙脱土0.5～10份，固化促进剂0.5～5份。所述的环氧树脂选自缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、酚醛类环氧树脂、脂环类环氧树脂的一种或多种。

所述的酸酐固化剂选自甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、十二烯基琥珀酸酐等的一种或多种。

所述的具有环氧基团的小分子化合物选自环氧丙烷、2,3-环氧丙烷甲基醚、苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、甲酚缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、二缩水甘油基苯胺、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、C_12-14烷基缩水甘油醚中的一种或多种。

所述的固化促进剂为咪唑类、酚类的一种或多种。

所述咪唑类固化促进剂，包括，2-乙基-4-甲基咪唑、苄基-2-甲基咪唑、氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑。所述苯酚类固化促进剂为例如2，4，6—三（二甲氨基甲基）苯酚。

所述片状有机化蒙脱土是经过有机阳离子插层处理的蒙脱土。