[发明专利]一种碳纤维加固用环氧胶粘剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工新材料或高分子材料领域，具体涉及一种室温固化环氧胶粘剂，特别适用混凝土结构加固中的碳纤维复合材浸渍/粘结用环氧胶粘剂。

背景技术

碳纤维复合材具有质量轻、强度高、易裁剪及更适用于不规则混凝土表面（如弧形）等特点，因此被广泛应用于混凝土结构加固领域。环氧胶粘剂是碳纤维加固混凝土结构的关键材料，其与混凝土及碳纤维具有良好的浸润性，胶体强度高、粘结性能强。未改性的环氧树脂固化后本身呈脆性，采用液体橡胶、核壳结构聚合物、热塑性工程塑料是增加环氧树脂韧性的常规方法（环氧树脂生产与应用.孙曼灵.机械工业出版社.2002:379-390），但上述改性材料制备过程极其复杂，很难在建筑业大规模应用。此外，目前市场上的室温固化双组分环氧胶粘剂在夏季高温环境下适用期偏短，容易发生暴聚，不利于单次大量配胶施工。

专利CN101654606A报道了一种具有良好触变性的碳纤维复合材浸渍/粘结用环氧胶粘剂。该配方体系中并没有选用增韧剂，而且常规酚醛胺固化剂主要用于低温潮湿环境，夏季高温下与环氧树脂反应速率较快。该胶粘剂存在适用期短、脆性大、韧性差等缺点。

专利CN101475788A采用聚氨酯预聚物改性环氧树脂增加胶体的韧性，但并没有在适用期方面采取有效改善措施，夏季高温环境下操作时间偏短，大面积施工需少量重复配料，工作效率不高。

专利CN101265400A提供了一种室温可控固化的建筑胶粘剂。该配方中加有橡胶类增韧剂改善胶体脆性，通过改变促进剂量来调整适用期，该方法过于单一，且配胶时对称量精准度要求较高，操作比较困难。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种夏季施工操作时间较长，适用期较长、具有优异韧性的碳纤维加固用环氧胶粘剂，并提供其制备方法。

本发明所述的碳纤维加固用环氧胶粘剂，由A、B两组分组成，组分A与组分B的质量比为3~4：1。所述组分A包括如下组分：双酚A型环氧树脂100份、聚氨酯预聚物10~20份、活性稀释剂2~10份、无机空心微球2~10份和硅烷偶联剂1~5份；组分B包括如下组分：改性聚酰胺100份、聚醚胺50~90份，上述份数均为重量份。

本发明所述的双酚A型环氧树脂为E51与E44中的一种或二者任意配比的混合物。

本发明所述的聚氨酯预聚物是由分子量为500~2000的聚丙二醇与异氰酸酯（TDI）反应制得，聚丙二醇的分子量直接决定交联点间的长短，影响胶体韧性。本技术领域的技术人员普遍熟悉聚氨酯预聚物的制备方法，通常是将聚丙二醇置于反应釜中，通蒸汽加热到100~110℃，抽真空脱水3~4h，待温度降低至50~60℃，将TDI加入到反应釜中，加入有机锡类催化剂，反应温度为70~80℃，反应时间为60~90min，即得端异氰酸酯的聚氨酯预聚物。本发明中优选TDI与聚丙二醇的摩尔比为n(-NCO):n(-OH)=1.2~1.8，n表示摩尔数，此配比下的聚氨酯预聚体具有较高的储存稳定性。

本发明所述的活性稀释剂为缩水甘油醚类稀释剂，选自丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚或乙二醇二缩水甘油醚中的一种或两种以上任意配比的混合物。

所述无机空心微球为二氧化硅、氧化铝或硼硅酸盐类中的一种或两种以上任意配比的混合物。发明人发现，无机空心微球的空腔直径越小，对性能改善越佳，优选范围为10nm~200μm，无机空心微球能够增加胶体与基材间的接触面积，对冲击力和应力有很好的分散作用，且在受力时诱发界面产生大量银纹，增韧增强显著。而且，无机空心微球的中空腔体结构，能够储存反应释放的热量，有效避免胶体在高温环境下发生暴聚，有利于延长适用期，无机空心球的空腔平均粒径越小，对性能改善越佳。

本发明所述的硅烷偶联剂，选自γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷（KH540）或γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷（KH560）中的一种或两种以上任意配比的混合物。

本发明所述的改性聚酰胺的胺值为200~400（mgKOH/g），是由C₂₁的二元羧酸（酐）与多元胺进行缩聚反应获得的。市售可获得，例如，中国林科院林化所南京科技开发总公司_的商品名为200D（胺值200±20）、300D（胺值300±20）和400D（胺值380±20），以及空气化工产品有限公司生产的Ancamine2445(胺值210)。