不同填料的配比對醫院建筑修繕用膠粘劑影響研究

王姣 趙立華

摘 要：針對填料種類和填料復配對膠粘劑試樣稠度、拉剪強度和壓剪強度的影響問題，優化了填料復配比例。結果表明，在進行填料復配處理后，ZT-100/A23復配體系的稠度相對ZT-100有所增加，可以一定程度上解決稠度大而難以攪拌的問題。隨著ZT-100/A23填料配比或者ZT-100/400A填料配比從1∶2增加至9∶1，膠粘劑試樣的拉剪強度和壓剪強度都呈現先增加后減小的特征，在填料配比為1∶1時取得拉剪強度和壓剪強度最大值。膠粘劑體系的熱重從大至小順序依次為：A23、ZT-100/A23、ZT-100；復配填料膠粘劑的熱重介于2種單一填料之間，且填料A23的耐熱性能最好，ZT-100/A23填料的耐熱性次之。

關鍵詞：醫院修繕；膠粘劑；填料種類；填料復配；力學性能

中圖分類號：TQ433.4+37

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2024）03-0027-04

Research on the effect of different filler proportions on adhesives for medical building repair

WANG Jiao1，ZHAO Lihua2

（1.The Fourth Hospital of Hebei Medical University，Shijiazhuang 050011，China;

2.North China University of Science and Technology，Tangshan 063210，Hebei China）

Abstract：In response to the influence of filter types and combinations on the viscosity，tensile shear strength，and compressive shear strength of adhesive samples，the filler combination ratio was optimized.The results showed that after the filler compounding treatment，the viscosity of the ZT-100/A23 compounding system increased compared to ZT-100，which solved the problem of high viscosity and difficulty in stirring to some extent.As the ratio of ZT-100/A23 filler or ZT-100/400A filler increased from 1∶2 to 9∶1，the tensile and compressive shear strength of the adhesive sample showed a characteristic of first increasing and then decreasing.The maximum values of tensile and compressive shear strength were obtained when the filler ratio was 1∶1.The thermal weight of the adhesive system in descending order was： A23，ZT-100/A23 and ZT-100.The thermal weight of the composite filler adhesive was between two types of single fillers，and the heat resistance of filler A23 was the best，followed by the heat resistance of ZT-100/A23 filler.

Key words：hospital repair;adhesive;type of filler;filler compounding;mechanical property

為了有效利用并適當擴大醫療用房面積，急需對大型醫院建筑進行修繕，這個過程中不可避免需要用到修復用環氧樹脂膠粘劑［1］。要確保醫院修繕項目進度合理、工程質量過硬，需要加強對修復膠粘劑的控制［2］;其中，環氧樹脂膠粘劑以其性能穩定、韌性好和使用壽命長等特點［3］已在建筑修復工程中應用較為廣泛，這就需要對組成環氧樹脂膠粘劑的成分配比進行優化［4-7］，填料作為環氧樹脂膠粘劑的重要組成部分的研究報道較少［8-9］，具體填料選擇和復配比例等對膠粘劑力學性能的影響規律也不清楚［10-12］。在此基礎上，基于項目進度管理的醫院修復用膠粘劑需要，考察了調料種類和填料復配對膠粘劑試樣稠度、拉剪強度和壓剪強度的影響，并優化了填料復配比例。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

為制備出醫院修繕用環氧樹脂膠粘劑，選取市售128R型雙酚A環氧樹脂（50 phr）、6610型固化劑（5 phr）、AGE稀釋劑（5 phr）、PPG-2000型增韌劑（5 phr）、DMP-30型促進劑（1 phr）、HL-200型觸變劑（2.5 phr）、KH-500偶聯劑（1.5 phr）和不同填料（余量）為原料，其中，“phr”為每100份中添加的含量。

試驗選取了4種市售無機填料，分別為ZT-100輕質碳酸鈣、A23重質碳酸鈣、400A滑石粉和10-HB重晶石粉，平均粒徑分別為0.07 、1.98、9.92和3.48 μm，吸油值分別為22.4、18.9、57.4和17.8 g/（100 g）。

1.2 膠粘劑試樣制備

按照預設的膠粘劑成分配比制備膠粘劑，制備過程中預先加入環氧樹脂、稀釋劑、增韌劑，并在室溫真空條件下持續攪拌30 min，去泡后加入偶聯劑和填料并繼續真空攪拌，脫泡后得到組分A；按照預設的膠粘劑成分配比加入固化劑、促進劑并在室溫真空條件下持續攪拌30 min，去泡后加入偶聯劑和填料并繼續真空攪拌，脫泡后得到組分B。將組分A和組分B按照一定質量比混合均勻，均勻涂抹在石材基材表面，壓實后固化得到粘接性能測試試樣［13］，其中，拉剪和壓剪性能測試試樣的膠接面積分別為25 mm×12.5 mm和50 mm×20 mm。

1.3 測試方法

取20 mL膠粘劑置于2個玻璃板間，用2 kg砝碼加載2 min，以膠粘劑擴散的直徑作為稠度［14］；根據JC 887—2001《干掛石材幕墻用環氧膠粘劑》標準［15］對膠粘劑式樣進行壓剪強度和拉剪強度測試，每個試樣取6根并以測試結果平均值作為最終結果，并根據GB/T 16997《膠粘劑主要破壞類型的表示法》記錄破壞類型［16］；采用210B4型熱重分析儀測試膠粘劑的熱重曲線；使用日立S-4800型掃描電子顯微鏡觀察斷口形貌。

2 試驗結果與分析

2.1 填料選擇

表1為不同填料的膠粘劑的稠度（C）、拉剪強度（Ls）和壓剪強度（Ys）測試結果。

由表1可見，當選取輕質碳酸鈣為填料時，組分A稠度為81 mm、組分B稠度為73 mm，膠粘劑試樣的拉剪強度為11.1 MPa、壓剪強度為22.3 MPa、浸水7 d拉剪強度為25.7 MPa、80 ℃下7 d壓剪強度為26.1 MPa；當選取重質碳酸鈣為填料時，組分A稠度為156 mm、組分B稠度為121 mm，膠粘劑試樣的拉剪強度、壓剪強度、浸水7 d拉剪強度和80 ℃下7 d壓剪強度都相對選取輕質碳酸鈣為填料時有所減小；當選取滑石粉為填料時，組分A稠度為106 mm、組分B稠度為91 mm，膠粘劑試樣的拉剪強度為7.1 MPa、壓剪強度為16.1 MPa、浸水7 d拉剪強度為25.1 MPa、80 ℃下7 d壓剪強度為25.4 MPa；當選取重晶石粉為填料時，組分A和組分B稠度都較大，膠粘劑試樣的拉剪強度為8.1 MPa、壓剪強度為17.5 MPa、浸水7 d拉剪強度為20.8 MPa、80 ℃下7 d壓剪強度為25.6 MPa?？梢?，選取不同填料時，膠粘劑的稠度以及試樣的拉剪強度和壓剪強度都會發生變化。

進一步對填料進行復配，并研究了填料復配對醫院修繕用膠粘劑強度的影響，結果如表2所示，復配比例為1.5∶1。

由表2可見，當選取ZT-100/A23復配時，組分A稠度為106 mm、組分B稠度為91 mm，膠粘劑試樣的拉剪強度為11.7 MPa、浸水7 d拉剪強度為23.1 MPa、壓剪強度為26.8 MPa；當選取ZT-100/400A復配時，組分A稠度為98 mm、組分B稠度為83 mm，膠粘劑試樣的拉剪強度為10.1 MPa、浸水7 d拉剪強度為20.2 MPa、壓剪強度為25.9 MPa。對比分析可知，在進行填料復配處理后，ZT-100/A23復配體系的稠度相對ZT-100有所增加，可以一定程度上解

決稠度大而難以攪拌的問題。

2.2 填料配比優化

圖1為ZT-100/A23填料配比對膠粘劑試樣拉剪強度和壓剪強度的影響。

由圖1可見，隨ZT-100/A23填料配比從1∶2增加至9∶1，膠粘劑試樣的拉剪強度和壓剪強度都呈現先增加后減小的特征，在ZT-100/A23填料配比為1∶1時取得拉剪強度和壓剪強度最大值。主要是因為這2種填料的平均粒徑不同，在復配過程中尺寸較小的顆粒可以填充到大顆粒中，使得膠粘劑體系更加密實［17］，并表現出較好的力學性能。

圖2為ZT-100/400A填料配比對膠粘劑試樣拉剪強度和壓剪強度的影響。

由圖2可見，隨著ZT-100/400A填料配比從1∶2增加至9∶1，膠粘劑試樣的拉剪強度和壓剪強度也都呈現先增加后減小的特征，在ZT-100/400A填料配比為1∶1時取得拉剪強度和壓剪強度最大值。這主要是因為填料400A為層片狀結構，在復配過程中尺寸較小的400A顆?？商畛涞酱箢w粒中，使得膠粘劑體系更加密實，拉剪強度和壓剪強度會因此而增大；但當400A填料增到一定程度時，膠粘劑體系中的縫隙已經被小顆粒填滿［18］，繼續增加400A填料只會產生局部堆積，造成分散不均勻的現象而降低拉剪強度和壓剪強度。

從圖1和圖2的測試結果可知，ZT-100/A23填料配比為1∶1時膠粘劑的拉剪強度和壓剪強度要高于ZT-100/400A填料配比為1∶1的膠粘劑試樣。

進一步對不同ZT-100/A23填料配比的膠粘劑試樣的斷口形貌進行了觀察，結果如圖3所示。

由圖3可見，當ZT-100/A23填料配比為1∶1時，膠粘劑體系中當ZT-100和A23填料分散都較為均勻、致密，未見異常聚焦或者缺陷存在；隨著ZT-100/A23填料配比增加，在膠粘劑體系中可以發現局部填料聚集和團聚，影響膠粘劑體系的均勻性和致密性，相應的拉剪強度和壓剪強度會減小［19］，這與前述的力學性能測試結果相吻合。

圖4為單一填料和復配填料膠粘劑的熱重曲線。

由圖4可知，隨溫度上升，ZT-100填料、ZT-100/A23復配填料和A23填料的熱重曲線都較為相似，在溫度為350～450 ℃時，膠粘劑體系的熱重降低較為明顯（對應膠粘劑體系中C—O結構的斷鍵［20］）；在其余溫度下熱重相對較為平穩。此外，對比分析可知，在溫度為550 ℃時，膠粘劑體系的熱重從大至小順序依次為：A23、ZT-100/A23、ZT-100。由此可得出，復配填料膠粘劑的熱重介于2種單一填料之間，且填料A23的耐熱性能最好，而ZT-100/A23填料的耐熱性次之。結合醫院修繕用膠粘劑的應用需求，適宜選取ZT-100/A23填料配比為1∶1的填料制備膠粘劑。

3 結語

（1）當選取ZT-100/A23復配時，組分A稠度為106 mm、組分B稠度為91 mm，膠粘劑試樣的拉剪強度為11.7 MPa、浸水7 d拉剪強度為23.1 MPa、壓剪強度為26.8 MPa。當選取ZT-100/400A復配時，組分A稠度為98 mm、組分B稠度為83 mm，膠粘劑試樣的拉剪強度為10.1 MPa、浸水7 d拉剪強度為20.2 MPa、壓剪強度為25.9 MPa;

（2）隨著ZT-100/A23填料配比從1∶2增加至9∶1，膠粘劑試樣的拉剪強度和壓剪強度都呈現先增加后減小的特征，在ZT-100/A23填料配比為1∶1時取得拉剪強度和壓剪強度最大值。隨著ZT-100/400A填料配比從1∶2增加至9∶1，膠粘劑試樣的拉剪強度和壓剪強度也都呈現先增加后減小的特征，在ZT-100/400A填料配比為1∶1時取得拉剪強度和壓剪強度最大值;

（3）ZT-100填料、ZT-100/A23復配填料和A23填料的熱重曲線都較為相似，在溫度350～450 ℃時，膠粘劑體系的熱重降低較為明顯，而在其余溫度下熱重相對較為平穩。在溫度為550 ℃時，膠粘劑體系的熱重從大至小順序依次為：A23、ZT-100/A23、ZT-100;

（4）基于項目進度管理的醫院修繕用膠粘劑的填料優選ZT-100/A23填料配比為1∶1，此時膠粘劑試樣具有良好的力學性能。

【參考文獻】

［1］ 余春秀，王云凱，賀子娟，等.電子封裝用環氧膠粘劑改性研究進展［J］.材料導報，2023，37（15）：241-250.

［2］ 廖宏，吳冶平，陳茂斌.耐低溫環氧膠粘劑研究進展［J］.熱固性樹脂，2018，33（2）：56-59.

［3］ 邵康宸，卜彥強，史洪源，等.導熱性膠粘劑的制備與性能［J］.粘接，2022，49（6）：13-16.

［4］ 林浩，周秀茹.填料對橋梁加固用環氧樹脂膠粘劑性能的影響研究［J］.粘接，2018，39（3）：31-34.

［5］ 戚軍超，王保玉，趙直，等.古瓷器修復中環氧樹脂膠粘劑粘接初步研究［J］.陶瓷，2022（12）：68-72.

［6］ 馬文嬌.環氧樹脂導熱膠粘劑研究進展［J］.信息記錄材料，2017，18（9）：9-11.

［7］ 曹文愷，曹先啟，陳澤明，等.室溫固化有機耐燒蝕膠粘劑的制備［J］.化學與粘合，2021，43（6）：425-428.

［8］ 肖智安.橋梁填料工藝下的橋梁加固用環氧樹脂膠粘劑性能研究［J］.粘接，2021，47（7）：26-28.

［9］ 介艷良，郝磊，閆樹軍，等.城軌車輛用膠粘劑性能的影響因素研究［J］.合成材料老化與應用，2021，50（6）：84-86.

［10］ 黃家峰，蔣寅，顧志偉，等.雙官腰果酚縮水甘油醚改性E-51環氧膠粘劑［J］.熱固性樹脂，2022，37（3）：27-31.

［11］ 呂強.環氧樹脂建筑結構膠粘劑的性能研究［J］.粘接，2020，41（4）：16-20.

［12］ ELISBERG B，KHRAISHI T.Experiments and modelling of adhesive failure initiation of an epoxy underfill：a study of electronic packaging survivability［J］.International Journal of Theoretical and Applied Multiscale Mechanics，2022，4（1）：1-26.

［13］ 陳澤明，寧志強，曹先啟，等.無機填料對環氧樹脂膠粘劑的粘接性能的影響［J］.化學與粘合，2020，42（2）：96-98.

［14］ 劉漢超，周永，李利偉，等.高觸變性無填料水性環氧膠粘劑的制備與應用［J］.新型建筑材料，2022，49（3）：118-122.

［15］ 呂強.環氧樹脂建筑結構膠粘劑的性能研究［J］.粘接，2020，41（4）：16-20.

［16］ 董黎明，周俊，黃菊，等.聚丙烯酸酯乳液木材組裝膠粘劑的制備與性能研究［J］.現代鹽化工，2016，43（3）：16-18.

［17］ 魏運召，趙漢清，馬寒冰，等.低膨脹系數環氧膠粘劑的制備與性能研究［J］.粘接，2021，47（8）：13-16.

［18］ 王平，廖偉超，舒暢.無溶劑型熱熔壓敏膠的制備及影響因素研究［J］.廣東化工，2021，48（12）：30-32.

［19］ 張少青，周建忠，王剛.一種中溫快速熱固化單組份環氧膠制備［J］.粘接，2019，40（5）：129-132.

［20］ 曹國靜，譚蕾，李翠芹，等.填料改性環氧樹脂粘鋼膠的制備及性能研究［J］.廣東化工，2020，47（4）：25-26.

收稿日期：2023-11-21；修回日期：2024-02-21

作者簡介：王 姣（1989-），女，工程師，研究方向：醫院基建項目質量與建筑材料；E-mail：wjtdgg2008@126.com。

基金項目：河北省衛生健康委醫學科學研究課題計劃項目（項目編號：20230850）。

引文格式：王 姣，趙立華.不同填料的配比對醫院建筑修繕用膠粘劑影響研究［J］.粘接，2024，51（3）：27-30.