不同固化溫度下橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑制備及性能分析

摘 要：為保證橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑的應(yīng)用性能，確定膠粘劑的最佳固化溫度，研究不同固化溫度下橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑的制備與性能。準(zhǔn)備環(huán)氧樹脂膠粘劑制備所需的原料與儀器，從環(huán)氧值、固化劑胺用量等方面，確定膠粘劑制備配方。設(shè)定80、100、120、140和160 ℃這5個固化溫度，利用溫度指示控制儀實(shí)現(xiàn)制備環(huán)境溫度的控制，得出不同固化溫度下的環(huán)氧樹脂膠粘劑制備結(jié)果。測試結(jié)果表明，120 ℃固化溫度下橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑的收縮率取值最低，為9.2%，粘接強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和拉伸剪切強(qiáng)度取值最大，由此證明120 ℃固化溫度下的膠粘劑具有更優(yōu)的力學(xué)性能，為最佳固化溫度。

關(guān)鍵詞：固化溫度；橋梁；環(huán)氧樹脂；膠粘劑制備；膠粘劑性能

中圖分類號：TQ433.4 + 37 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0043-04

Preparation and performance analysis of epoxy resinadhesives for bridges at different curing temperatures

QIN Shuguang 1 ，HUANG Kainan 2

（1. Guangxi Pingxuan Expressway Co.，Ltd.，Nanning 530000，China；

2. Guangxi Transportation Science And Technology Group Co.，Ltd.，Nanning 530000，China）

Abstract：In order to ensure the application performance of epoxy resin adhesive for bridges，the optimal curingtemperature of the adhesive was determined，and the preparation and performance of epoxy resin adhesive for bridg?es under different curing temperatures were studied. Prepare the raw materials and instruments required for thepreparation of epoxy resin adhesive，and determine the adhesive preparation formula from the aspects of epoxy val?ue and curing agent amine dosage. The five curing temperatures of 80，100，120，140 and 160 ℃ were set，and thetemperature indicator controller was used to control the preparation environment temperature，and the preparationresults of epoxy resin adhesive at different curing temperatures were obtained. The test results showed that theshrinkage of epoxy resin adhesive for bridge was the lowest at 120 ℃，which was 9.2%，and the adhesive strength，compressive strength and tensile shear strength were the largest，which proved that the adhesive at 120 ℃ curingtemperature had better mechanical properties and is the best curing temperature.

Key words：curing temperature；bridges；epoxy resin；adhesive preparation；adhesive performance

膠粘劑是橋梁加固與施工過程中使用的主要材料之一，而環(huán)氧樹脂是橋梁常用的一種膠粘劑，其核心鏈段由多樣化的有機(jī)化合物構(gòu)成 [1] 。而環(huán)氧樹脂屬于熱固性樹脂，能夠滿足橋梁施工與維護(hù)的使用需求。現(xiàn)階段的膠粘劑制備方法中，提出無醛腰果酚改性胺環(huán)氧樹脂膠粘劑使用腰果酚、糠醛、四乙烯五胺成功合成了無醛腰果酚環(huán)氧樹脂膠粘劑 [1] 。提出新型雙酚S衍生四官能度環(huán)氧樹脂膠粘劑制備方法利用兩步法成功合成了雙酚S四官能度縮水甘油醚 [2] 。提出耐高溫高濕熱環(huán)氧樹脂膠粘劑制備方法采用多功能AG80環(huán)氧樹脂與酚醛環(huán)氧樹脂作為復(fù)合型環(huán)氧樹脂基體 [3] 。提出丁腈橡膠和聚乙二醇增韌環(huán)氧樹脂膠粘劑制備方法 [4] 。提出以三苯基膦為催化劑，通過環(huán)氧基與液態(tài)苯胺的擴(kuò)鏈反應(yīng)制備了一系列熱塑性環(huán)氧樹脂膠粘劑 [5] 。綜上所述，現(xiàn)有的膠粘劑制備方法得出的制備結(jié)果在橋梁工程中均不能保證應(yīng)用效果，為此，在考慮固化溫度的情況下，對橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑制備方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 材料與方法

1.1 制備原料與儀器

環(huán)氧樹脂膠粘劑制備原料：雙酚A型環(huán)氧樹脂

（化學(xué)純，無錫樹脂廠）淡黃至無色透明粘稠液體；雙馬來酰亞胺（工業(yè)品，西北化工研究院）淺棕色或奶油色固體；二氨基二苯甲烷（化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）白色至黃褐色片狀結(jié)晶體；乙酸乙酯（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）無色透明液體；酚醛胺（化學(xué)純，黃山市徽州康佳化工有限公司）淺黃色到棕紅色透明液體；改性聚氨酯（化學(xué)純，鎮(zhèn)江丹徒樹脂廠）乳白微透明液體；丁基縮水甘油醚

（工業(yè)品，天津市博迪化工有限公司）無色透明液體。

環(huán)氧樹脂膠粘劑制備儀器：JA61001電子天平，上海精科天平廠；500 mL三口燒瓶，上海申勝生物技術(shù)有限公司；JJ-1電動攪拌器，WMZK-01溫度指示控制儀；RGD-5電子萬能試樣機(jī)，深圳市瑞格爾儀器有限公司。

1.2 環(huán)氧樹脂膠粘劑制備與應(yīng)用

根據(jù)橋梁工程中的應(yīng)用需求，對各個原料的添加量進(jìn)行計算，并確定各個原料之間的比例系數(shù)。計算參數(shù)包括環(huán)氧值、固化劑、增韌劑和稀釋劑用量等，其中環(huán)氧值的計算式如下：

根據(jù)圖1，通過電子天平稱出公式計算出的制備材料。將一定量的環(huán)氧樹脂與丁基縮水甘油醚稀釋劑放入三口燒瓶中進(jìn)行充分混合，以達(dá)到預(yù)期的稀釋效果和操作性能，確保均勻后將其置于烘箱中。利用電動攪拌器將環(huán)氧樹脂、稀釋劑和固化劑混合進(jìn)行充分?jǐn)嚢?[7-8] 。經(jīng)過真空處理的混合物需靜置脫氣，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中 [9-10] 。在電子萬能試樣機(jī)保溫層的保護(hù)下，啟動溫度指示控制儀，記錄并控制溫度變化，分別在80、100、120、140和160 ℃這5個固化溫度下得出對應(yīng)的環(huán)氧樹脂膠粘劑制備結(jié)果，將其標(biāo)記為試樣1、試樣2、試樣3、試樣4和試樣5。

繪制出膠粘劑固化反應(yīng)的絕熱溫升曲線 [11] 。待樣品完全固化后，取出并進(jìn)行打磨，使其達(dá)到10 mm×10 mm×2 mm的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，成功制備出適用于橋梁使用的環(huán)氧樹脂膠粘劑。

橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑施工流程如圖2所示。

由圖2可知，在80 ℃環(huán)境下烘干，使用潔凈的刮片將膠均勻涂抹于試樣條表面，膠膜層厚度為5 mm。

在橋面環(huán)氧覆層施工過程中，基材及環(huán)境的溫度應(yīng)維持在15 ℃以上，鋪設(shè)混凝土基層時，應(yīng)確保表面處于干燥狀態(tài)，嚴(yán)禁出現(xiàn)積水現(xiàn)象。將已涂膠并配對好的2試樣表面按規(guī)格緊密結(jié)合，通過多次前后挪動 [12-14] ，以促進(jìn)空氣的排出，實(shí)現(xiàn)緊密接觸及精準(zhǔn)定位。

2 性能測定過程與指標(biāo)

在環(huán)氧樹脂膠粘劑的應(yīng)用橋梁上設(shè)置多個測點(diǎn)，保證任意2個測點(diǎn)之間的距離為5 m，準(zhǔn)備千斤頂和單相作業(yè)液壓加載器作為加載設(shè)備，在橋梁的中心位置上，從向內(nèi)、外2個方向施加壓力，記錄不同壓力下橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑形變數(shù)據(jù)的測定結(jié)果 [15] ，如圖3所示。

由圖3可知，分別加載不同固化溫度下制備的橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑制備樣品，記錄反映膠粘劑性能的測定結(jié)果數(shù)據(jù)。記錄膠粘劑的實(shí)時形態(tài)變化情況，得出反映橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑性能的測定結(jié)果，即縱向?qū)Ρ茸罴压袒瘻囟取?/p>

設(shè)置收縮率作為橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑物理性能的測定指標(biāo)，收縮率反映了膠粘劑在固化過程中體積的變化，收縮率指標(biāo)的計算式為：

3 性能測定結(jié)果與分析

將變溫實(shí)驗(yàn)所需的膠粘劑均勻涂抹于其外表面，進(jìn)行單面搭接，控制總搭接長度不超過12 mm，記錄1 h內(nèi)的固化溫度光譜圖像，如圖4所示。

由圖4可知，變化固化溫度下的橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑的紅外光譜圖像會呈現(xiàn)出不同的特征。無論是升溫還是降溫，膠粘劑的高溫固化溫度不會高于單純高溫條件下的固化溫度，低溫固化溫度也不會低于單純低溫條件下的固化溫度。

橋梁各個測點(diǎn)位置上橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑物理性能的測定結(jié)果，如表1所示。

將表1中的數(shù)據(jù)代入到式（4）中，計算得出不同固化溫度下膠粘劑試樣的平均收縮率分別為40.0%、27.5%、9.2%、26.7%和37.5%，由此證明3號膠粘劑試樣的物理性能更優(yōu)。統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，通過式（5）和式

（6）的計算，經(jīng)過測試與分析得出關(guān)于橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑力學(xué)性能的測定結(jié)果，如圖5所示。

由圖5可知，橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑試件3的粘接強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和拉伸剪切強(qiáng)度取值最大，即試件3的力學(xué)性能更高。

以試件3為對象，分析不同固化溫度下橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑的應(yīng)用性能，如圖6所示。

由圖6可知，高溫型橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑的固化性能優(yōu)異，而120 ℃之后，橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑固化效果的最大值卻并無明顯差異，說明120 ℃是橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑制備的最佳固化溫度，固化型環(huán)氧樹脂膠粘劑通常表現(xiàn)出更快的固化速度和更高的固化度，能夠提供卓越的粘接強(qiáng)度和耐久性，確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和安全性。

4 結(jié)語

環(huán)氧樹脂膠粘劑以其卓越的高強(qiáng)度、出色的耐候性以及穩(wěn)固的粘接性能使得橋梁的各個部分能夠緊密連接，形成一個穩(wěn)固的整體。不同的膠粘劑適用于不同的橋梁材料和施工環(huán)境，120℃的固化溫度對橋梁用環(huán)氧樹脂膠粘劑性能的影響最大，為膠粘劑最佳制備條件之一，用以指導(dǎo)橋梁工程最佳施工環(huán)境的設(shè)置。

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（責(zé)任編輯：蘇 幔）