改性建筑结构胶的粘接强度与使用寿命对比研究

栗超，王志霞，韦逸飞，张正正

摘要：为开发具有粘接性能强，使用寿命高的建筑结构胶，对比分析了空气中暴露时间、湿热环境、水浸和温度等对原始胶粘剂和改性胶粘剂粘接强度的影響。结果表明，原始胶粘剂和改性胶粘剂的粘接强度都不会随着空气中暴露时间的延长发生明显变化，改性胶粘剂试样的粘接强度略小于或者相当于原始胶粘剂试样，但是其粘接强度仍然满足建筑结构胶对粘接强度的使用要求，且改性胶粘剂的固化温度都相较原始胶粘剂有明显降低，改性胶粘剂2试样的耐水性能和耐高温性能都优于改性胶粘剂1，室温下原始胶粘剂和改性胶粘剂的破坏形式都为内聚破坏。

关键词：建筑结构胶；改性；粘接强度；影响因素

中图分类号：TQ437+.1文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）12-0034-04

Comparative study on the bonding strength and service life of modified building structural adhesives

LI Chao1，2，WANG Zhixia1，WEI Yifei2，ZHANG Zhengzheng1

（1.China Academy of Building Research，Beijing 100013，China；2.Beijing Beikong Real Estate Group Co.，Ltd.，Beijing 100023，China）

Abstract：In order to develop building structural adhesives with strong adhesive performance and long service life，the effects of exposure time in air，humid and hot environment，water immersion and temperature on the bonding strength of the original adhesive and the modified adhesive were compared and analyzed.The results showed that the bonding strength of the original adhesive and the modified adhesive did not change significantly with the extension of exposure time in the air;The adhesive strength of the modified adhesive sample was slightly less than or equal to that of the original adhesive sample，but its adhesive strength still met the use requirements of the building structural adhesive for the adhesive strength，and the curing temperature of the modified adhesive was significantly lower than that of the original adhesive;The water resistance and high temperature resistance of modified adhesive 2 samples were better than that of modified adhesive 1;At room temperature，the original adhesive and the modified adhesive are both in the form of cohesive destruction.At 82 ℃，the original adhesive sample is in the form of cohesive destruction+interface destruction，the modified adhesive 1 sample is in the form of interface destruction，and the modified adhesive 2 sample is in the form of cohesive destruction.

Key words：building structural adhesive;modification;adhesive strength;influence factor

建筑结构胶作为一种具有强度高、承载能力强、耐老化等优点的胶粘剂，在墙体的补强、锚固、局部粘接和建筑工程中的修复、加固等都会用到建筑结构胶[1-3]，且这种胶粘剂在使用过程中施工较为简单，适宜于在具有强力粘接性能的结构件中使用，且服役后使用寿命较高[4]，在建筑工程中关注度较高。研究采用在原始胶粘剂中加入固化剂和固化促进剂的方法，制备了两种不同组分的改性胶粘剂，对比分析了空气中暴露时间、湿热环境、水浸和温度等对原始胶粘剂和改性胶粘剂粘接强度的影响，将有助于低固化温度、高粘接强度的建筑结构胶的开发。

1材料与方法

1.1试验材料

原始胶粘剂为LOCTITE SI 5089热固性环氧树脂胶粘剂，颜色为紫色，气味为无味，状态为黏性流体，黏度40 Pa·s，建议固化温度为175 ℃。固化剂包括添加剂C1（液体，纯度98%）和添加剂C2（液体，纯度98%），固化促进剂CA1（粉体，纯度97%）和CA2（块状固体，纯度98%）。

1.2结构胶改性

取适量固化剂和固化促进剂，加入原始胶粘剂中并充分搅拌混合均匀后制备改性结构胶，共制备了2种改性胶粘剂。质量分数4%C1+质量分数1.2%CA1+5089热固性环氧树脂胶粘剂为改性胶粘剂1，质量分数3%C2+质量分数3%CA2+“5089”热固性环氧树脂胶粘剂为改性胶粘剂2。

1.3测试方法

搭接所用的板材为5083-T6铝合金板，单搭接结构胶拉伸试件示意图如图1所示，胶层厚度为0.15 mm，采用不锈钢片将胶粘剂涂抹在搭接接头上，涂抹均匀后搭接在一起。将搭接试样置于干燥箱中，在设定温度下进行固化，固化一定时间后取出，空冷至室温。采用ASTM D1002-2001标准进行粘接强度测试[11]，拉伸速率为2 mm/min；断口形貌采用徕卡数码相机拍摄。

2结果与分析

图2为建筑结构胶改性前后的粘接强度随空气中暴露时间的变化，其中时间为0表示改性后立即进行粘接。对于原始胶粘剂试样，随着空气中暴露时间的延长，试样的粘接强度变化不大，在空气中暴露5 h时仍然能够粘接；对于改性胶粘剂1，在空气中暴露时间为3 h以上时，由于改性胶粘剂的黏度上升、流动性下降而无法涂抹，其适用期为3 h；对于改性胶粘剂2，在空气中暴露时间为5 h以上时，由于改性胶粘剂的黏度上升、流动性下降而无法涂抹，其适用期为5 h。此外，随着空气中暴露时间的延长，原始胶粘剂和改性胶粘剂的粘接强度都不会发生明显变化，这也就说明只要胶粘剂能够涂抹上，试样的粘接强度就不会受到明显影响。

图3为建筑结构胶改性前后的粘接强度随固化温度和时间的变化，对于改性胶粘剂1，随着固化温度逐渐上升，固化时间为20 min和固化时间为10 min的胶粘剂试样的粘接强度都呈现逐渐上升的趋势。对于改性胶粘剂2，随着固化温度逐渐上升，固化时间为20 min时的胶粘剂试样的粘接强度先减小后增加，固化时间为10 min的胶粘剂试样的粘接强度逐渐上升，且在相同固化温度下，固化时间为20 min的胶粘剂试样的粘接强度大于固化时间为10 min的胶粘剂试样；此外，固化时间为10 min时，原始胶粘剂试样的粘接强度与改性胶粘剂2的粘接强度相当，而固化时间为20 min时原始胶粘剂试样的粘接强度仍然大于改性胶粘剂2的胶粘剂试样。虽然不同固化温度下，改性胶粘剂试样的粘接强度略小于或者相当于原始胶粘剂试样，但是其粘接强度仍然满足建筑结构胶对粘接强度的使用要求[12]，且改性胶粘剂的固化温度都相较原始胶粘剂有明显降低。此外，相较而言，固化时间对改性胶粘剂1的影响相对改性胶粘剂2更小，且改性胶粘剂2的粘接强度的波动性较大，稳定性较小。

图4为湿热环境对建筑结构胶改性后的粘接强度的影响，对比分析了无湿热环境暴露和湿热环境38 ℃、相对湿度96%暴露12 h条件下改性胶粘剂的粘接强度变化。对于改性胶粘剂1，无湿热环境暴露条件下胶粘剂试样的粘接强度高于湿热环境暴露条件下的试样；对于改性胶粘剂2，无湿热环境暴露条件下胶粘剂试样的粘接强度低于湿热环境暴露条件下的试样。此外，在相同环境暴露条件下，改性胶粘剂2试样的粘接强度都高于改性胶粘剂1，且整体而言，湿热环境对改性胶粘剂1和改性胶粘剂2试样的粘接强度影响不大，这主要是因为湿热环境不会改变铝基体与改性胶粘剂的成键能力的缘故[13-15]。

图5为水浸对建筑结构胶改性前后粘接强度的影响，分别列出了无水浸、水浸5 min以及室温24 h后改性胶粘剂的粘接强度测试结果。对于无水浸试样，改性胶粘剂1试样的粘接强度明显小于改性胶粘剂2试样；对于水浸5 min试样，改性胶粘剂1试样的粘接强度明显小于改性胶粘剂2试样；对于室温24 h处理后的试样，改性胶粘剂1试样的粘接强度明显小于改性胶粘剂2试样。可见，无论是无水浸、水浸5 min还是室温24 h后改性胶粘剂试样，改性胶粘剂2试样的粘接强度都高于改性胶粘剂1，可见，改性胶粘剂2试样的耐水性能优于改性胶粘剂1。

图6为温度对建筑结构胶改性前后粘接强度的影响，分别列出了室温和82 ℃加热0.5 h条件下胶粘剂的粘接强度变化。对于原始胶粘剂和改性胶粘剂1试样，加热后的粘接强度明显低于室温，而改性胶粘剂2试样在加热后的粘接强度略低于室温试样，且其在82 ℃加热0.5 h后的粘接强度明显高于原始胶粘剂试样和改性胶粘剂1试样。由此可见，高温会对胶粘剂试样的粘接强度造成明显影响，这主要是因为高温下胶粘剂内部的分子交联作用会受到破坏[16]，而改性胶粘剂2的耐高温性能要优于改性胶粘剂1和原始胶粘剂试样。

对于原始胶粘剂试样，室温断口形貌中可见其破坏形式为内聚破坏，而高温断口形貌中可见破坏形式为内聚破坏+界面破坏，这主要是因为高温环境会破坏结构胶的内部分子交联结构所致[17]；对于改性胶粘剂1试样，室温断口形貌中可见其破坏形式为内聚破坏，而高温断口形貌中可见破坏形式为界面破坏，这主要是因为高温环境下改性胶粘剂发生了软化，胶粘剂虽然粘附在铝基体上，但是耐高温性能较差[18-19]；对于改性胶粘剂2试样，室温断口形貌中可见其破坏形式为内聚破坏，而高温断口形貌中可见破坏形式为内聚破坏，这主要是因为高温环境下改性胶粘剂2的耐高温性能较好，仍然可以与铝基体具有较好的结合力[20]。断口形貌的观察结果与图6的粘接强度测试结果相吻合。

3結语

（1）随着空气中暴露时间的延长，原始胶粘剂和改性胶粘剂的粘接强度都不会发生明显变化，试样的粘接强度就不会受到空气中暴露时间的明显影响;

（2）不同固化温度下，改性胶粘剂试样的粘接强度略小于或者相当于原始胶粘剂试样，但是其粘接强度仍然满足建筑结构胶对粘接强度的使用要求，且改性胶粘剂的固化温度都相较原始胶粘剂有明显降低;

（3）无论是无水浸、水浸5 min，还是室温24 h后改性胶粘剂试样、改性胶粘剂2试样的粘接强度都高于改性胶粘剂1。由此可知，改性胶粘剂2试样的耐水性能优于改性胶粘剂1。改性胶粘剂2试样在加热后的粘接强度略低于室温试样，且其在82 ℃加热0.5 h后的粘接强度明显高于原始胶粘剂试样和改性胶粘剂1试样。

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