環(huán)氧膠黏劑的粘結特性研究

江一杭，鄧樹斌，李 波，劉鮮紅

(天津東汽風電葉片工程有限公司 天津300480)

環(huán)氧膠黏劑的粘結特性研究

江一杭，鄧樹斌，李 波，劉鮮紅

(天津東汽風電葉片工程有限公司 天津300480)

風電葉片制造中會廣泛使用到環(huán)氧膠黏劑。在實際的應用中，粘結質量卻受多種因素影響。對幾種可能影響粘結質量的情況進行了模擬。試驗結果表明，撕除脫模布后的玻璃鋼界面的粘結效果最佳，表面用樹脂浸潤過后，粘結性能反而降低。膠黏劑凝膠后，粘結效果也會明顯下降，而在高濕度條件環(huán)境下，會加速粘結效果的下降。同時，實驗發(fā)現(xiàn)，粘結時的壓緊程度、后固化條件都對粘結效果有明顯影響。

環(huán)氧膠黏劑 玻璃鋼 樹脂 凝膠時間

0 引 言

環(huán)氧膠黏劑具有膠黏劑強度高、抗剝離、抗沖擊、韌性好、收縮小、蠕變小、耐介質腐蝕性良好等諸多優(yōu)點，在風電葉片制造行業(yè)中廣泛使用。然而在實際的應用中，粘結質量卻受多種因素制約，如：粘結界面處理、粘結時間控制、環(huán)境因素、混膠情況、固化程度等等，這些都將影響最終的粘結效果。本實驗從以上幾方面情況出發(fā)，并結合風電葉片粘結過程中可能出現(xiàn)的問題，對環(huán)氧膠黏劑的粘結特性進行系統(tǒng)的研究。研究主要內容包括：

①界面處理方式對粘結性能影響，包括：樹脂浸潤界面、脫模劑界面、正常脫模布界面等。

②粘結時間對粘結強度的影響，包括：膠黏劑凝膠前后的粘結強度對比(在常規(guī)條件和高濕度條件下粘結)。

③其他情況對比，主要有：后固化方式，粘結壓緊程度等。

以上項目中的粘結性能主要通過測試FRP與膠黏劑間的剪切強度來評估。實驗試樣均采用某進口品牌的環(huán)氧粘結。

1 試驗過程與數(shù)據(jù)

1.1 各類粘結界面的粘結強度測試

采用 6層單向布樣條，進行表面預處理后，制作成剪切測試樣條進行性能測試。圖1為樣條處理后的表面狀態(tài)。

圖1 樣條的不同表面處理狀態(tài)Fig.1 Different surface treatment states of samples

測試結果見表 1，破壞形貌見圖2。樣條固化條件為常溫10,h，70,℃ 8,h。

由測試結果及破壞型式可見，膠黏劑除了與涂有脫模劑的界面發(fā)生脫離外，與其他界面均結合良好。樹脂清洗過的粘結界面會在一定程度上降低粘結強度。

為進一步驗證樹脂浸潤過的粘結界面與普通膠黏劑界面的粘結效果區(qū)別，特別進行了厚板粘結模擬，并進行人工破壞，觀察界面破壞效果(粘結樣板尺寸為 15,cm×30,cm，粘結厚度約1,cm)。

表1 不同界面的粘結性能結果Tab.1 Bonding performances of different interfaces

圖2 不同界面的粘結破壞形貌圖Fig.2 Adhesive failure images of different interfaces

圖3 不同界面的厚板粘結破壞形貌圖Fig.3 Adhesive failure images of thick plates of different interfaces

從破壞情況來看，無論粘結界面上是否采用樹脂浸潤，膠黏劑與FRP均能良好結合，最終破壞型式都為FRP的纖維層間剝離(見圖3)。

從測試結果可以看出，最理想的粘結界面為撕除脫模布的清潔的FRP表面。樹脂清洗過的FRP表面會降低膠黏劑自身對界面的浸潤效果，因而降低最終的粘結強度，但對膠黏劑與FRP結合無實質性影響。

1.2 粘結時間對粘結強度的影響

雙組分膠黏劑自混配好后即開始反應，粘度逐漸增大，一段時間之后，粘結性能便開始明顯下降，因此，有效的粘結必須將操作時間控制在膠黏劑的凝膠時間以內。以下對膠黏劑凝膠前后的粘結強度對比測試。

將膠黏劑預先涂于FRP樣條一端，在室溫條件下放置1,h和 2,h，再分別將 FRP樣條與另一樣條粘結。樣條粘結過程中，為不破壞已凝膠的膠黏劑表面，F(xiàn)RP與膠黏劑表面僅輕輕接觸，未施加額外壓力。

選用凝膠時間相對更長的某國產品牌膠黏劑，與進口膠黏劑進行對比。由于環(huán)境濕度對膠黏劑表面凝膠時間有一定影響，因此同時進行常規(guī)條件和 80%,相對濕度條件的粘結性能對比。測試結果見表2。

表2 不同膠黏劑時間的粘結效果對比Tab.2 Comparison of bonding effects of different adhesives under different bonding time

制樣時為不破壞已凝膠的膠黏劑表面，使得粘結難度較大，實際的粘結面積與需要的粘結面積有一定偏差，導致測試數(shù)據(jù)與理論情況存在部分偏離，因此結果僅供參考。由測試數(shù)據(jù)可見：

①膠黏劑露置時間越長，粘結性能越差。主要由于膠黏劑的粘度隨反應時間增大，對界面的浸潤能力隨之降低，導致膠黏劑效果下降。

②從測試結果和樣條破壞情況來看，凝膠后膠黏劑對FRP的浸潤性較差，難以結合，樣條破壞型式多為粘結界面脫離。

③從制樣過程中觀察，環(huán)境濕度越高，膠黏劑表面凝膠越快(表面結膜)，導致粘結效果隨時間的下降更明顯。

④在同等環(huán)境條件下，國產膠黏劑凝膠時間明顯長于進口。

1.3 其他粘結情況對比

對正常條件固化(常溫 10,h，70,℃，8,h)與未經高溫后固化粘結(常溫10,h)情況對比，測試結果見表3。

可見，進口環(huán)氧膠黏劑在常溫條件下固化足夠的時間，剪切強度可達到80%,以上。

對比壓緊程度對粘結效果的影響，在粘結樣條時將膠黏劑預涂于樣條一側，使膠黏劑界面于空氣中露置1,h和2,h，再進另一側樣條粘結，粘結時采取緊壓和輕壓方式。測試結果見表4。

表3 正常固化與室溫固化粘結性能對比Tab.3 Bonding performances of normal curing and room temperature curing

表4 壓緊程度對粘結效果的對比Tab.4 Impact of compaction degrees on bonding effects

可見，在膠黏劑表面凝膠后，如進行緊壓粘結，可以破壞凝膠的表面，使膠黏劑與 FRP很好的結合，從而提高粘結強度。

同以上壓緊的粘結方式，使膠黏劑的界面于空氣中露置1,h和 2,h(凝膠后)，而待粘的 FRP樣條表面用樹脂浸潤，再進行粘結。測試結果見表5。

由前部分測試結果已知，膠黏劑表面凝膠后，會降低其對FRP界面的浸潤滲透性，從而降低粘結強度。但從以上數(shù)據(jù)可推知，膠黏劑凝膠后，如在 FRP表面用樹脂進行浸潤，可以增加膠黏劑的浸潤效果，從而在一定程度上提高粘結強度(但最終粘結效果仍不及未凝膠的膠黏劑)。

表5 正常界面與樹脂浸潤界面在不同時間粘結的對比Tab.5 Performances of normal interface and resinsoaked interface under different bonding time

2 結 語

環(huán)氧膠黏劑與被粘結表面之間的浸潤滲透效果是粘結質量的關鍵。從外界條件來看，被粘物體表面被灰塵污染、被樹脂擦洗、含有水分，或覆蓋有脫模劑，都將影響到膠黏劑與物體表面的浸潤滲透，最終影響到膠黏劑強度；而從環(huán)氧膠黏劑自身來看，隨著膠黏劑的凝膠化，其對物體界面的浸潤能力也會逐漸下降(高溫高濕環(huán)境會加劇這一過程)，直到最終喪失粘結力。因此，在實際使用過程中，必須從以上兩方面監(jiān)控粘結過程，規(guī)范粘結操作，提高操作人員對膠黏劑特性的認識，才能避免粘結質量問題的發(fā)生?！?/p>

［1］ 劉敬福，李赫亮，李智超，等. 環(huán)氧膠黏涂層及耐磨性研究[J]. 煤炭科學技術，2002(9)：30-32.

［2］ 宋平軍，張君. 室溫快速固化環(huán)氧膠黏劑的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 黑龍江科學，2013(1)：40-41.

［3］ 佚名. 中國高端環(huán)氧膠黏劑發(fā)展前景廣泛[J]. 浙江化工，2009(4)：39-40.

Bonding Properties of Epoxy Adhesives

JIANG Yihang，DENG Shubin，LI Bo，LIU Xianhong
(Tianjin Dongqi Wind Turbine Blade Engineering CO.，LTD，Tianjin 300480，China)

Epoxy adhesives have been widely used in wind turbine blade manufacturing. In practical applications，however，bond quality is influenced by many factors. In this paper，several situations that may affect bond quality were simulated. Results showed that the interface of fiberglass-reinforced plastics with peeling ply showed the best bonding properties and bonding properties decreased after the surface was soaked with resin. Gelled adhesive showed poor bonding performance. Especially under an environment with high humidity，the decease of boding effect fastened. It was found that bonding properties were also influenced by the compression degree during the bonding process and post curing conditions.

epoxy adhesive；fiberglass-reinforced plastics；resin；gel time

TQ433.4+3

A

1006-8945(2015)07-0028-03

2015-07-06