環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠用于玻璃基材粘接老化性能的研究

屈雪艷 胡生祥 楊忠奎 吳歡 曹興園 張燕

摘要：文章采用兩種工程加固用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠作為研究對象，研究了它們在水、高溫（80℃、120℃）、水紫外、化學(xué)介質(zhì)（酸霧、鹽霧、清潔劑）條件下老化一定時間后，對鋼化玻璃一鋁合金粘接性能的變化情況。結(jié)果表明，兩種膠在水、高溫（80℃、120℃）、酸霧、鹽霧、清潔劑條件下老化后強(qiáng)度保持相對較好，而水紫外老化10d后強(qiáng)度下降就較為明顯，120℃60d后拉剪強(qiáng)度為20MPa左右，此時玻璃出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象?？梢?，兩種膠在水紫外和120℃條件下對玻璃型材工程較不適用，其他條件下對這兩種膠的選用可根據(jù)實際情況來確定。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠;玻璃;老化

中圖分類號：TQ437文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）07-0009-04

近年來，隨著玻璃加工及玻璃結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，使用玻璃材料作為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的建筑大量出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)玻璃成為建筑玻璃應(yīng)用的最新趨勢。然而，國內(nèi)目前缺少對于玻璃結(jié)構(gòu)的設(shè)計（結(jié)構(gòu)分析及承載力、變形、構(gòu)造設(shè)計等）、施工、工程驗收、使用維護(hù)以及性能評定等相關(guān)技術(shù)規(guī)定，未能形成可以指導(dǎo)工程實踐的具體方法。因此，將“玻璃結(jié)構(gòu)防倒塌的關(guān)鍵理論和技術(shù)”課題列入了我國“十三五”國家重點研發(fā)計劃，開展玻璃結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究和規(guī)范的編制不僅能夠極大地促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展，同時對于完善我國標(biāo)準(zhǔn)體系也具有重要意義。玻璃建筑中多采用硅酮膠、聚硫膠等彈性材料作為中空玻璃、玻璃幕墻等用密封材料，但在高強(qiáng)度玻璃結(jié)構(gòu)件粘接如鋁型材、不銹鋼與玻璃的接縫粘接中，硅酮膠、聚硫膠不能滿足要求，如果采用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠可能會滿足這一要求，所以環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠用于玻璃基材的性能考察對該項目的研究及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的起草等將會起到一定的指導(dǎo)意義。

文章采用兩種工程加固用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠作為研究對象，參照GB50728《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制樣和性能測試。另參照GBl6776《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》及JG/T475《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》標(biāo)準(zhǔn)中的實驗方法，研究了兩種環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠在耐水、耐高溫（80℃、120℃）、耐紫外、耐化學(xué)介質(zhì)（酸霧、鹽霧、清潔劑）條件下老化后對鋼化玻璃一鋁合金粘接性能的變化。

1 試驗部分

1.1主要試驗材料

環(huán)氧工程加固膠1（T1）：鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司;環(huán)氧工程加固膠2（T2）：市售國外品牌;鋼化玻璃：規(guī)格60mm×60mm×8mm，市售;鋁合金：規(guī)格100mm×25mm×3mm，市售。

1.2實驗儀器

微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)，CMT4304，深圳新三思材料檢測有限公司;水紫外線輻照試驗箱，自制;電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司;清潔劑老化試驗箱，自制;鹽霧腐蝕試驗箱，上海林頻儀器股份有限公司;二氧化硫氣體腐蝕試驗箱，上海林頻儀器股份有限公司。

1.3試樣制備

①參照GB50728中表4.2.2-2的各項要求，對兩種環(huán)氧工程加固膠分別制備拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、鋼對鋼拉剪強(qiáng)度、鋼對鋼粘接拉伸強(qiáng)度、鋼對鋼T沖擊剝離長度、鋼對C45混凝土正拉粘接強(qiáng)度試樣。

②參照GB7124-2008中的方法，制備鋼化玻璃一鋁合金剪切試樣，粘接面積為（25*8）mm，制成后試片如下圖所示;試樣在標(biāo)準(zhǔn)條件[溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%]下養(yǎng)護(hù)7天后，在標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行拉剪性能測試，拉剪速度為2mm/min，并記錄粘接破壞形式。

1.4浸水試驗

將養(yǎng)護(hù)后的試樣放在溫度（23±2）℃的去離子水中，浸泡不同時間后取出，在10min內(nèi)進(jìn)行拉剪性能測試，記錄破壞形式。

1.5清潔劑浸泡老化試驗

將養(yǎng)護(hù)后的試樣放入清潔劑老化試驗箱中，設(shè)定溫度（45±1）℃，采用濃度1%的清潔劑水溶液浸泡一定時間后取出，在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置24h，進(jìn)行拉剪性能測試，記錄破壞形式。

1.6水-紫外加速老化試驗

將養(yǎng)護(hù)后的試樣放入水-紫外老化試驗箱中，設(shè)定試樣表面輻照度（60±5）W/m²、波長300nm、溫度（45±1）℃，老化處理一定時間后取出，在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置24h，進(jìn)行拉剪性能測試，記錄破壞形式。

1.7酸霧老化試驗

將養(yǎng)護(hù)后的試樣放入酸霧老化試驗箱中，設(shè)定溫度（40±3）℃、0.2L/300ml氣體濃度，老化處理一定循環(huán)次數(shù)后取出，在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置24h，進(jìn)行拉剪性能測試，記錄破壞形式。

1.8鹽霧老化試驗

將養(yǎng)護(hù)后的試樣放入鹽霧老化試驗箱中，設(shè)定溫度（35±1）℃，老化處理一定時間后取出，在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置24h，進(jìn)行拉剪性能測試，記錄破壞形式。1.9高溫（80℃、120℃）老化實驗

將養(yǎng)護(hù)后的試樣分別放入80℃、120℃老化試驗箱中，老化處理一定時間后取出，在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置24h，進(jìn)行拉剪性能測試，記錄破壞形式。

2結(jié)果與討論

2.1兩個環(huán)氧工程加固膠參照GB50728測試所得基本性能如下表1

從表1可以看出，環(huán)氧工程加固膠T1和T2對于鋼結(jié)構(gòu)及混凝土的粘接效果、本體強(qiáng)度均滿足GB50728中技術(shù)指標(biāo)要求。

2.2浸水老化不同時間后膠對基材粘接性能的影響

從圖1可以看出，浸水120d時T1強(qiáng)度較初始時沒有明顯變化，實驗時強(qiáng)度在29MPa時玻璃出現(xiàn)了碎裂現(xiàn)象，說明已經(jīng)超過了玻璃的承載極限。而T2在30d時強(qiáng)度較初始時增大了18%，說明膠體發(fā)生后固化，而在60d時強(qiáng)度較初始衰減32%，且到120d時強(qiáng)度較60d時基本無變化。

2.3水紫外老化不同時間后膠對基材粘接性能的影響

從圖2可以看出，水紫外條件下放置10d后二者均有明顯下降，45d后已經(jīng)衰減至初始時的30%，可見水紫外環(huán)境對上述兩種環(huán)氧膠的粘接強(qiáng)度影響較大。T1和T2對水紫外環(huán)境的老化趨勢基本一致。且T1、T2破壞形式均為鋁合金表面脫粘100%，說明此條件下環(huán)氧膠對玻璃的粘接效果優(yōu)于鋁合金。

2.4酸霧及鹽霧條件下放置一定天數(shù)后膠對基材粘接性能的影響

從圖3可以看出，兩種膠的強(qiáng)度在鹽霧30d后、酸霧30個循環(huán)后均出現(xiàn)了衰減，但T1在鹽霧條件30d后衰減較明顯，酸霧條件30個循環(huán)后二者強(qiáng)度及衰減率均基本一致。T1、T2破壞形式均為鋁合金表面脫粘100%，說明此條件下對鋁合金的粘接效果較對玻璃的差，相關(guān)文獻(xiàn)價紹，為實現(xiàn)對鋁合金較好的粘接效果，需對鋁合金表面采用酸洗和陽極化處理，這樣的處理可以造就材料具有顯著特征的疏松深井狀氧化層形貌，借助這一結(jié)構(gòu)，材料大量吸附流動性好且能滲透井孔的聚合物樹脂從而獲得界面粘附的優(yōu)異力學(xué)性質(zhì)。而此次實驗只是對其進(jìn)行了簡單的砂紙打磨。

2.5清潔劑浸泡不同天數(shù)后膠對基材粘接性能的影響

從圖4可以看出，清潔劑浸泡條件下，T1、T2在30d后就呈現(xiàn)出了明顯的衰減，90d和120d后數(shù)據(jù)相近。T1、T2破壞形式均表現(xiàn)出了一定面積的鋁合金表面脫粘，有的甚至達(dá)到100%，說明此條件下對鋁合金的粘接效果較對玻璃的差。

2.680℃、120%溫度下老化一定時間后膠對基材粘接性能的影響

從圖5、圖6可以看出，T1在80℃老化直至60d后強(qiáng)度略微下降，120d后較初始時衰減了9.0%。T2在60天后較初始時上升了28.5%，但120天后又下降到初始強(qiáng)度。T1在120%老化30天后強(qiáng)度上升，出現(xiàn)了后固化現(xiàn)象，隨著溫度的升高，膠黏劑的交聯(lián)程度進(jìn)一步提高，60d后較初始時衰減了28.9%，這時膠體又因老化發(fā)生了明顯衰減，但120d后較60d時沒有變化，說明到一定程度后，衰減較為緩慢。T2在30d后強(qiáng)度略微下降，60d后較初始時衰減了33.6%，但120d后較60d時沒有變化。120℃老化60d后此兩種膠強(qiáng)度為20MPa左右時玻璃就出現(xiàn)了碎裂現(xiàn)象，說明玻璃在此條件下也有一定的老化。

3 結(jié)論

1）T1、T2在文中所指老化條件下大致表現(xiàn)出相似的規(guī)律，除常溫浸水條件在30d后強(qiáng)度略微上升外，其余如酸霧、鹽霧、清潔劑浸泡等有水或水汽存在條件下強(qiáng)度均出現(xiàn)了明顯的下降。但到了一定程度的衰減后基本不再衰減。對鋁合金表面粘接較差，可能是其表面的結(jié)構(gòu)較易被水浸入而造成脫粘?？梢娨圆Ａ樾筒牡墓こ淘诖祟惌h(huán)境下對此類膠的選用要根據(jù)實際情況來確定。

2）水紫外條件下10d時下降就較為明顯，45d時已經(jīng)衰減到初始時的30%，可見此類環(huán)氧膠耐水紫外能力較差，以玻璃為型材的工程中涉及水紫外環(huán)境的需要對膠黏劑作進(jìn)一步的研究。

3）80℃、120℃條件下T1和T2均出現(xiàn)了后固化現(xiàn)象，且趨勢基本一致。80%120d后強(qiáng)度基本未出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，性能保持較好。120℃時膠與玻璃的粘接強(qiáng)度衰減老化現(xiàn)象較明顯，60d后當(dāng)膠強(qiáng)度為20MPa左右時玻璃就出現(xiàn)了碎裂現(xiàn)象，耐120℃老化時間較短，可見以玻璃為型材的工程不適合用于120℃的工況。