不同填料的配比對(duì)醫(yī)院建筑修繕用膠粘劑影響研究

王姣 趙立華

摘 要：針對(duì)填料種類和填料復(fù)配對(duì)膠粘劑試樣稠度、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度的影響問題，優(yōu)化了填料復(fù)配比例。結(jié)果表明，在進(jìn)行填料復(fù)配處理后，ZT-100/A23復(fù)配體系的稠度相對(duì)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(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度都呈現(xiàn)先增加后減小的特征，在填料配比為1∶1時(shí)取得拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)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(fù)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(guān)鍵詞：醫(yī)院修繕；膠粘劑；填料種類；填料復(fù)配；力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TQ433.4+37

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(dāng)擴(kuò)大醫(yī)療用房面積，急需對(duì)大型醫(yī)院建筑進(jìn)行修繕，這個(gè)過程中不可避免需要用到修復(fù)用環(huán)氧樹脂膠粘劑［1］。要確保醫(yī)院修繕項(xiàng)目進(jìn)度合理、工程質(zhì)量過硬，需要加強(qiáng)對(duì)修復(fù)膠粘劑的控制［2］;其中，環(huán)氧樹脂膠粘劑以其性能穩(wěn)定、韌性好和使用壽命長等特點(diǎn)［3］已在建筑修復(fù)工程中應(yīng)用較為廣泛，這就需要對(duì)組成環(huán)氧樹脂膠粘劑的成分配比進(jìn)行優(yōu)化［4-7］，填料作為環(huán)氧樹脂膠粘劑的重要組成部分的研究報(bào)道較少［8-9］，具體填料選擇和復(fù)配比例等對(duì)膠粘劑力學(xué)性能的影響規(guī)律也不清楚［10-12］。在此基礎(chǔ)上，基于項(xiàng)目進(jìn)度管理的醫(yī)院修復(fù)用膠粘劑需要，考察了調(diào)料種類和填料復(fù)配對(duì)膠粘劑試樣稠度、拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度的影響，并優(yōu)化了填料復(fù)配比例。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

為制備出醫(yī)院修繕用環(huán)氧樹脂膠粘劑，選取市售128R型雙酚A環(huán)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(jìn)劑（1 phr）、HL-200型觸變劑（2.5 phr）、KH-500偶聯(lián)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(yàn)選取了4種市售無機(jī)填料，分別為ZT-100輕質(zhì)碳酸鈣、A23重質(zhì)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(yù)設(shè)的膠粘劑成分配比制備膠粘劑，制備過程中預(yù)先加入環(huán)氧樹脂、稀釋劑、增韌劑，并在室溫真空條件下持續(xù)攪拌30 min，去泡后加入偶聯(lián)劑和填料并繼續(xù)真空攪拌，脫泡后得到組分A；按照預(yù)設(shè)的膠粘劑成分配比加入固化劑、促進(jìn)劑并在室溫真空條件下持續(xù)攪拌30 min，去泡后加入偶聯(lián)劑和填料并繼續(xù)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(zhì)量比混合均勻，均勻涂抹在石材基材表面，壓實(shí)后固化得到粘接性能測(cè)試試樣［13］，其中，拉剪和壓剪性能測(cè)試試樣的膠接面積分別為25 mm×12.5 mm和50 mm×20 mm。

1.3 測(cè)試方法

取20 mL膠粘劑置于2個(gè)玻璃板間，用2 kg砝碼加載2 min，以膠粘劑擴(kuò)散的直徑作為稠度［14］；根據(jù)JC 887—2001《干掛石材幕墻用環(huán)氧膠粘劑》標(biāo)準(zhǔn)［15］對(duì)膠粘劑式樣進(jìn)行壓剪強(qiáng)度和拉剪強(qiáng)度測(cè)試，每個(gè)試樣取6根并以測(cè)試結(jié)果平均值作為最終結(jié)果，并根據(jù)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(cè)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(yàn)結(jié)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(qiáng)度（Ls）和壓剪強(qiáng)度（Ys）測(cè)試結(jié)果。

由表1可見，當(dāng)選取輕質(zhì)碳酸鈣為填料時(shí)，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(qiáng)度為11.1 MPa、壓剪強(qiáng)度為22.3 MPa、浸水7 d拉剪強(qiáng)度為25.7 MPa、80 ℃下7 d壓剪強(qiáng)度為26.1 MPa；當(dāng)選取重質(zhì)碳酸鈣為填料時(shí)，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(qiáng)度、壓剪強(qiáng)度、浸水7 d拉剪強(qiáng)度和80 ℃下7 d壓剪強(qiáng)度都相對(duì)選取輕質(zhì)碳酸鈣為填料時(shí)有所減??；當(dāng)選取滑石粉為填料時(shí)，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(qiáng)度為7.1 MPa、壓剪強(qiáng)度為16.1 MPa、浸水7 d拉剪強(qiáng)度為25.1 MPa、80 ℃下7 d壓剪強(qiáng)度為25.4 MPa；當(dāng)選取重晶石粉為填料時(shí)，組分A和組分B稠度都較大，膠粘劑試樣的拉剪強(qiáng)度為8.1 MPa、壓剪強(qiáng)度為17.5 MPa、浸水7 d拉剪強(qiáng)度為20.8 MPa、80 ℃下7 d壓剪強(qiáng)度為25.6 MPa?？梢?，選取不同填料時(shí)，膠粘劑的稠度以及試樣的拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生變化。

進(jìn)一步對(duì)填料進(jìn)行復(fù)配，并研究了填料復(fù)配對(duì)醫(yī)院修繕用膠粘劑強(qiáng)度的影響，結(jié)果如表2所示，復(fù)配比例為1.5∶1。

由表2可見，當(dāng)選取ZT-100/A23復(fù)配時(shí)，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(qiáng)度為11.7 MPa、浸水7 d拉剪強(qiáng)度為23.1 MPa、壓剪強(qiáng)度為26.8 MPa；當(dāng)選取ZT-100/400A復(fù)配時(shí)，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(qiáng)度為10.1 MPa、浸水7 d拉剪強(qiáng)度為20.2 MPa、壓剪強(qiáng)度為25.9 MPa。對(duì)比分析可知，在進(jìn)行填料復(fù)配處理后，ZT-100/A23復(fù)配體系的稠度相對(duì)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(yōu)化

圖1為ZT-100/A23填料配比對(duì)膠粘劑試樣拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)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(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度都呈現(xiàn)先增加后減小的特征，在ZT-100/A23填料配比為1∶1時(shí)取得拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度最大值。主要是因?yàn)檫@2種填料的平均粒徑不同，在復(fù)配過程中尺寸較小的顆?？梢蕴畛涞酱箢w粒中，使得膠粘劑體系更加密實(shí)［17］，并表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能。

圖2為ZT-100/400A填料配比對(duì)膠粘劑試樣拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)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(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度也都呈現(xiàn)先增加后減小的特征，在ZT-100/400A填料配比為1∶1時(shí)取得拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度最大值。這主要是因?yàn)樘盍?00A為層片狀結(jié)構(gòu)，在復(fù)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(shí)，拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度會(huì)因此而增大；但當(dāng)400A填料增到一定程度時(shí)，膠粘劑體系中的縫隙已經(jīng)被小顆粒填滿［18］，繼續(xù)增加400A填料只會(huì)產(chǎn)生局部堆積，造成分散不均勻的現(xiàn)象而降低拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度。

從圖1和圖2的測(cè)試結(jié)果可知，ZT-100/A23填料配比為1∶1時(shí)膠粘劑的拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度要高于ZT-100/400A填料配比為1∶1的膠粘劑試樣。

進(jìn)一步對(duì)不同ZT-100/A23填料配比的膠粘劑試樣的斷口形貌進(jìn)行了觀察，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見，當(dāng)ZT-100/A23填料配比為1∶1時(shí)，膠粘劑體系中當(dāng)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(fā)現(xiàn)局部填料聚集和團(tuán)聚，影響膠粘劑體系的均勻性和致密性，相應(yīng)的拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度會(huì)減?。?9］，這與前述的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果相吻合。

圖4為單一填料和復(fù)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(fù)配填料和A23填料的熱重曲線都較為相似，在溫度為350～450 ℃時(shí)，膠粘劑體系的熱重降低較為明顯（對(duì)應(yīng)膠粘劑體系中C—O結(jié)構(gòu)的斷鍵［20］）；在其余溫度下熱重相對(duì)較為平穩(wěn)。此外，對(duì)比分析可知，在溫度為550 ℃時(shí)，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(fù)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(jié)合醫(yī)院修繕用膠粘劑的應(yīng)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(jié)語

（1）當(dāng)選取ZT-100/A23復(fù)配時(shí)，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(qiáng)度為11.7 MPa、浸水7 d拉剪強(qiáng)度為23.1 MPa、壓剪強(qiáng)度為26.8 MPa。當(dāng)選取ZT-100/400A復(fù)配時(shí)，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(qiáng)度為10.1 MPa、浸水7 d拉剪強(qiáng)度為20.2 MPa、壓剪強(qiáng)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(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度都呈現(xiàn)先增加后減小的特征，在ZT-100/A23填料配比為1∶1時(shí)取得拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)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(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度也都呈現(xiàn)先增加后減小的特征，在ZT-100/400A填料配比為1∶1時(shí)取得拉剪強(qiáng)度和壓剪強(qiáng)度最大值;

（3）ZT-100填料、ZT-100/A23復(fù)配填料和A23填料的熱重曲線都較為相似，在溫度350～450 ℃時(shí)，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(duì)較為平穩(wěn)。在溫度為550 ℃時(shí)，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(xiàng)目進(jìn)度管理的醫(yī)院修繕用膠粘劑的填料優(yōu)選ZT-100/A23填料配比為1∶1，此時(shí)膠粘劑試樣具有良好的力學(xué)性能。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

［3］ 邵康宸，卜彥強(qiáng)，史洪源，等.導(dǎo)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(duì)橋梁加固用環(huán)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(fù)中環(huán)氧樹脂膠粘劑粘接初步研究［J］.陶瓷，2022（12）：68-72.

［6］ 馬文嬌.環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱膠粘劑研究進(jìn)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(jī)耐燒蝕膠粘劑的制備［J］.化學(xué)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(huán)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(yīng)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(huán)氧膠粘劑［J］.熱固性樹脂，2022，37（3）：27-31.

［11］ 呂強(qiáng).環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)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(qiáng)，曹先啟，等.無機(jī)填料對(duì)環(huán)氧樹脂膠粘劑的粘接性能的影響［J］.化學(xué)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(huán)氧膠粘劑的制備與應(yīng)用［J］.新型建筑材料，2022，49（3）：118-122.

［15］ 呂強(qiáng).環(huán)氧樹脂建筑結(jié)構(gòu)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(xiàn)代鹽化工，2016，43（3）：16-18.

［17］ 魏運(yùn)召，趙漢清，馬寒冰，等.低膨脹系數(shù)環(huán)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(huán)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(huán)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(jiǎn)介：王 姣（1989-），女，工程師，研究方向：醫(yī)院基建項(xiàng)目質(zhì)量與建筑材料；E-mail：wjtdgg2008@126.com。

基金項(xiàng)目：河北省衛(wèi)生健康委醫(yī)學(xué)科學(xué)研究課題計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20230850）。

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