摘要：降低成本、提升性能，這是制膠企業(yè)的共同目標(biāo)。要設(shè)計(jì)一個(gè)高性?xún)r(jià)比的粘鋼膠配方，固化劑的選擇是關(guān)鍵因素。結(jié)合基材特征及國(guó)標(biāo)GB50728-2011對(duì)粘鋼膠的要求，選擇一個(gè)合適的固化劑，它需具有表面活性特征、活化能比較低、熱變形溫度比較高、對(duì)基材粘接強(qiáng)度比較好、具有合適的彈性模量和較大的填充料加量等特點(diǎn)，即能設(shè)計(jì)出既能滿足國(guó)標(biāo)要求，又具備較高性?xún)r(jià)比的粘鋼膠配方。本文對(duì)新型粘鋼膠固化劑H-2152的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)撰述。
　　關(guān)鍵詞：粘鋼膠，固化劑，表面活性，熱變形溫度
　　建筑結(jié)構(gòu)膠黏劑以其極佳的粘接強(qiáng)度和良好的耐老化性在建筑加固行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。將鋼板用粘鋼膠粘接于混凝土構(gòu)件的表面，形成一個(gè)堅(jiān)固的整體結(jié)構(gòu)，利用鋼板的綜合強(qiáng)度以提高構(gòu)件的承載能力，這就是粘鋼膠的作用。而建筑加固的效果、承載能力的提高幅度由粘鋼膠的粘接強(qiáng)度和材料強(qiáng)度決定，同時(shí)粘接接頭要承受溫度、濕度、溫差變化、風(fēng)化、機(jī)械應(yīng)力等各種外部因素的常年侵蝕，建筑乃百年大計(jì)，對(duì)粘鋼膠的耐久性提出了更高的要求。 因此，粘鋼膠不同于一般的膠黏劑，其對(duì)固化劑的要求自然有其獨(dú)特性。
　　一、 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50728-2011對(duì)粘鋼膠的要求
　　1、 對(duì)鋼板和混凝土需具備極佳的附著力。
　　2、 適應(yīng)一定濕度的固化環(huán)境和混凝土表面。
　　3、 足夠的韌性，能承受機(jī)械應(yīng)力和溫差應(yīng)力。
　　4、 耐久性、耐老化性滿足建筑使用要求。
　　5、 因無(wú)法加溫固化，即使冬季也要常溫固化。
　　6、 需通過(guò)添加較多的填充料降低收縮，減小應(yīng)力，有針對(duì)性的提高某些性能。 配方的設(shè)計(jì)是多方面材料的有機(jī)配合，既可以通過(guò)環(huán)氧或者固化劑改性達(dá)到目標(biāo)，也能通過(guò)不同原材料的組合達(dá)到效果，但是選擇一種合適的固化劑應(yīng)該是最直接、最具性?xún)r(jià)比的方案。
　　二、 對(duì)粘鋼膠固化劑的要求
　　1、固化劑要設(shè)計(jì)為具有表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)。
　　1.1金屬鐵屬于活潑金屬，極易在自然環(huán)境中氧化，表面形成一層疏松的氧化層，在粘鋼膠和鋼板之間形成隔離帶，即使在涂膠前對(duì)鋼板表面進(jìn)行噴砂或者打磨處理，仍會(huì)有死角位置或者處理不到位的情況，或者處理放置后一定時(shí)間，在濕度環(huán)境下仍會(huì)繼續(xù)氧化。
　　1.2混凝土表面總是吸附著一層水分，在室外施工有表面潮濕甚至帶水的情況存在，尤其在南方多雨季節(jié)，施工過(guò)程中很難通過(guò)設(shè)備或者工藝烘干混凝土表面。
　　1.3粘鋼膠中一般會(huì)添加較多量的填充料以降低成本，減小收縮，但是填充材料的添加會(huì)對(duì)固化物的性能造成影響，如抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、粘接強(qiáng)度均會(huì)體現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，而下降的幅度取決于環(huán)氧體系同填充料的親和性。而且，填充料尤其是非活性填充料的添加極易導(dǎo)致膠水和填充料的相容性變差，膠水分布不均，易出現(xiàn)分層或沉淀現(xiàn)象，導(dǎo)致固化物性能的不穩(wěn)定。 因此，選擇一支具有表面活性的固化劑有利于解決相關(guān)的問(wèn)題。
　　2、固化劑要具有耐濕熱、耐老化、耐久性的特點(diǎn)
　　一般的聚酰胺樹(shù)脂從建筑結(jié)構(gòu)膠領(lǐng)域的逐漸退出，是因?yàn)槠淠蜐駸帷⒛屠匣盁嶙冃螠囟鹊偷戎T多性能的缺陷。粘鋼膠固化劑需具備抗水性好，長(zhǎng)期濕熱條件下不水解、不分解、不斷鏈，一定溫度條件下老化速度慢，膠體強(qiáng)度下降幅度低等特點(diǎn)，GB50728-2011要求A類(lèi)膠HDT>65°C,而一般脂肪胺經(jīng)過(guò)改性后，耐熱性難以達(dá)到65°C的熱變形溫度。因此，選擇環(huán)式脂肪胺或者芳香胺改性固化劑，有可能滿足耐熱性和耐老化性的要求。
　　3、常溫甚至低溫條件下的固化交聯(lián)度。
　　環(huán)氧的固化度跟外部環(huán)境提供的溫度和時(shí)間相關(guān)，固化度直接影響膠體強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度：采用同種環(huán)氧樹(shù)脂，在同等環(huán)境溫度下固化，其交聯(lián)度取決于固化體系的活化能。因此，采取通用的環(huán)氧樹(shù)脂，固化劑的選擇決定了固化體系的活化能，而活化能較低的固化體系具有常溫條件下較高的固化度和機(jī)械強(qiáng)度。
　　4、固化物的韌性
　　環(huán)氧樹(shù)脂固化物一般偏脆性，需通過(guò)添加增韌劑或者采取增韌改性的固化劑提高固化物的抗沖擊強(qiáng)度和變形能力，以抵抗外部應(yīng)力或因冷熱收縮產(chǎn)生的應(yīng)力。 GB50728-2011對(duì)伸長(zhǎng)率和鋼-鋼的T型沖擊剝離長(zhǎng)度提出了要求。而各種增韌劑因增韌原理不同側(cè)重點(diǎn)也不同，有些對(duì)提高沖擊強(qiáng)度顯著，有些對(duì)提高伸長(zhǎng)率更加明顯，配方設(shè)計(jì)者需要根據(jù)需要的性能選擇。在固化劑中引入長(zhǎng)鏈的分子結(jié)構(gòu)，有利于提高斷裂伸長(zhǎng)率和剝離強(qiáng)度，相當(dāng)于固化劑可以代替增韌劑的功能，從而省略增韌劑的成本，不失為提高性?xún)r(jià)比的一個(gè)優(yōu)選方案。
　　5、對(duì)鋼板和混凝土基材的粘接強(qiáng)度
　　5.1一定表面活性的環(huán)氧體系有利于滲透，而膠水滲透后的固化物有機(jī)械鉚合的效果，從而提高體系的粘接強(qiáng)度。   5.2鋼板和混凝土基材均為極性表面，固化劑分子結(jié)構(gòu)中或者反應(yīng)過(guò)程中形成的大量羥基會(huì)與粘接表面形成氫鍵合結(jié)構(gòu)，粘接強(qiáng)度大幅度提高；反之，若材料消耗羥基，則粘接強(qiáng)度大幅度下降。因此，固化劑的合理選擇是提高粘接強(qiáng)度的決定性因素。
　　6、合適的彈性模量
　　常溫固化物較高的交聯(lián)密度以及體系中大量剛性結(jié)構(gòu)的存在，會(huì)導(dǎo)致固化物較高的彈性模量。因此，合理控制分子中長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和剛性結(jié)構(gòu)的比重，既能提高伸長(zhǎng)率，又能達(dá)到合適的彈性模量。
　　7、添加較多的填充料
　　填充料的添加量不但跟填料的種類(lèi)、配合、目數(shù)、形狀、親油性等有關(guān)系，還跟體系的混合粘度、分子結(jié)構(gòu)有關(guān)系。選擇具有表面活性的固化劑組成的環(huán)氧體系，可以起到表面活性劑的效果，直接處理填充料，不但可以減慢分層沉降，還可以增加加粉量，以降低成本，并能相對(duì)提高膠體的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)。
　　綜上所述，設(shè)計(jì)一個(gè)性?xún)r(jià)比高的粘鋼膠配方，必須選擇一個(gè)有針對(duì)性的粘鋼膠專(zhuān)用固化劑，這樣不但可以提高加粉量來(lái)降低成本，而且性能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，單純追求以低價(jià)位材料，以犧牲性能為代價(jià)的降低成本方案實(shí)不可取，也隱患極大。
　　三、H-2152固化劑的性能及參考配方
　　H-2152固化劑系淺棕色改性脂肪胺類(lèi)固化劑，分子結(jié)構(gòu)中既含有剛性結(jié)構(gòu)又含長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，因此該固化劑既具備足夠的韌性和粘接強(qiáng)度，又具備良好的耐溫耐濕熱老化性能，即使低溫0°C固化仍能達(dá)到較高的交聯(lián)密度。它具有氣味小、毒性低、韌性好，具有表面活性，滲透性好，對(duì)填充料親和性好，不易分層，不含游離酚，低溫潮濕面粘接強(qiáng)度好，對(duì)多種金屬、塑料、鋼筋混凝土等大多數(shù)材質(zhì)具有較好的粘接強(qiáng)度。
　　經(jīng)過(guò)對(duì)材料的反復(fù)篩選，和對(duì)多個(gè)配方的交叉應(yīng)證實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，我們提出了以下參考配方：
　　粘鋼膠主劑：
　　環(huán)氧128                                        31
　　活性稀釋劑692                                3
　　400目活性硅微粉                             65.8
　　白炭黑                                           0.2
　　合計(jì)                                              100份
　　粘鋼膠固化劑：
　　粘鋼膠專(zhuān)用固化劑H-2152                   33
　　400目活性硅微粉                              65.8
　　白炭黑                                            0.2
　　NP                                                 1
　　合計(jì)                                               100份
　　配比：100/50(重量比)
　　活性硅微粉用偶聯(lián)劑處理效果比較好的準(zhǔn)球形400目粉料。
　　四、 用H-2152粘鋼膠專(zhuān)用固化劑制作的粘鋼膠測(cè)得的性能參數(shù)
　　粘鋼膠A類(lèi)膠測(cè)試項(xiàng)目                        國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值     測(cè)試值
　　固化物 強(qiáng)度
　　抗拉強(qiáng)度（MPa）                                 》30             47
　　彈性模量（MPa）                                 》3500         3980
　　伸長(zhǎng)率（MPa）                                    》1.3           1.66
　　抗彎強(qiáng)度（MPa）                                 》45             55
　　抗壓強(qiáng)度（MPa）                                 》65             81
　　粘接強(qiáng)度
　　鋼-鋼對(duì)接粘接抗拉強(qiáng)度（MPa）               》33            41.3
　　鋼-鋼拉伸剪切強(qiáng)度（MPa）                    》15             17.8
　　與混凝土正拉（MPa）                           》2.5            2.6(混凝土破壞)
　　沖擊剝離長(zhǎng)度（mm）                          《20               14
　　濕熱老化抗剪降低率%                         《10               7.2
　　凍融循環(huán)50次抗剪降低率%                   《5                2.3
　　本參數(shù)依照上述配方，在常溫15-18°C下放置12小時(shí)，再進(jìn)60°C 3小時(shí)固化，冷卻后測(cè)得的參數(shù)，不排除固化工藝不同測(cè)得的參數(shù)的差異。
　　綜上所述，針對(duì)粘鋼膠的特殊要求，我們?cè)O(shè)計(jì)研發(fā)了H-2152固化劑，它對(duì)建筑粘鋼膠耐熱、耐老化、易分層、滲透性、韌性、粘接強(qiáng)度等性能均有較大提高，可以提升粘鋼膠的性?xún)r(jià)比。也期待建筑膠同行能給我們提出更多的要求和建議，大家相輔相成，共同推動(dòng)行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。
　　參考文獻(xiàn)：  1） 胡玉民 吳良義 固化劑 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004
　　2） 賀曼羅 王文軍 賀湘凌 建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑與施工應(yīng)用技術(shù) 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016
　　特別鳴謝：中科院大連物理化學(xué)研究所退休教授級(jí)高工賀曼羅老師不顧年事已高，對(duì)本文提出了不少修改意見(jiàn)，特此鳴謝！