利用經(jīng)十八季銨鹽改性有機(jī)蒙脫土與環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠粘劑進(jìn)行插層復(fù)合，在不同摻量、不同的固化條件下測試了插層法制備的有機(jī)蒙脫土—環(huán)氧樹脂膠粘劑，鋼—鋼剪切強(qiáng)度、澆鑄體壓縮強(qiáng)度、流變性能及適用期過硬。中溫固化是進(jìn)行插層復(fù)合的關(guān)鍵條件，膠粘劑的性能有較大提高；當(dāng)蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，其鋼-鋼剪切強(qiáng)度、澆鑄體壓縮強(qiáng)度分別提高65.3%和10%；隨著蒙脫土含量的增加，膠粘劑的流變性能從牛頓液體向觸變性流體轉(zhuǎn)變。
    一、引言 
    由于土木工程技術(shù)的發(fā)展，建筑用環(huán)氧樹脂膠粘劑的使用越來越廣泛，涵蓋橋梁、廠房、高層建筑等眾多工程領(lǐng)域，在加固修補(bǔ)領(lǐng)域更是獨(dú)占鰲頭。然而環(huán)氧樹脂，卻有著自身的缺點(diǎn)：脆性大、不同的固化條件下力學(xué)性能不穩(wěn)定。如今對環(huán)氧樹脂膠粘劑的改性研究主要有2大類：一類是通過納米材料對環(huán)氧樹脂膠粘劑進(jìn)行改性；另一類是通過對固化劑進(jìn)行改性以達(dá)到對環(huán)氧樹脂膠粘劑增強(qiáng)增韌的目的。利用插層法制備的有機(jī)蒙脫土一環(huán)氧樹脂納米膠粘劑是其中的有效手段之一。目前，有機(jī)蒙脫土一環(huán)氧樹脂的插層復(fù)合研究多以酸酐類、芳香胺類的固化劑為多，本文用自制的改性固化劑，對有機(jī)蒙脫土和環(huán)氧樹脂在常溫和中溫下的力學(xué)性能和流變性能進(jìn)行了研究。
    二、實(shí)驗(yàn)部分 
    1、原材料 
    環(huán)氧樹脂(128)：環(huán)氧值當(dāng)量/100g為0.48～0.54，以下簡稱EP，岳陽石油化工總廠；固化劑：通過聚酰胺樹脂(651)和脂肪胺樹脂(6612)共混改性制得，外觀呈黃棕色透明黏稠，胺值415，黏度7～8Pa•s，比重：0.96，最高發(fā)熱溫度180℃；有機(jī)蒙脫土(MMT)：經(jīng)十八季銨鹽改性，主要組分為高純度蒙脫石，含量為96%～98%，含水量≤3%，晶面間距2.1nm；活性增韌稀釋劑：其主要成分為丁基縮水甘油醚，黏度(25℃)：1.5～3.5mPa.s；偶聯(lián)劑KH-550：為氨基官能團(tuán)硅烷，中科院生產(chǎn)。
    2、主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備 
儀器名稱型號廠家
電子萬能試驗(yàn)機(jī)WDW100中國科學(xué)院長春科新公司試驗(yàn)儀器研究所
應(yīng)變儀V02616冶金部鋼鐵研究總院
研磨分散機(jī)DL-10湖南大學(xué)機(jī)電工廠
調(diào)溫調(diào)濕箱DL302上海吳淞五金廠制造
超級恒溫器CS501重慶試驗(yàn)設(shè)備廠制造
旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)NXS-11A成都儀器廠

    3、測試項(xiàng)目
測試項(xiàng)目測試標(biāo)準(zhǔn)
黏度GB/T 2794--1995《膠粘劑粘度的測定》
鋼一鋼粘結(jié)剪切強(qiáng)度[5]GB/T 7124--1986《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度測定方法金屬對金屬》
適用期GB/T 12954--1991《建筑膠粘劑通用試驗(yàn)方法》
內(nèi)聚壓縮強(qiáng)度GB/T 2569---1995《樹脂澆鑄體壓縮性能試驗(yàn)方法》

    4、試件的制備 
    所用各種配方若無特殊說明，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)均以100g環(huán)氧樹脂為基準(zhǔn)。 
    (1)環(huán)氧樹脂預(yù)凝膠的制備 
    將經(jīng)過長鏈季銨鹽改性的蒙脫土與稀釋劑先用攪拌機(jī)以1000r/min攪拌混合5min，加入活化劑95%乙醇(m(蒙托土)：m(乙醇)=2：1)攪拌5min。再加入環(huán)氧樹脂攪拌以5500r/min攪拌20min，m(環(huán)氧樹脂)：m(稀釋劑)=100：12，分別制備出不同摻量的預(yù)凝膠。 
    (2)預(yù)處理及固化方式 
    預(yù)處理：將預(yù)凝膠分預(yù)處理和未預(yù)處理2組，預(yù)處理組將預(yù)凝膠在80℃下攪拌6h，未處理組為攪拌好的預(yù)凝膠； 
    固化方式：環(huán)氧樹脂和固化劑按100：42(質(zhì)量比)將2組分混合，同時(shí)加入2%偶聯(lián)劑和1%消泡劑，攪拌5～7min后晾置30min等大量氣泡溢出后制作各種試件。固化溫度分兩組，一組在恒溫箱25℃下固化5d(以下簡稱常溫固化)，另一組在80℃下固化14h，再室溫固化5d(以下簡稱中溫固化)，全部試件做5d強(qiáng)度。
圖l為蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0-20%變化時(shí)，膠粘劑未進(jìn)行預(yù)處理的鋼一鋼剪切性能的變化趨勢，圖2為蒙脫土含量變化時(shí)，膠粘劑進(jìn)行80℃/6h預(yù)熱處理的鋼-鋼剪切性能的變化趨勢。據(jù)此進(jìn)行分析。

    三、結(jié)果與討論 
    1、蒙脫土含量對膠粘劑的鋼一鋼剪切性能的影響
    測試結(jié)果表明： 
    (1)隨著MMT的增加，膠粘劑的鋼-鋼剪切性能不斷提升，MMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%以后，略有下降但下降幅度不大(僅6.1%)，這是由于MMT含量增大以后，蒙脫土易形成團(tuán)聚體，蒙脫土與EP的接觸面積減少，插層不完全造成的。 
    (2)在常溫固化的條件下，經(jīng)過預(yù)處理的膠粘劑鋼-鋼剪切強(qiáng)度比未預(yù)處理的只高出1～5MPa，而在中溫固化條件下，經(jīng)過預(yù)處理的膠粘劑的鋼—鋼剪切性能有較大提高(ω(MMT)=10%)，從24.13MPa增長到30.42MPa提高26.1%，這是由于經(jīng)預(yù)熱以后膠體的反應(yīng)活性得到提高，有利于固化時(shí)插層復(fù)合行為的進(jìn)行。 
    (3)膠粘劑在中溫固化時(shí)鋼—鋼剪切性能大大提高。MMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的膠粘劑比純環(huán)氧樹脂，強(qiáng)度提高了65.3%(從18.40MPa提高至30.42MPa)。同含量的MMT的膠粘劑比常溫固化的剪切強(qiáng)度都高出10MPa，提高50%以上。這證明在材料相同的情況下，中溫固化是插層復(fù)合進(jìn)行完全的關(guān)鍵條件。 圖3為蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.20%變化時(shí)，膠粘劑未進(jìn)行預(yù)處理的壓縮性能的變化趨勢，圖4為蒙脫土含量變化時(shí)，膠粘劑進(jìn)行80℃/6h預(yù)熱處理的壓縮性能的變化趨勢。圖5為MMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%常溫固化澆鑄體壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，圖6為MMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%中溫固化澆鑄體壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線(圖5、6的膠粘劑均經(jīng)過80℃/6h預(yù)熱處理)。
    2、蒙脫土含量對膠粘劑壓縮性能的影響