环氧结构胶用于玻璃基材粘接老化性能的研究
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作者:屈雪艳 胡生祥 杨忠奎 吴欢 曹兴园 张燕
摘要：文章采用两种工程加固用环氧结构胶作为研究对象，研究了它们在水、高温（80℃、120℃）、水紫外、化学介质（酸雾、盐雾、清洁剂）条件下老化一定时间后，对钢化玻璃一铝合金粘接性能的变化情况。结果表明，两种胶在水、高温（80℃、120℃）、酸雾、盐雾、清洁剂条件下老化后强度保持相对较好，而水紫外老化10d后强度下降就较为明显，120℃60d后拉剪强度为20MPa左右，此时玻璃出现碎裂现象。可见，两种胶在水紫外和120℃条件下对玻璃型材工程较不适用，其他条件下对这两种胶的选用可根据实际情况来确定。
关键词：环氧结构胶;玻璃;老化
中图分类号：TQ437文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）07-0009-04
近年来，随着玻璃加工及玻璃结构技术的发展，使用玻璃材料作为主要结构构件的建筑大量出现，结构玻璃成为建筑玻璃应用的最新趋势。然而，国内目前缺少对于玻璃结构的设计（结构分析及承载力、变形、构造设计等）、施工、工程验收、使用维护以及性能评定等相关技术规定，未能形成可以指导工程实践的具体方法。因此，将“玻璃结构防倒塌的关键理论和技术”课题列入了我国“十三五”国家重点研发计划，开展玻璃结构技术的研究和规范的编制不僅能够极大地促进行业的健康发展，同时对于完善我国标准体系也具有重要意义。玻璃建筑中多采用硅酮胶、聚硫胶等弹性材料作为中空玻璃、玻璃幕墙等用密封材料，但在高强度玻璃结构件粘接如铝型材、不锈钢与玻璃的接缝粘接中，硅酮胶、聚硫胶不能满足要求，如果采用环氧结构胶可能会满足这一要求，所以环氧结构胶用于玻璃基材的性能考察对该项目的研究及相关标准的起草等将会起到一定的指导意义。
文章采用两种工程加固用环氧结构胶作为研究对象，参照GB50728《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》标准进行制样和性能测试。另参照GBl6776《建筑用硅酮结构密封胶》及JG/T475《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》标准中的实验方法，研究了两种环氧结构胶在耐水、耐高温（80℃、120℃）、耐紫外、耐化学介质（酸雾、盐雾、清洁剂）条件下老化后对钢化玻璃一铝合金粘接性能的变化。
1 试验部分
1.1主要试验材料
环氧工程加固胶1（T1）：郑州中原思蓝德高科股份有限公司;环氧工程加固胶2（T2）：市售国外品牌;钢化玻璃：规格60mm×60mm×8mm，市售;铝合金：规格100mm×25mm×3mm，市售。
1.2实验仪器
微机控制电子万能试验机，CMT4304，深圳新三思材料检测有限公司;水紫外线辐照试验箱，自制;电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司;清洁剂老化试验箱，自制;盐雾腐蚀试验箱，上海林频仪器股份有限公司;二氧化硫气体腐蚀试验箱，上海林频仪器股份有限公司。
1.3试样制备
①参照GB50728中表4.2.2-2的各项要求，对两种环氧工程加固胶分别制备拉伸强度、抗弯强度、压缩强度、钢对钢拉剪强度、钢对钢粘接拉伸强度、钢对钢T冲击剥离长度、钢对C45混凝土正拉粘接强度试样。
②参照GB7124-2008中的方法，制备钢化玻璃一铝合金剪切试样，粘接面积为（25*8）mm，制成后试片如下图所示;试样在标准条件[温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%]下养护7天后，在标准条件进行拉剪性能测试，拉剪速度为2mm/min，并记录粘接破坏形式。
1.4浸水试验
将养护后的试样放在温度（23±2）℃的去离子水中，浸泡不同时间后取出，在10min内进行拉剪性能测试，记录破坏形式。
1.5清洁剂浸泡老化试验
将养护后的试样放入清洁剂老化试验箱中，设定温度（45±1）℃，采用浓度1%的清洁剂水溶液浸泡一定时间后取出，在标准条件下放置24h，进行拉剪性能测试，记录破坏形式。
1.6水-紫外加速老化试验
将养护后的试样放入水-紫外老化试验箱中，设定试样表面辐照度（60±5）W/m2、波长300nm、温度（45±1）℃，老化处理一定时间后取出，在标准条件下放置24h，进行拉剪性能测试，记录破坏形式。
1.7酸雾老化试验
将养护后的试样放入酸雾老化试验箱中，设定温度（40±3）℃、0.2L/300ml气体浓度，老化处理一定循环次数后取出，在标准条件下放置24h，进行拉剪性能测试，记录破坏形式。
1.8盐雾老化试验
将养护后的试样放入盐雾老化试验箱中，设定温度（35±1）℃，老化处理一定时间后取出，在标准条件下放置24h，进行拉剪性能测试，记录破坏形式。1.9高温（80℃、120℃）老化实验
将养护后的试样分别放入80℃、120℃老化试验箱中，老化处理一定时间后取出，在标准条件下放置24h，进行拉剪性能测试，记录破坏形式。
2结果与讨论
2.1两个环氧工程加固胶参照GB50728测试所得基本性能如下表1
从表1可以看出，环氧工程加固胶T1和T2对于钢结构及混凝土的粘接效果、本体强度均满足GB50728中技术指标要求。
2.2浸水老化不同时间后胶对基材粘接性能的影响
从图1可以看出，浸水120d时T1强度较初始时没有明显变化，实验时强度在29MPa时玻璃出现了碎裂现象，说明已经超过了玻璃的承载极限。而T2在30d时强度较初始时增大了18%，说明胶体发生后固化，而在60d时强度较初始衰减32%，且到120d时强度较60d时基本无变化。
2.3水紫外老化不同时间后胶对基材粘接性能的影响
从图2可以看出，水紫外条件下放置10d后二者均有明显下降，45d后已经衰减至初始时的30%，可见水紫外环境对上述两种环氧胶的粘接强度影响较大。T1和T2对水紫外环境的老化趋势基本一致。且T1、T2破坏形式均为铝合金表面脱粘100%，说明此条件下环氧胶对玻璃的粘接效果优于铝合金。 2.4酸雾及盐雾条件下放置一定天数后胶对基材粘接性能的影响
从图3可以看出，两种胶的强度在盐雾30d后、酸雾30个循环后均出现了衰减，但T1在盐雾条件30d后衰减较明显，酸雾条件30个循环后二者强度及衰减率均基本一致。T1、T2破坏形式均为铝合金表面脱粘100%，说明此条件下对铝合金的粘接效果较对玻璃的差，相关文献价绍，为实现对铝合金较好的粘接效果，需对铝合金表面采用酸洗和阳极化处理，这样的处理可以造就材料具有显著特征的疏松深井状氧化层形貌，借助这一结构，材料大量吸附流动性好且能渗透井孔的聚合物树脂從而获得界面粘附的优异力学性质。而此次实验只是对其进行了简单的砂纸打磨。
2.5清洁剂浸泡不同天数后胶对基材粘接性能的影响
从图4可以看出，清洁剂浸泡条件下，T1、T2在30d后就呈现出了明显的衰减，90d和120d后数据相近。T1、T2破坏形式均表现出了一定面积的铝合金表面脱粘，有的甚至达到100%，说明此条件下对铝合金的粘接效果较对玻璃的差。
2.680℃、120%温度下老化一定时间后胶对基材粘接性能的影响
从图5、图6可以看出，T1在80℃老化直至60d后强度略微下降，120d后较初始时衰减了9.0%。T2在60天后较初始时上升了28.5%，但120天后又下降到初始强度。T1在120%老化30天后强度上升，出现了后固化现象，随着温度的升高，胶黏剂的交联程度进一步提高，60d后较初始时衰减了28.9%，这时胶体又因老化发生了明显衰减，但120d后较60d时没有变化，说明到一定程度后，衰减较为缓慢。T2在30d后强度略微下降，60d后较初始时衰减了33.6%，但120d后较60d时没有变化。120℃老化60d后此两种胶强度为20MPa左右时玻璃就出现了碎裂现象，说明玻璃在此条件下也有一定的老化。
3 结论
1）T1、T2在文中所指老化条件下大致表现出相似的规律，除常温浸水条件在30d后强度略微上升外，其余如酸雾、盐雾、清洁剂浸泡等有水或水汽存在条件下强度均出现了明显的下降。但到了一定程度的衰减后基本不再衰减。对铝合金表面粘接较差，可能是其表面的结构较易被水浸入而造成脱粘。可见以玻璃为型材的工程在此类环境下对此类胶的选用要根据实际情况来确定。
2）水紫外条件下10d时下降就较为明显，45d时已经衰减到初始时的30%，可见此类环氧胶耐水紫外能力较差，以玻璃为型材的工程中涉及水紫外环境的需要对胶黏剂作进一步的研究。
3）80℃、120℃条件下T1和T2均出现了后固化现象，且趋势基本一致。80%120d后强度基本未出现衰减现象，性能保持较好。120℃时胶与玻璃的粘接强度衰减老化现象较明显，60d后当胶强度为20MPa左右时玻璃就出现了碎裂现象，耐120℃老化时间较短，可见以玻璃为型材的工程不适合用于120℃的工况。
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