一种夏季缓凝型高性能结构胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供的夏季缓凝型高性能结构胶及其制备方法，包括环氧树脂、硅微粉、纳米碳酸钙、短切碳纤维、改性石墨烯、聚酰胺、芳香胺、硅烷偶联剂。本发明专利技术通过混合搅拌环氧树脂、硅微粉、纳米碳酸钙、短切碳纤维、改性石墨烯、硅烷偶联剂制得A混合物，通过混合搅拌聚酰胺、芳香胺、硅微粉和短切碳纤制得B混合物，取质量比为2：1的A混合物和B混合物搅拌并通过置于密闭容器中抽真空脱气泡处理制得高性能结构胶，该高性能结构胶具有粘结强度高、耐候性和耐久性好、在高温环境下施工适用期较长、无流挂现象、触变性较好、强度较高并具有一定刚度及韧性、绿色环保、施工便捷等优点，具有良好的市场前景，适合推广。

【技术实现步骤摘要】
一种夏季缓凝型高性能结构胶及其制备方法
本专利技术涉及桥梁结构胶的
，具体涉及一种夏季缓凝型高性能结构胶及其制备方法。
技术介绍
在桥梁建设和使用过程中,有关混凝土出现裂缝而影响工程质量的问题较为突出。桥梁混凝土开裂可以说是“常见病”和“多发病”,对高速公路的运营产生安全隐患，如不加以修补会引起内部钢筋锈蚀，降低服役寿命，甚至导致整体结构的破坏崩塌。根据裂缝的产生原因和发展程度，处理方法主要有加固结构法和封闭裂缝法，在这两种应对裂缝的方法中，结构胶主要是做为加固方法中加固材料与被加固构件之间的连接剂以及做为裂缝的封闭材料，能承受较大荷载，且耐老化、耐疲劳和耐腐蚀，在预期寿命内性能稳定，适用于承受强力构件粘接的胶粘剂。桥梁混凝土结构在修补和加固等过程中常常需要用到高强度的环氧树脂(EP)结构胶粘剂。针对结构胶做为加固材料与被加固结构之间的连接剂，主要存在以下问题：(1)结构胶的力学性能不高，尤其是粘结性能。根据实际工程调研可知，目前粘贴碳纤维布法、粘贴碳纤维板法、粘贴预应力碳纤维板法和粘贴钢板法等加固方法中，在加固材料力学性能得到充分发挥之前，加固体系就因为结构胶失效而破坏，造成了极大的加固材料强度浪费。(2)结构胶的耐候性和耐久性差，施工性能不佳。对温度敏感度较高，低温易结晶、高温易挂流，尤其在夏季高温环境下(＞30℃)，桥梁混凝土表面经长期暴晒，温度可达50℃，结构胶易发生流淌现象，导致施工难度加大且材料容易浪费。(3)夏季施工适用期不足。结构胶在配制、涂胶、拼接和应用通常需要60min,而桥梁混凝土户外加固情况居多，加上运输过程的时间，适用期要求更长，目前市场上结构胶凝胶时间受环境温度影响严重，在夏季高温施工条件下，固化速率较快(适用期＜30min)导致可操作时间不足，严重浪费材料影响施工进度。(4)结构胶的防水和防腐性能较弱，且不能为结构内部的钢筋提供有效的防护。由于结构胶的工作环境通常是野外，受到紫外线、雨雪等外界因素影响较大，结构胶防水和防腐性能弱会造成结构胶的性能退化，甚至失效，轻则影响加固结构和加固体系的耐久性，重则威胁结构的安全性。(5)结构胶固化后偏脆易碎缺乏韧性。目前的结构胶通常会引入苯环、联苯和稠环等刚性结构,这样有助于提高树脂骨架刚性，但树脂固化产物的脆性较大，脆性破坏风险高，如果在混凝土结构表面用此类结构胶黏粘剂作为界面剂，在承受强应力是就很容易引发铰接头破坏，导致在加固失效。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术提供一种高温环境下施工适用期较长、触变性较好、强度较高、施工时无流挂现象并具有一定刚度及韧性的高性能结构胶及其制备方法，具体方案如下：一种夏季缓凝型高性能结构胶，主要由以下重量份原材料制成：环氧树脂100份、硅微粉10-60份、纳米碳酸钙5-40份、短切碳纤维1-6份、改性石墨烯1-4份、聚酰胺20-50份、芳香胺30-50份、硅烷偶联剂1-4份。进一步地，主要由以下重量份原材料制成：E-51环氧树脂100份、硅微粉10-40份、纳米碳酸钙10-20份、短切碳纤维2-4份、改性石墨烯2-4份、聚酰胺20份、芳香胺30份、硅烷偶联剂3-4份。进一步地，所述改性石墨烯由石墨烯、无水乙醇、硅烷偶联剂和乙醇制成，其制备方法包括如下步骤：(1)将石墨烯和无水乙醇一起加入烧杯中磁力搅拌后通过超声波分散，获得A溶液；(2)将硅烷偶联剂加入乙醇磁力搅拌，获得B溶液；(3)将A溶液和B溶液混合磁力搅拌形成的C混合液通过超声波分散，取出分散液，依次在常温、60℃和80℃的温度下磁力搅拌后烘干，使用丙酮和去离子水反复清洗抽滤后，烘干研磨，制得改性石墨烯。进一步地，所述石墨烯和无水乙醇的重量份配比为1：37.5，所述硅烷偶联剂和乙醇的重量份配比为1：5。进一步地，步骤(1)-(3)中所述磁力搅拌时间3-120min，超声波分散30-60min。进一步地，步骤(3)中常温下磁力搅拌3-5min，在温度为60℃时磁力搅拌1.5-2h，在温度为80℃时磁力搅拌0.5-1h。所述的高性能结构胶用作桥梁加固连接剂材料。采用所述的夏季缓凝型高性能结构胶制备方法，包括如下步骤：步骤1.将改性石墨烯置于无水乙醇溶液中，常温磁力搅拌5min，制得D混合液，将D溶液和短切碳纤维加入环氧树脂中，在恒温条件下搅拌至乙醇挥发，再将硅烷偶联剂、硅微粉和纳米碳酸钙依次放入搅拌机常温搅拌均匀后，置于密闭容器中，抽真空脱气泡处理，制得A混合物；步骤2.将硅微粉、聚酰胺、芳香胺和短切碳纤维的原材料混合后放入搅拌器，在常温条件下搅拌均匀后，置于密闭容器中，抽真空脱气泡处理，制得B混合物；步骤3.将A混合物和B混合物混合后放入搅拌器，在常温条件下搅拌均匀，置于密闭容器中，抽真空脱气泡处理制备获得高性能结构胶。进一步地，所述A混合物和B混合物的质量比为2：1。进一步地，步骤1至3中所述搅拌器的转速为400-1000转/分钟，搅拌时间为3-5分钟，抽真空脱气泡处理时间为3-5分钟，步骤1中恒温的温度为60℃。本专利技术的优点(1)本专利技术的高性能结构胶具有粘结强度高、耐候性和耐久性好、防水和防腐效果优、无流挂、绿色环保、施工便捷等优点，具有良好的市场前景，适合推广。(2)本专利技术中的高性能结构胶具有优良的触变性及粘接性能。芳香胺作为增韧剂和固化剂本身粘性高，液态时具有高浸润性和流动性，能降低合成树脂体系黏度，进而改善填料分散度和整体性，固化后能提高韧性。而改性石墨烯的掺入使结构胶的触变性能提高，能更好地浸润构件表面，受应力作用力时更利于诱发银纹，提高粘接效果。(3)本专利技术中的高性能结构胶具有高强度。硅微粉和纳米碳酸钙两种材料结合环氧树脂具有叠合效应，经优选配比，能更有效提高胶体固化后的抗压抗拉强度。改性石墨烯能更好地与树脂相容，吸收基体树脂的变形功，阻碍并钝化银纹在树脂中的扩散，提高结构胶的韧性。抗拉性能更强的短切碳纤维在胶体中承受了大部分拉伸应力，其本身自带导向给胶体传力提供了新的途径，增强了结构胶的拉伸强度。(4)本专利技术中的高性能结构胶具有较长的适用期。KH-792偶联剂稀释了结构胶体系，使结构胶体系中反应物的浓度降低，减少了环氧树脂分子与固化分子碰撞的机会，难以发生交联反应，故固化速率下降。另外，硅烷偶联剂具有大量的甲氧基，易与无机填料表面的羟基和芳香胺的氨基反应脱醇，从而也对结构胶体系起到稀释作用，故结构胶的固化速率低、适用期延长。(5)本专利技术中的高性能结构胶具有优良的施工性能，且无挂流现象，能解决高温环境下结构胶施工固化速率过快，可操作时间不足的问题并解决高温环境下结构胶流动性过高，容易流挂的问题。由于在石墨烯改性过程中，KH-792分子链上的氨基(-NH2-)与石墨烯表面吸附的羧基(-COOH)反应生成酰胺键(-CO-NH-)而使得层间距增大，片层更容易剥离，KH-792成功插入石墨烯片层中，结晶度减弱，有利于其与环氧树脂基体的充分插层接触，形成的交联网限制了环氧分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种夏季缓凝型高性能结构胶，其特征在于，主要由以下重量份原材料制成：环氧树脂100份、硅微粉10-60份、纳米碳酸钙5-40份、短切碳纤维1-6份、改性石墨烯1-4份、聚酰胺20-50份、芳香胺30-50份、硅烷偶联剂1-4份。/n

【技术特征摘要】
1.一种夏季缓凝型高性能结构胶，其特征在于，主要由以下重量份原材料制成：环氧树脂100份、硅微粉10-60份、纳米碳酸钙5-40份、短切碳纤维1-6份、改性石墨烯1-4份、聚酰胺20-50份、芳香胺30-50份、硅烷偶联剂1-4份。


2.根据权利要求1所述的一种夏季缓凝型高性能结构胶，其特征在于，主要由以下重量份原材料制成：E-51环氧树脂100份、硅微粉10-40份、纳米碳酸钙10-20份、短切碳纤维2-4份、改性石墨烯2-4份、聚酰胺20份、芳香胺30份、硅烷偶联剂2-4份。


3.根据权利要求1所述的一种夏季缓凝型高性能结构胶，其特征在于，所述改性石墨烯由石墨烯、无水乙醇、硅烷偶联剂和乙醇制成，其制备方法包括如下步骤：
(1)将石墨烯和无水乙醇一起加入烧杯中磁力搅拌后通过超声波分散，获得A溶液；
(2)将硅烷偶联剂加入乙醇磁力搅拌，获得B溶液；
(3)将A溶液和B溶液混合磁力搅拌形成的C混合液通过超声波分散，取出分散液，依次在常温、60℃和80℃的温度下磁力搅拌后烘干，使用丙酮和去离子水反复清洗抽滤后，烘干研磨，制得改性石墨烯。


4.根据权利要求3所述的一种夏季缓凝型高性能结构胶，其特征在于，步骤(1)中所述石墨烯和无水乙醇的重量份配比为1：37.5，步骤(2)所述硅烷偶联剂和乙醇的重量份配比为1：5。


5.根据权利要求3所述的一种夏季缓凝型高性能结构胶，其特征在于，步骤(1)-(3)中所述磁力搅拌时间3-120min，超...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢开仲，何俊泓，周新权，麻大利，王权国，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45