CN103709944A - 一种导电的热固化环氧树脂体系的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导电的热固化环氧树脂体系的应用，其可作为结构胶粘剂和复合材料基体树脂应用；①所述结构胶粘剂是在使用时将所述导电的热固化环氧树脂体系通过通电热固化后加在欲胶接表面；②所述复合材料基体树脂是将所述导电的热固化环氧树脂体系制成预浸料，再在预浸料两端加上电压，进行加热，完成固化、胶接与成形。该导电的热固化环氧树脂体系在应用时可用加热设备代替通电进行加热固化，若用通电加热则大大简化了程序，设备要求低，节省成本，且其对施工条件限制小，环境温度高或低均可实施；对有些不适用外部设备加温固化的胶接、复合材料工程，有其特殊意义，如现今复合材料对混凝土建筑结构的加固等。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子材料领域中树脂的应用，具体涉及一种导电的热固化环氧树脂体系的应用。
背景技术
我们知道，不同固化体系的环氧树脂性能各有差异。同一种固化体系的环氧树脂，如室温固化体系的环氧树脂、若加温固化，性能要好于室温固化；总体说来，加温热固化的环氧树脂体系各方面性能均佳，亦优于室温固化环氧胶。
热固化的潜伏性环氧树脂，由于它固化体系特有的潜伏性、其固化体系可与环氧树脂预先混合、亦有相当长的贮存、保管、使用期，只有待加热到该树脂预定的固化温度、维持一定时间，才能得到性能优良的环氧树脂固化产品。这类树脂的出现，给环氧树脂的使用，提供不少方便。
高分子树脂，是绝缘体，已经有人研究了把它制成加热体，作了好些尝试；但还没有将中温(120℃)、潜伏性固化、并于导电一体化，经直接通电致热固化环氧树脂的。我们打算导电的热固化环氧树脂作为结构胶粘剂或复合材料预浸料使用；这类胶粘剂或预浸料，只须直接通电，就可致热、固化、粘接、成形。如此，可以精简了设备、又简化了树脂的固化、成形工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电的热固化环氧树脂体系的应用，该环氧树脂体系可作为结构胶接，也可以与高性能纤维或其织物复合，形成物理-机械性能、耐气候性能均良好的结构胶粘剂和复合材料；其应用时可用加热设备或通电的方式进行加热固化，若用通电加热则大大简化了程序，设备要求低，节省成本，且其对施工条件限制小，环境温度高或低均可实施；对有些不适用外部设备加温固化的胶接、复合材料工程，有其特殊意义，如现今复合材料对混凝土建筑结构的加固等。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种导电的热固化环氧树脂体系的应用，所述导电的热固化环氧树脂体系包括催化-固化体系环氧树脂以及导电料，所述导电的热固化环氧树脂体系能够作为结构胶粘剂和复合材料基体树脂应用；
①所述结构胶粘剂是在使用时将所述导电的热固化环氧树脂体系加在欲胶接表面，再在所述导电的热固化环氧树脂体系上加上电压，导电致热，完成固化胶接过程；
②所述复合材料基体树脂是将所述导电的热固化环氧树脂体系制成预浸料，再将所述预浸料置于所要加固的部位，定位；再在定位后的预浸料两端加上电压，导电致热，完成预浸料的固化、胶接、成形；
步骤①和②中所述的加热温度为120～150℃。
进一步地，步骤①和②中所述的热固化方式和条件采用以下两种方法进行：(1)用加热设备，达到120℃时加热90min、135℃时加热30min或150℃时加热10～15min的热负荷条件，完成胶粘剂、预浸料的固化、胶接、成形。(2)直接通电致热：在预浸料两端直接加上一定电压，满足预浸料两端电阻为
RV=ρv·d/DV·s；
其中RV：结构胶粘剂、预浸料两端电阻，单位Ω；
d：施用的结构胶粘剂、预浸料两端距离，单位cm；
DV：结构胶粘剂、预浸料中树脂的体积百分含量，为结构胶粘剂时，DV=1；为预浸料时，DV=40～50％；
s：通电端结构胶粘剂、预浸料截面积，单位cm2；
ρv：结构胶粘剂、预浸料的体积电阻，单位Ω·cm；本发明中的预浸料中为1×10-4Ω.cm左右；
只须将结构胶粘剂、预浸料加上适量的端电压，满足结构胶粘剂、预浸料中所需的电流，达到(1)中的热负荷条件，便可以实现该胶粘剂、预浸料的固化、胶接、成形。
进一步地，所述结构胶粘剂和复合材料基体树脂的保存温度为35～18℃，在0～-18℃下的保存期限为9个月，在0～35℃下的保存期限为3个月。
本发明提供了一种导电的热固化环氧树脂体系的应用，其主要具有以下几点有益效果：
①作为结构胶粘剂或复合材料基体树脂应用，热固化过程的加热方式可以根据实际使用情况，用加热设备或者直接通电完成。特别是后者，在结构胶粘剂或复合材料预浸料两端直接加上一定电压，导电、致热，完成树脂的固化、胶接、成形；不须外加热设备，简化了固化成形工艺，能够适应一些不能用加热设备固化的工程，如复合材料对混凝土建筑结构的加固，等；
②本发明所述的导电的热固化环氧树脂体系以及将其制成预浸料以后，均具有较长的保质期，其在0～-18℃的贮存、保管使用期为9个月，在0～35℃下贮存、保管使用期也能达到3个月，不需要现配现用，使其使用简单，并增加了使用效率；
③使用该导电的热固化环氧树脂体系强度高，耐高温，老化速度慢，与室温固化环氧胶比，具有突出的优势；而且其在环境温度较高或低温度下均可使用，不受使用环境条件约束；在混凝土建筑结构增强等，工程领域具有重要的应用前景。
具体实施方式
本发明实施例所述的一种导电的热固化环氧树脂体系的应用，该导电的热固化环氧树脂体系是固化-催化环氧树脂体系以及导电料混合分散均匀而成，导电的热固化环氧树脂体系能够作为结构胶粘剂和复合材料基体树脂应用。
实施例1
该导电的热固化环氧树脂体系作为结构胶粘剂时，只须将其直接施加在欲胶接表面，再把被胶接体的胶接面覆盖在欲胶接表面上，两个被胶接表面与结构胶粘剂接触良好后，用加热设备，使结构胶粘剂达到热负荷条件：120℃加热120min或150℃加热15min，就可以完成该结构胶粘剂的固化、胶接；
实施例2
该导电的热固化环氧树脂体系作为复合材料基体树脂应用时，①将导电的热固化环氧树脂在复合材料预浸机中以高性能纤维或其织物预浸，形成复合材料预浸料；②将预浸料于一定温度下保存；保存为0～-18℃下贮存、保管、使用期为9个月，在0～35℃时，贮存、保管使用期为3个月；③使用时，将步骤②中所述的预浸料回复到室温，剪裁为适宜使用的形状和大小，将其置于所要加固的部位，定位；④将裁剪预浸料的两端直接加上一定电压，导电致热；预浸料两端电阻为：RV=ρv·d/DV·s，其中RV：预浸料两端电阻，单位Ω；d：预浸料两端距离，单位cm；DV：预浸料中环氧树脂的体积百分含量，本发明的预浸料中，环氧树脂的体积百分含量一般为40～50％；s：通电端预浸料截面积，单位cm2；ρv：预浸料的体积电阻，单位Ω·cm；本发明中的预浸料中的ρv值约为1×10-4Ω.cm。将预浸料加上适量的端电压，满足所需的电流，达到120℃时加热90min或150℃时加热10～15min加热负荷，便可完成预浸料的固化、胶接、成形。
实施例3
复合材料增强混凝土构件，处在建筑结构中；由于建筑、特别是大型建筑结构，多处于施工外场，施用的环氧胶粘剂不可能用外加设备加热固化，大量建筑混凝土构件增强使用室温固化环氧胶就成了当前的必然，该胶使用方便、有一定粘接强度，基本能满足增强加固要求，满足国家标GB50637-2006中增强混凝土构件的复合材料浸渍、粘接用树脂基本安全性能指标，如下表：
由于施工条件的局限，用室温固化环氧胶，有其天然的“基因”缺陷：(1)与高性能纤维复合作为增强加固的做法，对高性能纤维来说是大材小用、胶的强度、各方面性能太低，与纤维复合增强时，未充分发挥纤维受力、就发生胶接脱粘，导致复合材料的失效。(2)该胶耐热性差，在建筑物上的增强加固，很多情况是曝露在室外环境之下，就曝晒而言，不说是沙漠等地方，就是北京，夏天室外曝晒温度也可达55℃以上，室温固化环氧的胶接强度已达极低；该胶的老化性能、特别是湿热老化性能差，胶的耐气候性是低下，故长期使用下气候老化导致的性能下降较多。(3)室温固化环氧胶一般是指在20～25℃下固化的工艺及其固化生成物的性能，实际操作下受制于环境条件的温度：(a)低温，可达零下直至-20℃，固化反应速度极慢，粘接性能差，低环境温度下施工困难；(b)高温时反应速度快，适用操作期短的，施工操作不便。(4)室温固化环氧胶的使用繁琐，现场施工要经过配胶、涂胶、粘贴无纬布或织物、定位、再涂胶、固化等多步进行，如果在工厂里预先制成预浸料，除固化外，前面的多道工序在工厂一气呵成，现场就只须定位、固化了。
至于加温固化的难处，如前所述，可以通过树脂“导电”，在现场原位通电完成，这样热固化的环氧树脂，下表的性能可见：
由上表可知，本发明所述的环氧树脂体系较现用的室温固化环氧胶具有更高的粘接强度，耐高温等优势，满足、高于国家标准要求。
此外，该环氧树脂经通电致热固化的环氧树脂反应完全、粘接好，且其老化速度慢，使用寿命长，如表所示：使其在相对湿度(R.H.)为95～100％，温度为70℃，经500小时，其性能可见下表：
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下所作的有关本发明的任何修饰或变更，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种导电的热固化环氧树脂体系的应用，所述导电的热固化环氧树脂体系包括催化-固化体系环氧树脂以及导电料，其特征在于：所述导电的热固化环氧树脂体系能够作为结构胶粘剂和复合材料基体树脂应用；
①所述结构胶粘剂是在使用时将所述导电的热固化环氧树脂体系加在欲胶接表面，再在所述导电的热固化环氧树脂体系上加上电压，导电致热，完成固化胶接过程；
②所述复合材料基体树脂是将所述导电的热固化环氧树脂体系制成预浸料，再将所述预浸料置于所要加固的部位，定位；再在定位后的预浸料两端加上电压，导电致热，完成预浸料的固化、胶接、成形；
步骤①和②中所述的加热温度为120～150℃。
2.根据权利要求1所述的导电的热固化环氧树脂体系的应用，其特征在于：步骤①和②中的加热能够用加热设备直接进行加热，达到所述的加热温度。
3.根据权利要求1或2所述的导电的热固化环氧树脂体系的应用，其特征在于：通电或使用加热设备的加热温度和加热时间对应为：120℃时加热90min，135℃时加热30min，150℃时加热10～15min。
4.根据权利要求1所述的导电的热固化环氧树脂体系的应用，其特征在于：所述结构胶粘剂和复合材料基体树脂的保存温度为35～-18℃，在0～-18℃下的保存期限为9个月，在0～35℃下的保存期限为3个月。
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