一種快速環氧結構膠黏劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及應用于大型結構件的快速粘接和中小部件的修補修型技術領域，特別 是指一種快速環氧結構膠黏劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 玻璃鋼復合材料是一種以玻璃纖維增強環氧樹脂為主體結構的新型材料，廣泛應 用于風電行業，由于玻璃鋼復合材料是風力葉片的主要結構材料，從而以環氧樹脂為主體 液體組份的環氧結構膠備受風電行業的青睞。由于葉片所用膠黏劑主要用于兩支瓣膜的合 模工序上，因而，行業內將葉片所用膠黏劑形象稱為"合模膠"。除合模工序使用合模膠外， 安裝加強筋定位塊、加強筋、加強筋角板、大板、防雨罩等位置均使用合模膠，也廣泛用于補 強前后緣翻邊，部分取代膩子在葉片涂裝前處理使用。鑒于使用部位的特殊性，合模膠除具 備必要的力學性能，例如較高的拉剪強度、抗剝離特性外，還要求有一定的狀態保持性、觸 變性、抗流掛性、優異的施工操作性。針對膠的可操作時間，使用位置不同消耗的時間不同， 可操作時間從不小于90min，到IOmin時間不等。為方便現場使用備存，葉片合模膠主要分 為慢速系列和快速系列兩大類，為達到相關應用場合的目的，現場應用可根據快速和慢速 不同比例的調整，不同葉片生產廠家要求不同，快速慢速的混搭上也存在差異。通常提及的 合模膠一般默認為慢速合模膠，慢速合模膠主要用于合模工序，是風電用膠的主導體系，使 用量較大，備受風電行業和膠黏劑研究者的關注。可操作時間偏短的快速合模膠，尤其在 30-60min范圍內系列，因用量小，并未引起太多人的注意。作為常規慢速環氧膠的補充，快 速環氧膠的投入使用，大大縮短了葉片的工序生產周期，進而大大降低了生產成本。在葉 片生產應用中，起著彌足輕重的作用。
[0003] 專利"201210058488. 4- -種快速固化結構膠粘劑及其制備方法"屬于單組份膠 粘劑，采用丙烯酸酯光引發反應和環氧固化實現短時間定位問題，需要紫外光引發裝置和 后期高溫環氧樹脂問題。專利"200410022810. 3-快速固化雙組份環氧膠粘劑及制備方法" 室溫下凝膠時間只有3-8min，30min后達到6. 7-llMPa，該數值較葉片用膠要求（金屬粘接 拉剪強度30-35MPa)相對偏低；雙組份均為液體系列，無法滿足葉片用膠的特殊要求；巰基 化合物均有一定的刺激性，操作者在施工過程中會產生抵觸性。專利"201110431154. 2- - 種高強度風能葉片粘接結構膠"葉片要求的各項性能數據都很好，但固化條件為室溫固化 4h-24h+70°C *7h，屬于慢速合模膠體系，無法應用于要求快速粘接定位的場合。因此，開發 一種快速環氧結構膠黏劑及其制備方法是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術中的合模膠使用存在的問題，提出 一種具有較高的拉剪強度、較高抗剝離特性、較好的狀態保持性、觸變性、抗流掛性、優異的 施工操作性的快速環氧結構膠黏劑及其制備方法。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種快速環氧結構膠黏劑，該膠黏 劑包括A組份和B組份，按質量份數計，A組份配方包括如下組份：環氧樹脂混合物70-90 份；增韌劑4-6份；稀釋劑5-10份；第一偶聯劑1-3份；消泡劑0. 5-1份；填料：15-20份；觸 變劑：10-15份；色漿：0. 1份；B組份配方包括如下組份：聚醚胺2-10份；改性脂肪胺10-20 份；叔胺類促進劑1-5份；曼尼期反應系列的多元胺15-25份；第二偶聯劑1-3份；填料： 8-15份；觸變劑：4-6份；色漿：0. 1份；所述膠黏劑是將A組份和B組份混合得到，混合比 例為：100 :(40-50)。
[0006] 進一步，所述A組份中的環氧樹脂混合物為雙酚A型環氧樹脂和雙酚F型環氧樹 脂中E51、E54、E44或NPEF-170中的兩種或多種的組合；A組份中的增韌劑為環氧基團改性 的聚氨酯樹脂系列，具體為株洲世林聚合物有限公司型號為SL-3402的產品或者是北京賓 德高分子科技有限公司型號為M20的產品；進一步優選，所述A組份中的環氧樹脂混合物為 E51和NPEF-170按照5:1形成的組合物。
[0007] 進一步，所述A組份中的稀釋劑為活性稀釋劑烯丙基縮水甘油醚AGE 500、正丁 基縮水甘油醚BGE 501或乙二醇二縮水甘油醚512中的一種；A組份中的第一偶聯劑是 KH560 ;A組份中的消泡劑為BYK系列消泡劑中的A530或066N。
[0008] 進一步，所述B組份中的聚醚胺為D-230、T-403或T-5000中的一種或兩種的組 合；B組份中的改性脂肪胺為改性脂肪胺T系列或改性脂肪胺615系列中的一種或多種的 組合，改性脂肪胺T系列為T-28、T-29或T-30，改性脂肪胺615系列為615、615AL或615LC ; 所述改性脂肪胺T系列為環氧樹脂增韌型固化劑，T-28和T-30可在20-35Γ環境下固化， 氣味小，粘度低，T-30毒性較低，T29可在潮濕、低溫下（10°C以下）固化，T-28、T-29、T-30 三者結合使用，混合物可在l〇_35°C較寬的環境條件下使用。所述B組份中的改性脂肪胺 615系列為改性脂肪胺加成型固化劑，可提供強韌性和良好的粘接性，不同型號的615系列 改性脂肪胺活潑氫當量在140-180之間，膠化時間10-30min。
[0009] 進一步，所述B組份中的叔胺類促進劑為DMP-10、DMP-20或DMP-30中的一種；B 組份中的曼尼期多元胺為T3UTZ500或T-46中的一種，T31和TZ500性質接近，是不同廠 家生產的原料；所述B組份中的第二偶聯劑是KH550。
[0010] 進一步，所述A組份和B組份中的填料包括粉狀填料和纖維狀填料，粒子級別包 括納米級填料和微米級填料，具體為納米碳酸鈣、納米氧化鋅、納米氧化鋁、石膏粉、滑石 粉、玻璃纖維、硫酸鈣晶須、硼纖維中的一種或多種的組合；A組分和B組份中的玻璃纖維 和硼纖維的單絲直徑為9-13 μ m，長度為0· 2-10mm ;A組分和B組份中的觸變劑為氣相白 炭黑、膨潤土或觸變改性劑中的一種或者多種的組合，觸變改性劑指BYK系列BYK-E410、 BYK-605、BYK-606 中的一種。
[0011] -種快速環氧結構膠黏劑的制備方法，該制備方法包括如下步驟：
[0012] (1)配方準備
[0013] 按質量份數計，準備A組份的配方：環氧樹脂混合物70-90份；增韌劑4-6份；稀 釋劑5-10份；第一偶聯劑1-3份；消泡劑0. 5-1份；填料：13-20份；觸變劑：10-15份；色 漿：〇. 1份；
[0014] B組份的配方：聚醚胺2-10份；改性脂肪胺10-20份；叔胺類促進劑1-5份；曼尼 期反應系列的多兀胺15-25份；第二偶聯劑1-3份；填料：8_15份；觸變劑：4_6份；色衆： 〇· 1 份；
[0015] (2) A組份的制作
[0016] 開啟加熱裝置，控制溫度為45_50°C，將環氧樹脂混合物、增韌劑、活性稀釋劑依次 投入反應器中，開啟公轉和分散盤，參數設置為30-50r/min，攪拌10-15min ;攪拌結束后， 依次加入填料，觸變劑總量的15-30 %，消泡劑，開啟公轉和分散盤，參數設置為60-80r/ min、1100-1300r/min，攪拌40-60min，攪拌結束后，分步添加剩余觸變劑，每步加料后，低 轉速吃粉5-7min，觸變劑得到初步分散后，添加第一偶聯劑、色漿，調節公轉和分散，分 別設置為50-60r/min和1100-1300r/min，攪拌40-60min，出料，反應過程中的真空度設 為-0. 095MPa 以下；
[0017] (3) B組份的制作
[0018] 開啟加熱裝置，控制溫度為35-40°C，依次將聚醚胺、改性脂肪胺、曼尼期反應系列 的多元胺投入到雙行星動力混合機反應器中，開啟公轉和分散盤，參數分別設置為30-50r/ min，攪拌10-15min，做好混合液體脫泡工作（攪拌過程中抽真空脫泡），攪拌結束后，加入 填料，觸變劑總量的15-30 %，開啟公轉和分散參數分別設置為50-70r/min和1100-1300r/ min，攪拌結束后，分步添加剩余觸變劑，每步加料后，低轉速吃粉4-6min，觸變劑得到初步 分散后，添加第二偶聯劑、叔胺類促進劑，色漿，調節公轉和分散，分別設置為55-65r/min 和1100-1300r/min，攪拌25-35min，出料，反應過程中的真空度設為-0. 095MPa以下；
[0019] 現場生產過程中的A組份和B組份，主體生產設備帶有抽真空接口，配備一臺真空 栗，專門進行真空脫泡工作。A組份由于本身體系較粘稠，真空基礎上，投入少量的消泡劑輔 助脫泡；B組份比較稀，抽真空控制即可。
[0020] (4)將A組份和B組份混合得到膠黏劑，混合比例為100 : (40-50)。
[0021] 開發機理：根據使用功能性要求，首先通過投入相應的填料和觸變劑，保證合模膠 具有相應的功能特性；其次A組份中投入聚氨酯改性環氧樹脂，利用聚氨酯對環氧分子結 構交聯互穿形成的交叉網絡結構，從而使固化產物內應力下降，進行增韌，B組份中投入聚 醚胺和改性脂肪胺進一步提高環氧固化物的韌性；隨之利用改性脂肪胺的高活潑氫當量加 速反應和曼尼期多元胺含有的酚羥基、伯胺基及仲胺基，帶來反應活性高、固化速度快等 特點，可在低溫、潮濕環境下固化；最后通過叔胺類促進劑加入量再次對固化速度進行控 制，最終雙組份混合均勻后制成滿足要求的產品。
[0022] 有益效果：采用本發明的技術方案制備的A組份和B組分混合均勻后，在室溫下的 凝膠時間為30min，Ih后可以打磨；30°C以上操作時，凝膠時間為25min ;常溫條件下0. 5mm 厚膠層剪切強度為35. 54MPa ;3mm膠層剪切強度為25. 56MPa ;沖擊韌性為14. 22kJ/m2;本體 拉伸強度為60. 71MPa ;本體拉伸模量為4. 25GPa ;Tg為87°C ;觸變性能好，立面50mm厚膠 層垂掛不流淌。所得環氧膠黏劑具有較高的強度，較高的韌性，較好的狀態保持性，優異的 可施工性。鑒于可操作時間短，大大縮短了葉片的生產工序周期，性能與常規膠黏劑接近， 進而大大降低了生產成本，作為常規環氧結構膠黏劑的補充，本發明可廣泛用于快速結構 件的粘接領域及部件的修補修型領域。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合具體實施例對本發明做進一步說明，但本發明不局限于下述實施例。實 施例中涉及配有加熱控溫裝置的雙行星動力混合機設備、抽真空設備和稱量設備。
[0024] 實施例一
[0025] -種快速環氧結構膠黏劑的制備方法，該制備方法包括如下步驟：
[0026] (1)配方準備
[0027] 按質量份數計，準備A組份的配方：環氧樹脂混合物E51 75份，NPEF-170 15份； 增韌劑M20 5份；活性稀釋劑AGE500 5份；第一偶聯劑KH560 2份；消泡劑A530 1份；填 料納米碳酸鈣8份、纖維粉6份（玻璃纖維和硼纖維按照質量比1:1混合而成）；觸變劑 膨潤土 2份、白炭黑8份、BYK605 0. 8份；色漿：0. 1份；
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