一种新型碳纤维胶固化剂的研发

（兼论碳纤维胶固化剂的选择）

（长沙新德航化工有限公司   卢学军）

摘要：

设计一个满足GB50728-2011标准要求的碳纤维胶的配方，既要求模量高、耐热性好、韧性好、耐湿热老化，还需要在较低温度条件下具有足够的固化交联度，关键在于选择具有针对性的固化剂。这样既能满足国标要求，配方设计又简单实用，性价比高。本文对碳纤维胶专用固化剂MH-222的研发和应用进行了阐述。

关键词：

碳纤维胶  固化剂  弹性模量  耐性好  耐热性  湿热老化

环氧增强的碳纤维复合材料具有高的比强度、比模量、疲劳强度和耐高温等优异性能，具有密度小、热膨胀系数小、耐腐蚀、抗蠕变等特点，广泛应用于航天，医疗、化工、建筑加固领域。在建筑加固领域因其重要轻、比强度高的特点，在修补增强建筑结构的同时可大幅度降低建筑承重，有取代粘钢加固的趋势，将越来越获得广泛的应用。

一、国标对碳纤维胶的要求：

   为开发一款满足碳纤维胶GB50728-2011标准要求的碳纤维专用固化剂，我们综合了国家标准及应用环境对碳纤维胶的要求

1、   潮湿环境正常使用，常温固化的交联度要高，最好具备低温5℃以上具有足够固化度的特性，以满足环境温度高于5℃的大部分环境下正常使用。

2、   足够的耐热性、耐腐蚀性和耐湿热老化性、憎水性优。80℃水煮168小时，强度衰减率﹤10%

3、   足够的冲击韧性和粘接强度。   

 钢一钢拉剪≧17Mpa              (A级胶)

       钢一钢T型冲击剥高长度≦10mm   (A级胶)

4、刚性和模量要高，一类胶A级胶要求受拉弹性模量≧3.3GPa

5、对碳纤维的浸润性要好，在添加触变剂后要抗流挂，防止“挂珠”，具备一定的潮湿界面粘接能力。                                                                      

综上所述，一款满足标准要求的碳纤维胶，其主体性能取决于固化体系，也就是固化剂的分子结构（因为环氧具有通用性），这是碳纤维胶的“骨架”所在。如聚酰胺651，韧性好、刚性低，15℃以下固化度不够，即使通过复配提高耐热性和模量，其耐湿热老化性能，低温固化的能力仍无法达到使用要求。因此，我们开发了MH-222固化剂专用于碳纤维胶浸渍胶的配制

二）、碳纤维胶专用固化剂的特点

MH-222固化剂具有以下特点：

1.       分子中含促进体系低温固化剂的酚羟基，可在5℃以上获得较高固化交联度，常温15℃以上固化交联度更高。

2.       分子中含有多个个胺基或亚胺基，交联点的增多使体子具备足够的模量和刚性，早期强度上升很快，后期强度进一步提升。尤其可以在较大的配比范围之内调节固化剂用量，以调整夏、冬季使用的固化速度。

3.       长链碳原子链提供了固化物的伸长率和抗冲击强度，尤其适合桥梁加固长期承受动态应力。

4.       分子中两个以上的“环式结构”提供了固化物的刚性和模量以及耐水性，综合2.3两点可满足国际对冲击剥离长度的要求。

5.       耐水性和耐湿热老化性能好，即使在潮湿的带水性环境施工，仍能获得较好的粘接强度。固化物憎水性强，高温蒸煮强度衰减率低。

6.       较高热度形温度，耐热老化性优。

7.       浸润性好，流平性好。有一定的表面活性，能满足对碳纤维的浸润和补强。

8.       低粘度、低气味，即使在冬天使用操作性也特别强。

综上所述，MH-222是针对碳纤维浸渍胶而开发的固化剂，它具有韧性和刚性、亲水和疏水相结合的多胺基分子结构，多种特性复合互补，综合性能表现良好。

三、配方举例

我们使用通用双酚A环氧128配合该固化剂，制作成简单的碳纤维的浸渍胶配方进行了性能测试

本参数依照参考配方，在常温15℃-18℃下放置12小时，再用60℃烘箱3小时固化，冷却后测得的参数，不排除固化工艺不同测得的参数的差异。

综上所述，针对碳纤维胶的要求，我们设计研发了MH-222固化剂。它综合考虑碳纤维胶的抗冲击性、耐热性、弹性模量、耐湿热老化性、粘接强度等性能的统一，能满足GB50728-2011的要求，尤其适合桥梁碳纤维加固使用，配方简单，性价比极高。

参考文献：

1.        碳纤维/环氧树脂复合材料的改性及改性机理《合成树脂与塑料》2008，25（！）:75陈立军、武凤琴等

2.       建筑结构胶粘剂于施工应用技术 第二版 北京化工出版社、贺曼曼等