江一杭，鄧樹斌，李 波，劉鮮紅

(天津東汽風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

環(huán)氧膠黏劑的粘結(jié)特性研究

江一杭，鄧樹斌，李 波，劉鮮紅

(天津東汽風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

風(fēng)電葉片制造中會(huì)廣泛使用到環(huán)氧膠黏劑。在實(shí)際的應(yīng)用中，粘結(jié)質(zhì)量卻受多種因素影響。對(duì)幾種可能影響粘結(jié)質(zhì)量的情況進(jìn)行了模擬。試驗(yàn)結(jié)果表明，撕除脫模布后的玻璃鋼界面的粘結(jié)效果最佳，表面用樹脂浸潤(rùn)過后，粘結(jié)性能反而降低。膠黏劑凝膠后，粘結(jié)效果也會(huì)明顯下降，而在高濕度條件環(huán)境下，會(huì)加速粘結(jié)效果的下降。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粘結(jié)時(shí)的壓緊程度、后固化條件都對(duì)粘結(jié)效果有明顯影響。

環(huán)氧膠黏劑 玻璃鋼 樹脂 凝膠時(shí)間

0 引 言

環(huán)氧膠黏劑具有膠黏劑強(qiáng)度高、抗剝離、抗沖擊、韌性好、收縮小、蠕變小、耐介質(zhì)腐蝕性良好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)電葉片制造行業(yè)中廣泛使用。然而在實(shí)際的應(yīng)用中，粘結(jié)質(zhì)量卻受多種因素制約，如：粘結(jié)界面處理、粘結(jié)時(shí)間控制、環(huán)境因素、混膠情況、固化程度等等，這些都將影響最終的粘結(jié)效果。本實(shí)驗(yàn)從以上幾方面情況出發(fā)，并結(jié)合風(fēng)電葉片粘結(jié)過程中可能出現(xiàn)的問題，對(duì)環(huán)氧膠黏劑的粘結(jié)特性進(jìn)行系統(tǒng)的研究。研究主要內(nèi)容包括：

①界面處理方式對(duì)粘結(jié)性能影響，包括：樹脂浸潤(rùn)界面、脫模劑界面、正常脫模布界面等。

②粘結(jié)時(shí)間對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響，包括：膠黏劑凝膠前后的粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)比(在常規(guī)條件和高濕度條件下粘結(jié))。

③其他情況對(duì)比，主要有：后固化方式，粘結(jié)壓緊程度等。

以上項(xiàng)目中的粘結(jié)性能主要通過測(cè)試FRP與膠黏劑間的剪切強(qiáng)度來評(píng)估。實(shí)驗(yàn)試樣均采用某進(jìn)口品牌的環(huán)氧粘結(jié)。

1 試驗(yàn)過程與數(shù)據(jù)

1.1 各類粘結(jié)界面的粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試

采用 6層單向布樣條，進(jìn)行表面預(yù)處理后，制作成剪切測(cè)試樣條進(jìn)行性能測(cè)試。圖1為樣條處理后的表面狀態(tài)。

圖1 樣條的不同表面處理狀態(tài)Fig.1 Different surface treatment states of samples

測(cè)試結(jié)果見表 1，破壞形貌見圖2。樣條固化條件為常溫10,h，70,℃ 8,h。

由測(cè)試結(jié)果及破壞型式可見，膠黏劑除了與涂有脫模劑的界面發(fā)生脫離外，與其他界面均結(jié)合良好。樹脂清洗過的粘結(jié)界面會(huì)在一定程度上降低粘結(jié)強(qiáng)度。

為進(jìn)一步驗(yàn)證樹脂浸潤(rùn)過的粘結(jié)界面與普通膠黏劑界面的粘結(jié)效果區(qū)別，特別進(jìn)行了厚板粘結(jié)模擬，并進(jìn)行人工破壞，觀察界面破壞效果(粘結(jié)樣板尺寸為 15,cm×30,cm，粘結(jié)厚度約1,cm)。

表1 不同界面的粘結(jié)性能結(jié)果Tab.1 Bonding performances of different interfaces

圖2 不同界面的粘結(jié)破壞形貌圖Fig.2 Adhesive failure images of different interfaces

圖3 不同界面的厚板粘結(jié)破壞形貌圖Fig.3 Adhesive failure images of thick plates of different interfaces

從破壞情況來看，無論粘結(jié)界面上是否采用樹脂浸潤(rùn)，膠黏劑與FRP均能良好結(jié)合，最終破壞型式都為FRP的纖維層間剝離(見圖3)。

從測(cè)試結(jié)果可以看出，最理想的粘結(jié)界面為撕除脫模布的清潔的FRP表面。樹脂清洗過的FRP表面會(huì)降低膠黏劑自身對(duì)界面的浸潤(rùn)效果，因而降低最終的粘結(jié)強(qiáng)度，但對(duì)膠黏劑與FRP結(jié)合無實(shí)質(zhì)性影響。

1.2 粘結(jié)時(shí)間對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

雙組分膠黏劑自混配好后即開始反應(yīng)，粘度逐漸增大，一段時(shí)間之后，粘結(jié)性能便開始明顯下降，因此，有效的粘結(jié)必須將操作時(shí)間控制在膠黏劑的凝膠時(shí)間以內(nèi)。以下對(duì)膠黏劑凝膠前后的粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)比測(cè)試。

將膠黏劑預(yù)先涂于FRP樣條一端，在室溫條件下放置1,h和 2,h，再分別將 FRP樣條與另一樣條粘結(jié)。樣條粘結(jié)過程中，為不破壞已凝膠的膠黏劑表面，F(xiàn)RP與膠黏劑表面僅輕輕接觸，未施加額外壓力。

選用凝膠時(shí)間相對(duì)更長(zhǎng)的某國(guó)產(chǎn)品牌膠黏劑，與進(jìn)口膠黏劑進(jìn)行對(duì)比。由于環(huán)境濕度對(duì)膠黏劑表面凝膠時(shí)間有一定影響，因此同時(shí)進(jìn)行常規(guī)條件和 80%,相對(duì)濕度條件的粘結(jié)性能對(duì)比。測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 不同膠黏劑時(shí)間的粘結(jié)效果對(duì)比Tab.2 Comparison of bonding effects of different adhesives under different bonding time

制樣時(shí)為不破壞已凝膠的膠黏劑表面，使得粘結(jié)難度較大，實(shí)際的粘結(jié)面積與需要的粘結(jié)面積有一定偏差，導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)與理論情況存在部分偏離，因此結(jié)果僅供參考。由測(cè)試數(shù)據(jù)可見：

①膠黏劑露置時(shí)間越長(zhǎng)，粘結(jié)性能越差。主要由于膠黏劑的粘度隨反應(yīng)時(shí)間增大，對(duì)界面的浸潤(rùn)能力隨之降低，導(dǎo)致膠黏劑效果下降。

②從測(cè)試結(jié)果和樣條破壞情況來看，凝膠后膠黏劑對(duì)FRP的浸潤(rùn)性較差，難以結(jié)合，樣條破壞型式多為粘結(jié)界面脫離。

③從制樣過程中觀察，環(huán)境濕度越高，膠黏劑表面凝膠越快(表面結(jié)膜)，導(dǎo)致粘結(jié)效果隨時(shí)間的下降更明顯。

④在同等環(huán)境條件下，國(guó)產(chǎn)膠黏劑凝膠時(shí)間明顯長(zhǎng)于進(jìn)口。

1.3 其他粘結(jié)情況對(duì)比

對(duì)正常條件固化(常溫 10,h，70,℃，8,h)與未經(jīng)高溫后固化粘結(jié)(常溫10,h)情況對(duì)比，測(cè)試結(jié)果見表3。

可見，進(jìn)口環(huán)氧膠黏劑在常溫條件下固化足夠的時(shí)間，剪切強(qiáng)度可達(dá)到80%,以上。

對(duì)比壓緊程度對(duì)粘結(jié)效果的影響，在粘結(jié)樣條時(shí)將膠黏劑預(yù)涂于樣條一側(cè)，使膠黏劑界面于空氣中露置1,h和2,h，再進(jìn)另一側(cè)樣條粘結(jié)，粘結(jié)時(shí)采取緊壓和輕壓方式。測(cè)試結(jié)果見表4。

表3 正常固化與室溫固化粘結(jié)性能對(duì)比Tab.3 Bonding performances of normal curing and room temperature curing

表4 壓緊程度對(duì)粘結(jié)效果的對(duì)比Tab.4 Impact of compaction degrees on bonding effects

可見，在膠黏劑表面凝膠后，如進(jìn)行緊壓粘結(jié)，可以破壞凝膠的表面，使膠黏劑與 FRP很好的結(jié)合，從而提高粘結(jié)強(qiáng)度。

同以上壓緊的粘結(jié)方式，使膠黏劑的界面于空氣中露置1,h和 2,h(凝膠后)，而待粘的 FRP樣條表面用樹脂浸潤(rùn)，再進(jìn)行粘結(jié)。測(cè)試結(jié)果見表5。

由前部分測(cè)試結(jié)果已知，膠黏劑表面凝膠后，會(huì)降低其對(duì)FRP界面的浸潤(rùn)滲透性，從而降低粘結(jié)強(qiáng)度。但從以上數(shù)據(jù)可推知，膠黏劑凝膠后，如在 FRP表面用樹脂進(jìn)行浸潤(rùn)，可以增加膠黏劑的浸潤(rùn)效果，從而在一定程度上提高粘結(jié)強(qiáng)度(但最終粘結(jié)效果仍不及未凝膠的膠黏劑)。

表5 正常界面與樹脂浸潤(rùn)界面在不同時(shí)間粘結(jié)的對(duì)比Tab.5 Performances of normal interface and resinsoaked interface under different bonding time

2 結(jié) 語(yǔ)

環(huán)氧膠黏劑與被粘結(jié)表面之間的浸潤(rùn)滲透效果是粘結(jié)質(zhì)量的關(guān)鍵。從外界條件來看，被粘物體表面被灰塵污染、被樹脂擦洗、含有水分，或覆蓋有脫模劑，都將影響到膠黏劑與物體表面的浸潤(rùn)滲透，最終影響到膠黏劑強(qiáng)度；而從環(huán)氧膠黏劑自身來看，隨著膠黏劑的凝膠化，其對(duì)物體界面的浸潤(rùn)能力也會(huì)逐漸下降(高溫高濕環(huán)境會(huì)加劇這一過程)，直到最終喪失粘結(jié)力。因此，在實(shí)際使用過程中，必須從以上兩方面監(jiān)控粘結(jié)過程，規(guī)范粘結(jié)操作，提高操作人員對(duì)膠黏劑特性的認(rèn)識(shí)，才能避免粘結(jié)質(zhì)量問題的發(fā)生。■

［1］ 劉敬福，李赫亮，李智超，等. 環(huán)氧膠黏涂層及耐磨性研究[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2002(9)：30-32.

［2］ 宋平軍，張君. 室溫快速固化環(huán)氧膠黏劑的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 黑龍江科學(xué)，2013(1)：40-41.

［3］ 佚名. 中國(guó)高端環(huán)氧膠黏劑發(fā)展前景廣泛[J]. 浙江化工，2009(4)：39-40.

Bonding Properties of Epoxy Adhesives

JIANG Yihang，DENG Shubin，LI Bo，LIU Xianhong
(Tianjin Dongqi Wind Turbine Blade Engineering CO.，LTD，Tianjin 300480，China)

Epoxy adhesives have been widely used in wind turbine blade manufacturing. In practical applications，however，bond quality is influenced by many factors. In this paper，several situations that may affect bond quality were simulated. Results showed that the interface of fiberglass-reinforced plastics with peeling ply showed the best bonding properties and bonding properties decreased after the surface was soaked with resin. Gelled adhesive showed poor bonding performance. Especially under an environment with high humidity，the decease of boding effect fastened. It was found that bonding properties were also influenced by the compression degree during the bonding process and post curing conditions.

epoxy adhesive；fiberglass-reinforced plastics；resin；gel time

TQ433.4+3

A

1006-8945(2015)07-0028-03

2015-07-06