摘要：為了提高隧道排水管道施工效率，改善排水管道接頭的粘合性能，針對(duì)排水管道接頭粘合用聚氨酯改性環(huán)氧樹脂膠粘劑的制備與應(yīng)用進(jìn)行了研究。選用環(huán)氧樹脂作為基礎(chǔ)材料，為改善其粘接強(qiáng)度、耐沖擊性等性能，引入具有優(yōu)異彈性、耐磨性和耐水性的聚氨酯預(yù)聚體對(duì)其進(jìn)行改性，制備出聚氨酯改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，涂覆在管道接頭樣品上，測(cè)試聚氨酯用量分別為0%、10%、20%、30%時(shí)，膠粘劑的粘接性能、耐沖擊性能以及斷裂微觀形貌。試驗(yàn)結(jié)果顯示，選取20%聚氨酯用量制備的膠粘劑，受載荷影響后相較于其他聚氨酯用量的試驗(yàn)樣品，剝離強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度均保持較高水平，硬度更加適中；0%與10%聚氨酯用量膠粘劑較硬，且粘接強(qiáng)度較低；30%聚氨酯用量膠粘劑較軟，應(yīng)用效果較差。而且，20%聚氨酯用量膠粘劑經(jīng)過長時(shí)間使用后仍然保持較高耐沖擊性能，適合在管道接頭長期使用。

關(guān)鍵詞：隧道排水管；管道接頭；聚氨酯；改性環(huán)氧樹脂；膠粘劑

中圖分類號(hào)：TQ433.4+32文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）04-0001-04

Preparation and performance study of modified epoxy resin adhesive for drainage pipe joints

ZHANG Xingbo1，LI Yanbing1，WEI Xiang1，HUANG Xiaomin2，LI Jun2

（1.YCIC Highway Construction Co.，Ltd.，Kunming 650200，China；

2.Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China）

Abstract：In order to improve the construction efficiency of tunnel drainage pipeline and improve the bonding per-formance of drainage pipeline joints，the preparation and application of polyurethane modified epoxy resin adhesive for the bonding of drainage pipeline joints were studied.Epoxy resin was selected as the basic material.In order to improve its bonding strength and impact resistance，polyurethane prepolymer with excellent elasticity，wear resis-tance and water resistance was introduced to modify it.Polyurethane modified epoxy resin adhesive was prepared and coated on the pipe joint sample.When the amount of polyurethane was 0%，10%，20%and 30%respectively，the bonding performance，impact resistance and fracture morphology of the adhesive were tested.The test results showed that the adhesive prepared with 20%polyurethane dosage was affected by the load.Compared with other polyurethane dosage test samples，the peel strength and tensile strength remained at a high level，and the hardness was more moderate.The adhesive with 0%and 10%polyurethane content was hard and the bonding strength was low.The adhesive with 30%polyurethane content is soft and the application effect is poor.Moreover，the 20%poly-urethane adhesive still maintains high impact resistance after long-term use，which is suitable for long-term use in pipeline joints.

Key words：tunnel drainage pipe；pipe joint；polyurethane；modified epoxy resin；adhesive

在隧道工程中，排水系統(tǒng)是不可或缺的一環(huán)，其設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到隧道整體的穩(wěn)定性與安全性。而隧道排水管道接頭的粘合技術(shù)是確保排水系統(tǒng)密封性和耐久性的關(guān)鍵[1]。隧道排水管道接頭粘合材料的選擇至關(guān)重要，這類材料必須具備優(yōu)異的耐水性、耐腐蝕性以及強(qiáng)大的粘附力，而環(huán)氧樹脂、聚氨酯等高分子材料就因其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于隧道排水管道接頭的粘合[2-5]。

為了研究適合粘接隧道排水管道的膠粘劑，國內(nèi)外研究者發(fā)表許多相關(guān)研究成果。張?；⒌萚6]使用聚乙二醇和丁腈橡膠混合后改性環(huán)氧樹脂，制備出全新膠粘劑。但是如果固化速度過快或過慢，或者固化條件不合適，可能會(huì)導(dǎo)致該膠粘劑的性能下降。劉皓等[7]使用環(huán)氧基團(tuán)改性聚氨酯粘接管道，并進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能和粘接性能測(cè)試。但是該研究在分析環(huán)氧基團(tuán)含量對(duì)性能影響時(shí)，未充分考慮環(huán)境因素對(duì)性能的影響，導(dǎo)致研究結(jié)果不夠準(zhǔn)確和可靠。Viscusi等[8]使用金屬化合物修飾聚氨酯，制備出膠粘劑粘接管道。但是應(yīng)用在隧道排水管時(shí)的效果不理想，添加納米顆粒會(huì)改變聚氨酯纖維的力學(xué)性能，降低粘接效能。王芳等[9]使用陶瓷前體改性環(huán)氧樹脂，提升環(huán)氧樹脂的耐高溫性能，但陶瓷前體改性竹基多孔碳的制備過程需要精確的工藝控制，制備難度較大，并會(huì)影響最終膠粘劑性能的穩(wěn)定性。

基于現(xiàn)有研究，利用環(huán)氧樹脂、聚氨酯的優(yōu)勢(shì)，使用聚氨酯改性環(huán)氧樹脂制備膠粘劑，粘合隧道排水管道接頭，并進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)以測(cè)試該膠粘劑的應(yīng)用效果。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1材料與儀器設(shè)備

1.1.1試驗(yàn)材料

河南匯碩建材科技有限公司的聚氨酯，密度0.8～1.4 g/cm3，化學(xué)品純度gt;98%；濟(jì)南弘耀化工有限公司的甲苯二異氰酸酯，熔點(diǎn)20～22℃，沸點(diǎn)251℃，折射率1.568，化學(xué)品純度gt;99%；泰安環(huán)宇化工有限公司的間苯二酯，熔點(diǎn)140～144℃，化學(xué)品純度gt;98.5%；萬青化學(xué)科技有限公司的環(huán)氧樹脂，化學(xué)品純度gt;99%；河北航達(dá)環(huán)保設(shè)備有限公司的填充劑，單軸定向晶形，酸性，具有親水性，化學(xué)品純度gt;97%；南京軒浩新材料科技有限公司的促進(jìn)劑，質(zhì)地輕黃色粉末，用于膠的硫化促進(jìn)，化學(xué)品純度gt;98%；東莞市華麗星塑膠原料有限公司的聚酰胺，熔點(diǎn)200℃以上，耐磨性較高，化學(xué)品純度gt;99%；山東亞德防水材料有限公司的固化劑，灰色物質(zhì)，閃點(diǎn)180℃，固體含量超過80%，化學(xué)品純度gt;98%。

1.1.2儀器設(shè)備

全風(fēng)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰拘吞?hào)為RB-1515的真空泵；河南沃林儀器設(shè)備有限公司型號(hào)為DZKW-C的恒溫水浴鍋；青島路揚(yáng)環(huán)?？萍加邢薰拘吞?hào)為LY-CJ6的磁力攪拌機(jī)；河北秦減機(jī)械設(shè)備有限公司型號(hào)為B4DH的真空混料箱，標(biāo)準(zhǔn)定位精度0.03 mm；蘇州富思港工業(yè)檢測(cè)儀器有限公司型號(hào)為FSG-Q-A的萬能試驗(yàn)機(jī)；重慶納格雅科技有限公司型號(hào)為SS150的掃描電子顯微鏡；北京恒奧德科技有限公司型號(hào)為HAD-XJL-300A的落錘實(shí)驗(yàn)機(jī)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1聚氨酯預(yù)聚體制備

向三口燒瓶中倒入一定量的聚氨酯（聚氨酯用量根據(jù)試驗(yàn)需求調(diào)整），將燒瓶與真空泵相連，同時(shí)將三口燒瓶置于溫度為120℃的恒溫水浴鍋中，在該溫度條件下，真空脫水2h[10]。真空泵停止脫水以后，將恒溫水浴鍋溫度降低至70℃，待燒瓶中的聚氨酯溫度降至60℃以后，將甲苯二異氰酸酯倒入三口燒瓶之中，升高恒溫水浴鍋溫度至85℃，在該溫度環(huán)境中完成混合反應(yīng)。充分反應(yīng)之后，再在該溫度環(huán)境下靜置3 h，然后向三口燒瓶中倒入間苯二酯，并在85℃下恒溫保持2h，得到聚氨酯預(yù)聚體。

1.2.2組分材料制備

A組分制備：將填充劑與環(huán)氧樹脂同時(shí)倒入燒杯之中，使用磁力攪拌機(jī)迅速攪拌均勻后，室溫環(huán)境靜置備用，得到A組分[11-13]。

B組分制備：取一個(gè)清潔且干燥的燒杯倒入適量促進(jìn)劑和聚酰胺，使用磁力攪拌機(jī)混合以后倒入固化劑繼續(xù)攪拌，充分混合以后得到B組分，靜置備用。

1.2.3聚氨酯改性環(huán)氧樹脂膠粘劑制備

把制備完成的A組分、B組分、聚氨酯預(yù)聚體同時(shí)倒入一個(gè)燒杯中，使用磁力攪拌機(jī)持續(xù)攪拌，直至3種物質(zhì)完全混合，得到聚氨酯改性環(huán)氧樹脂膠粘劑。

1.2.4膠粘劑真空脫氣

為使膠粘劑具備更加良好的性能，將改性環(huán)氧樹脂膠粘劑置于真空混料箱之中，打開真空泵使混料箱之中的真空度達(dá)到0.08 Pa[14-15]，將膠粘劑置于該環(huán)境中邊勻速攪拌，邊抽真空15 min，以實(shí)現(xiàn)膠粘劑的完全脫氣。

1.2.5試驗(yàn)樣品制備

①取一個(gè)隧道排水管道用的接頭，使用砂輪清理管道接頭表面，去除殘留的油污、銹蝕和其他雜質(zhì)[16]，然后用金屬刷進(jìn)一步清潔表面，確保沒有殘留的顆粒和雜質(zhì)。②對(duì)管道接頭進(jìn)行噴砂處理，以去除表面的氧化皮和銹蝕，并增加表面的粗糙度，從而提高改性環(huán)氧樹脂膠粘劑的附著力。③為了提升涂覆度，將接頭置于干燥箱中預(yù)熱30 min。④使用滾筒將改性環(huán)氧樹脂膠粘劑均勻地涂覆在管道接頭表面，確保涂層厚度均勻，無漏涂和起泡現(xiàn)象，將涂覆膠粘劑的接頭與配套管材粘接在一起，以便完成后續(xù)測(cè)試。⑤涂覆完成后將試驗(yàn)樣品置于室溫環(huán)境下，靜置固化3～8 d。

1.3性能測(cè)試

1.3.1粘接性能測(cè)試

參考GB/T 2790—1995《膠粘劑180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法撓性材料對(duì)剛性材料》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試本文制備的膠粘劑剝離強(qiáng)度[17]。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，測(cè)試樣品中聚氨酯用量分別為0%、10%、20%、30%。使用萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試膠粘劑的拉伸性能，將涂覆膠粘劑后的接頭和管材分別固定在萬能試驗(yàn)機(jī)拉伸結(jié)構(gòu)的兩端，設(shè)定拉伸速率為8 mm/min，勻速拉伸，直至接頭與管材之間喪失粘接能力，記錄斷裂發(fā)生時(shí)的拉伸強(qiáng)度[18]。

1.3.2耐沖擊性能測(cè)試

使用落錘試驗(yàn)機(jī)測(cè)試應(yīng)用膠粘劑后粘接位置的耐沖擊性能。裁剪涂覆膠粘劑后的粘接區(qū)域，置于沖擊試驗(yàn)機(jī)的平臺(tái)上，設(shè)置沖擊力與沖擊速度，沖擊聚氨酯用量分別為0%、10%、20%、30%的膠粘劑樣品。將使用時(shí)長作為試驗(yàn)樣品的試驗(yàn)參考變量。耐沖擊性能測(cè)試參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2567—2021《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》。

1.3.3膠粘劑斷裂微觀形貌

為檢驗(yàn)拉伸之后試驗(yàn)樣品的破壞情況，首先使用萬能試驗(yàn)機(jī)向試驗(yàn)樣品施加極限拉伸力，使試驗(yàn)樣品發(fā)生斷裂，然后使用掃描電子顯微鏡觀測(cè)各個(gè)斷裂面的微觀形貌，以便對(duì)膠粘劑的應(yīng)用效果做出分析。

2結(jié)果與討論

2.1粘接性能測(cè)試結(jié)果

使用萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試本文制備的膠粘劑在聚氨酯不同用量下的拉伸強(qiáng)度以及剝離強(qiáng)度變化情況，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1（a）可以看出，受到拉伸載荷影響，本文制備的膠粘劑的拉伸強(qiáng)度隨載荷的增強(qiáng)呈現(xiàn)出穩(wěn)定下降的變化趨勢(shì)。圖1（b）中剝離強(qiáng)度變化與拉伸強(qiáng)度變化趨勢(shì)基本一致，也是隨拉伸載荷增加而降低。整體來看，膠粘劑中聚氨酯含量的變化能夠顯著影響膠粘劑的粘接性能。其中，當(dāng)聚氨酯用量為20%時(shí)，制備出的膠粘劑即使在拉伸作用下，粘接性能也始終保持在較高水平。這是因?yàn)楫?dāng)聚氨酯用量為20%時(shí)，聚氨酯與環(huán)氧樹脂之間的協(xié)同效應(yīng)達(dá)到了最佳狀態(tài)，從而提高了膠粘劑的粘接性能。由此說明使用20%聚氨酯材料制備膠粘劑，能夠獲得粘接應(yīng)用效果較好的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑。

2.2耐沖擊性能測(cè)試結(jié)果

不同使用時(shí)長下，各種聚氨酯用量的膠粘劑的耐沖擊性能試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

分析表1可知，隨著使用時(shí)間推移，本文所制備的膠粘劑耐沖擊性能顯著降低，說明該膠粘劑長期應(yīng)用于隧道排水管接頭位置粘接后會(huì)發(fā)生老化，喪失一部分性能。其中，不添加聚氨酯的膠粘劑的耐沖擊強(qiáng)度幾乎降至15 kJ/m2，無法承受高強(qiáng)度沖擊。而聚氨酯的添加會(huì)提升膠粘劑的耐沖擊強(qiáng)度，但經(jīng)過長時(shí)間使用，其耐沖擊強(qiáng)度仍然會(huì)下降。而聚氨酯用量為20%的膠粘劑經(jīng)過長時(shí)間使用以后依舊保持較高的耐沖擊強(qiáng)度，這是因?yàn)榫郯滨コ煞职l(fā)揮了良好的耐老化性能，使得膠粘劑在長時(shí)間使用后仍能保持較高的耐沖擊強(qiáng)度。

2.3斷裂微觀形貌分析

使用掃描電子顯微鏡觀測(cè)發(fā)生斷裂后試驗(yàn)樣品的斷裂微觀形貌，結(jié)果如圖2所示。

觀察圖2（a）發(fā)現(xiàn)，未使用聚氨酯的膠粘劑發(fā)生斷裂后，膠粘劑斷面出現(xiàn)較多尖銳斷口，且孔洞較多，說明該膠粘劑具有脆性斷裂特性。圖2（b）中，斷口呈現(xiàn)出纖維斷裂特征，斷口較為分散。圖2（c）中，斷裂后膠粘劑的纖維呈現(xiàn)出較為規(guī)則的分布，排列較為規(guī)律，呈現(xiàn)出韌性斷裂特征。圖2（d）中，膠粘劑使用大量聚氨酯，降低環(huán)氧樹脂的比例，導(dǎo)致纖維在膠粘劑中不均勻分布，排列混亂，使得膠粘劑附著力降低，不能實(shí)現(xiàn)有效粘接，在隧道排水管接頭中的應(yīng)用效果較差。由此表明，使用20%聚氨酯用量制備的膠粘劑，可獲得更好的膠粘劑性能，能在隧道排水管接頭長時(shí)間應(yīng)用。

3結(jié)語

使用環(huán)氧樹脂和聚氨酯混合，制備出聚氨酯改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，經(jīng)聚氨酯鏈段來改善環(huán)氧樹脂的韌性，使涂膜具有更好的抗沖擊性。經(jīng)測(cè)試得出，使用適量的聚氨酯，膠粘劑的粘接強(qiáng)度較為理想。改性后的膠粘劑剝離強(qiáng)度較高，能夠滿足排水管道接頭對(duì)耐久性的使用要求。聚氨酯改性環(huán)氧樹脂膠粘劑在排水管道接頭粘合中具有廣泛的應(yīng)用前景，未來通過優(yōu)化制備工藝和配方設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提高其性能和降低成本，為排水管道工程提供更加可靠和經(jīng)濟(jì)的解決方案。

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（責(zé)任編輯：伍鈺）