改性水下碳纤维复合材料修复胶粘剂性能研究
摘要
随着我国海洋强国建设的推进，特别是我国十四五报告中明确提出围绕海洋工程、
海洋资源、海洋环境等领域突破一批关键核心技术，培育壮大海洋工程装备等。海洋工
程装备中对轻量化复合材料的需求越来越高，复合材料在海洋工程的应用中，由于使用
环境复杂，易出现破损造成装备失效，因此对水下复合材料结构的修补显得尤为重要。
目前市面有部分可应用于水下粘结的树脂体系，但现有的水下环氧树脂胶粘剂耐水性差，
使用强度低，特别是在含水固化时会造成固化不完全，性能较差。为了改善传统的水下
环氧树脂胶粘剂强度低的问题，本文从提高胶层的强度入手，提高胶粘剂粘接性能，并
对其在水下复合材料结构中的修补性能进行研究。
本文选用环氧树脂为基体材料、FQ2203作为固化剂，利用气相SiO对水下环氧胶
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粘剂进行改性。采用非等温差示扫描量热法（DSC）测试，利用外推法求解气相SiO2改
性水下环氧树脂胶粘剂的特征固化温度，Kissinger与Ozawa法求解固化体系的表观活
化能，利用红外特征光谱研究固化体系的反应机理。针对气相SiO2改性水下环氧胶粘
剂，研究了不同含量气相SiO2对气相SiO2改性水下环氧胶粘剂力学性能影响。当气相
SiO2的含量为1%时，气相SiO2改性水下环氧胶粘剂力学性能最佳，空气中固化的拉伸
强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、粘接强度分别为65.51MPa、3.98GPa、150.65MPa、
4.13GPa和10.51MPa；在水中固化的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、粘
接强度分别为60.81MPa、3.87GPa、145.35MPa、4.05GPa和9.06MPa。
为进一步提高气相SiO2改性水下环氧胶粘剂的强度，以短切碳纤维为增强相，对气
相SiO2改性水下环氧胶粘剂进行强化研究。利用力学性能测试研究不同含量短切碳纤
维对SCF/气相SiO改性水下环氧树脂胶粘剂力学性能的影响。当短切碳纤维含量为0.15%
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时，SCF/气相SiO2改性水下环氧胶粘剂的力学性能最佳，在空气中固化的拉伸强度、拉
伸模量、粘接强度分别为72.09MPa、4.11GPa、11.74MPa；在水中固化的拉伸强度、
拉伸模量、粘接强度分别为66.62MPa、3.97GPa、10.73MPa。利用DMA测试了SCF/
气相SiO2改性水下环氧胶粘剂的热机械性能，储能模量随水中浸泡时间的增加无明显
退化，SCF/气相SiO2改性水下环氧胶粘剂具有良好的耐湿性能。
利用碳纤维胶接贴补技术使用碳纤维补片和制备的SCF/气相SiO2改性水下环氧胶
粘剂对碳纤维复合材料损伤结构进行修补，碳纤维补片长度20mm时，修补试件力学性
能最佳，在空气、水、海水中修补率分别达到了未损伤试件的81.02%、74.62%、71.80%。
哈尔滨工程大学硕士学位论文
SCF/气相SiO2改性水下环氧胶粘剂具有良好的水下修补性能，且修复效率较高。
关键词：水下胶粘剂；环氧树脂；力学性能；加固修复
改性水下碳纤维复合材料修复胶粘剂性能研究
Abstract
WiththeadvancementofChinasconstructionofamaritimepower,especiallytheclear
proposalinthe14thFiveYearPlanofChinatobreakthroughabatchofkeycoretechnologies
inthefieldsofmarineengineering,marineresources,marineenvironment,andcultivateand
strengthenmarine