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1 前言
有机玻璃与涤纶带的粘接要求粘接强度高,高低温性能、耐介质性能好,且不对有机玻璃产生腐蚀。国内早期使用酚醛胶粘剂,后改用丙烯酸酯胶粘剂,这2 种胶粘剂都有一定的缺点:酚醛胶粘剂的低温性能差,而丙烯酸酯胶粘剂,除腐蚀有机玻璃外,有的还需要加温固化。国外则使用室温固化双组分聚氨酯胶粘剂。聚氨酯胶粘剂其分子链中含有很强极性和化学活泼性的氨基甲酸酯基( —NHCOO —) 或异氰酸酯基( —NCO) ,与很多材料有很好的粘接力,并且聚氨酯胶粘剂具有较高的耐磨性、耐低温性、耐疲劳性能以及不会对有机玻璃产生腐蚀等性能。本文研制的J – 189 双组分聚氨酯胶粘剂,甲组分为聚酯多元醇,乙组分为多异氰酸酯。室温固化,有较高的粘接强度、良好的高低温性能及耐介质性能。
2 实验部分
2. 1 主要原材料
癸二酸,三元醇,乙二醇,丙酮,催化剂等均为试剂;多异氰酸酯固化剂,自制。
2. 2 聚酯的合成[1 ]
在三口瓶中加入癸二酸、乙二醇、三元醇加温至160～170 ℃反应2 h ,然后加入聚酯、反应催化剂,升温至220～230 ℃反应2 h ,脱水达到规定的分子质量,降温出料。
2. 3 配胶
首先把聚酯配成质量分数为50 %的丙酮溶液作为甲组分,再与乙组分多异氰酯固化剂按质量比2∶1 混合,每隔10～15 min 搅拌1 次,直至成为膏状物,即可使用。
2. 4 性能测试
粘接强度测试(除特别注明外,一般固化条件:温度20 ℃,相对湿度55 % ,固化4 d) ,按照Q/ HSY107 – 2002 执行,粘接试样如图1 所示:
图1 粘接试样示意图
粘接强度计算公式如下:
A = P/ B
A 为粘接强度/ kN·m- 1 , P 为破坏载荷/ kN , B为试样宽度/ cm
3 结果与讨论
3. 1 聚酯的影响
一般来说,聚酯型聚氨酯胶粘剂其粘接强度要高于聚醚型聚氨酯胶粘剂,故本文选用聚酯作为甲组分[2 ] 。由于用普通的二元醇与二元酸合成的聚酯耐水性差,我们选用了长链脂肪酸癸二酸与二元醇、三元醇合成的聚酯,这类聚酯除耐水性较好外,韧性也比较好。在实验中,发现聚酯分子质量大小及分子支化度对粘接强度影响很大,而聚酯的分子质量大小及支化度受二元醇和三元醇物质的量比的影响。从表1 可以看出,通过调整二元醇和三元醇物质的量比,可以获得所需性能的聚酯。
表1 二元醇和三元醇物质的量比对粘接强度的影响
3. 2 催化剂的影响
催化剂的选择在聚氨酯胶粘剂中很重要。催化剂主要是对粘接工艺、适用期和固化速度产生影响。在双组分聚氨酯胶粘剂固化过程中,多异氰酸酯与聚酯中羟基反应和多异氰酸酯与水反应是一对竞争反应。当多异氰酸酯与水反应太快时,胶的适用期太短;当多异氰酸酯与水反应太慢时,固化速度太慢,达到最终强度的时间太长。选用复合催化剂既保证胶有足够的适用期,粘接强度也高,满足了工艺要求。表2 列出了几种催化剂对粘接强度的影响。
表2 催化剂种类的影响
不仅催化剂种类对粘接强度有影响,催化剂用量对胶的粘接强度、适用期也有很大的影响。由表3 可以看出,随着催化剂量的增加,粘接强度也增加,而适用期则缩短。
3. 3 固化剂的影响
在实验中,先后选用过MDI、7900 、T – 80 等作为固化剂,效果都不理想。纯MDI 由于是固体,在工艺操作上存在困难,7900 以氯苯做溶剂,会腐蚀有机玻璃,而T – 80 的粘接强度不高。为此我们自制了一种多异氰酸酯固化剂,取得了很好的效果。由表4 可见,异氰酸酯固化剂与聚酯质量比在1∶1时有很好的粘接强度。
表4 异氰酸酯固化剂与聚酯质量比的影响
3. 4 耐介质性能
3. 4. 1 胶粘剂的性能
J – 189 聚氨酯胶粘剂要求良好的耐介质性能,在水和航空煤油中浸泡72 h 后, 其强度不低于1. 5 kN·cm- 1 。从表5 可以看出J – 189 聚氨酯胶粘剂耐介质性能完全符合要求,尤其是耐水性能优异。
*固化条件:温度30 ℃,相对湿度55 % ,固化4 d。
3. 4. 2 高低温性能
我们把J – 189 聚氨酯胶粘剂与国外同类产品的高低温性能进行了对比。从表6 中可以看出,J -189 胶粘剂高低温性能与国外样品相当,但高温性能优于国外样品。
表6 J – 189 胶粘剂与国外样品高、低温性能的比较3
3 固化条件:温度30 ℃,相对湿度55 % ,固化4 d。
3. 4. 3 贮存稳定性
J – 189 胶粘剂(固化条件:温度30 ℃,相对湿度55 % ,固化4 d) 在密封、避光、室温条件下贮存,每隔3 个月测试一次强度, 每次强度基本上都是2 kN·cm- 1左右,说明贮存时间对强度无明显影响,本胶贮存稳定性良好。
4 结论
J – 189 聚氨酯胶粘剂工艺参数是:二元醇和三元醇物质的量比为1∶0. 32 、催化剂用量1 % ,异氰酸酯固化剂与甲组分质量比为1∶1 。该胶粘剂有较好的耐介质性能和高、低温性能,其中,高温性能优于国外同类胶粘剂。J – 189 聚氨酯胶粘剂除了可以用于有机玻璃与涤纶带的粘接,也可用于金属与非金属、非金属与非金属之间的粘接。
