J-189聚氨酯膠黏劑的工藝與老化性能研究

尚 磊，戴文鳴，孔憲志，孫東洲，孫 禹*

（1,沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110035,2,黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究，黑龍江 哈爾濱 150040）

技術(shù)交流

J-189聚氨酯膠黏劑的工藝與老化性能研究

尚 磊1，戴文鳴1，孔憲志2，孫東洲2，孫 禹2*

（1,沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110035,2,黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究，黑龍江 哈爾濱 150040）

對(duì)用于飛機(jī)座艙邊緣聯(lián)接用J-189聚氨酯膠黏劑工藝與老化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：砂布的目數(shù)對(duì)強(qiáng)度影響較小,但砂布的目數(shù)越大，有機(jī)玻璃的表面劃痕越?。荒z黏劑在可涂刷的時(shí)間內(nèi)，強(qiáng)度無(wú)明顯變化；當(dāng)缺陷面積達(dá)到35%時(shí)，膠黏劑剪切強(qiáng)度為105kN/m,接近指標(biāo)值100kN/m。海洋平臺(tái)戶外自然老化12個(gè)月后，膠黏劑強(qiáng)度下降3.14%；海洋平臺(tái)棚下自然老化48個(gè)月后，膠黏劑強(qiáng)度下降3.37%；漠河平臺(tái)戶外自然老化12個(gè)月后，膠黏劑強(qiáng)度無(wú)下降；漠河平臺(tái)棚下自然老化48個(gè)月后，膠黏劑強(qiáng)度略有下降。對(duì)膠黏劑固化物老化前后樣品進(jìn)行紅外分析，其老化后發(fā)生了氨基甲酸酯鍵的斷裂。

聚氨酯膠黏劑；工藝；自然老化；缺陷面積

前言

聚氨酯膠黏劑是分子鏈中含有氨酯基（-NHCOOH-）或異氰酸酯基（-NCO-）類的膠黏劑,具有良好的耐磨、耐水、耐油、耐溶劑、耐化學(xué)藥品、耐臭氧以及耐細(xì)菌等性能，因此被廣泛用于制鞋業(yè)、建筑、汽車制造、軍工等領(lǐng)域[1～3]。飛機(jī)座艙軟聯(lián)接用膠黏劑一種為丙烯酸酯類，另一種為聚氨酯類。由于丙烯酸酯膠黏劑易使航空有機(jī)玻璃產(chǎn)生銀紋，而應(yīng)用聚氨酯膠黏劑此類現(xiàn)像大為減少。所以目前國(guó)內(nèi)外飛機(jī)座艙軟聯(lián)接用膠黏劑多為聚氨酯膠黏劑，J-189聚氨酯膠黏劑就是應(yīng)用于飛機(jī)座艙軟聯(lián)接的。J-189聚氨酯膠黏劑是雙組分膠黏劑，其中一個(gè)組分為聚酯多元醇，另一組分為多異氰酸酯。該膠具有較高的粘接強(qiáng)度，良好的高、低溫性能，耐介質(zhì)性能，工藝及老化性能。

孔憲志等[4]對(duì)J-189聚氨酯膠黏劑的制備及力學(xué)性能進(jìn)行了研究，指出該膠具有良好的力學(xué)性能及耐介質(zhì)等性能，但沒有對(duì)J-189聚氨酯膠黏劑的工藝及老化性能進(jìn)行探討。本文將討論J-189聚氨酯膠黏劑適用期對(duì)其工藝及力學(xué)性能的影響，同時(shí)研究了J-189聚氨酯膠黏劑在不同條件下的自然老化性能，為該膠的更好應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

J-189聚氨酯膠黏劑，黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院；丙酮分析純；

1.2 配膠

首先把J-189聚氨酯膠黏劑甲組分配成50%的丙酮溶液，然后將此溶液和乙組分固化劑按質(zhì)量比2∶1混合攪拌，每隔10～15min攪拌一次，直至成為膏狀物，即可使用。

1.3 性能測(cè)試

1）膠接強(qiáng)度，測(cè)試按照Q/HSY107-2006執(zhí)行,膠接試樣如下：

其強(qiáng)度計(jì)算公式如下：

A=P/B

A-粘接強(qiáng)度，kN/m;

P-破壞載荷，kN;

B-試樣寬度，m。

2）剝離強(qiáng)度，GB/T7122-1996高強(qiáng)度膠黏劑剝離強(qiáng)度的測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 砂布的影響

2.1.1 砂布目數(shù)對(duì)強(qiáng)度的影響

表1 砂布目數(shù)對(duì)強(qiáng)度的影響Table 1 The effect of mesh quantity of abrasive cloth on strength

J-189聚氨酯膠黏劑主要用于有機(jī)玻璃與滌絲帶的粘接，在粘接前有機(jī)玻璃要用砂布打磨，這種打磨對(duì)有機(jī)玻璃表面產(chǎn)生一定劃痕，而這種損傷對(duì)有機(jī)玻璃強(qiáng)度是否有影響，進(jìn)而影響粘接強(qiáng)度。為此，選用不同目數(shù)的砂布進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。表1為不同目數(shù)砂布對(duì)剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度的影響。從表1可以看出砂布目數(shù)對(duì)剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度沒有明顯影響，也沒有規(guī)律性。

2.1.2 玻璃表面分析

對(duì)不同目數(shù)砂布打磨過(guò)的玻璃表面放大倍數(shù)進(jìn)行觀察，圖1是不同砂布打磨后的玻璃表面，可以看出砂布目數(shù)增加，其表面平整度要好，且產(chǎn)生的劃痕也要小。

圖1 不同砂布打磨的玻璃表面Fig.1 The abrased surface of plexiglass with different abrasive cloth

2.2 適用期對(duì)強(qiáng)度的影響

表2 適用期對(duì)強(qiáng)度的影響Table 2 The effect of pot life on shear strength

J-189聚氨酯膠黏劑是雙組分膠黏劑，使用時(shí)把J-189聚氨酯膠黏劑甲組分配成50%的丙酮溶液，然后將此溶液和乙組分固化劑按質(zhì)量比2∶1混合攪拌，每隔10～15min攪拌一次，直至成為膏狀物，開始使用。該膠要求適用期不低于2h，為此考查了成膏后使用一段時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)度變化。從表2可以看出膠黏劑在成膏后15h內(nèi)剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度變化不明顯，這說(shuō)明該膠的適用期可以滿足要求。

2.3 缺陷面積對(duì)強(qiáng)度的影響

J-189聚氨酯膠黏劑在實(shí)際應(yīng)用中，由于各種原因難以避免在膠層中存在一定的缺陷，缺陷面積大小勢(shì)必對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。因此實(shí)驗(yàn)中人為在膠層中制造出不同大小的缺陷，來(lái)測(cè)試缺陷大小對(duì)強(qiáng)度的影響。圖2是人為設(shè)計(jì)的不同大小的缺陷對(duì)J-189聚氨酯膠黏劑強(qiáng)度的影響。從圖2可以看出，與初始強(qiáng)度相比缺陷的存在降低了強(qiáng)度，但在5%之前強(qiáng)度的下降與缺陷面積并不成線性關(guān)系，缺陷面積擴(kuò)大，強(qiáng)度并沒有急劇下降。當(dāng)缺陷面積達(dá)到 35%時(shí)，其強(qiáng)度已經(jīng)非常接近指標(biāo)值100kN/m，因此，為了保證飛行安全，在粘接時(shí)當(dāng)缺陷面積達(dá)到30%，就可以認(rèn)為膠接失敗。

圖2 缺陷面積對(duì)強(qiáng)度的影響Fig.2 The effect of defect area of adhesive on shear strength

2.4 自然老化對(duì)強(qiáng)度的影響

表3 J－189聚氨酯自然老化后的剪切強(qiáng)度Table 3 The shear strength of the adhesive at different natural aging time

為了考查J-189聚氨酯膠黏劑的自然老化情況，選擇了漠河和海洋兩個(gè)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)試結(jié)果見表3。從表3可以見到，海洋平臺(tái)戶外大氣暴露12個(gè)月和海洋平臺(tái)棚下大氣暴露48個(gè)月膠黏劑的剪切強(qiáng)度分別下降3.14%和3.37%。而在漠河戶外大氣暴露12個(gè)月膠黏劑強(qiáng)度不變，漠河棚下大氣暴露48個(gè)月膠黏劑的剪切強(qiáng)度略有下降。

2.5 紅外分析

對(duì)海洋平臺(tái)戶外大氣暴露的樣品進(jìn)行了老化前后紅外光譜分析，圖3是老化前后的紅外譜圖。在1731cm-1吸收峰是酯和氨基甲酸酯兩種C=O吸收相互重疊形成的吸收峰;這些吸收峰下降很嚴(yán)重,說(shuō)明聚氨酯膠黏劑中的主要官能團(tuán)發(fā)生斷裂,J-189聚氨酯膠黏劑固化物已發(fā)生一定程度的降解，降解主要是氨基甲酸酯鍵的斷裂。

圖3 膠黏劑老化前后紅外圖Fig.3 FT－IR spectra of adhesive before and after aging

3 結(jié)論

（1）砂布目數(shù)對(duì)強(qiáng)度無(wú)明顯影響，但目數(shù)增加對(duì)有機(jī)玻璃表面劃痕要小。

（2）在涂膠15h內(nèi)，J-189聚氨酯膠黏劑強(qiáng)度變化不大。

（3）缺陷面積達(dá)到35%時(shí)，強(qiáng)度接近指標(biāo)值100kN/m。

（4）海洋平臺(tái)自然戶外老化一年強(qiáng)度基本不變，棚下自然老化4年后，J-189聚氨酯膠黏劑強(qiáng)度略有下降。

（5）自然老化后，J-189聚氨酯膠黏劑發(fā)生了氨基甲酸酯鍵的斷裂。

［1］李紹雄，劉益軍.聚氨酯膠粘劑［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 1998.

［2］JOSE′VEGA－BAUDRIT,VIRTUDES NAVARRO－BAN′O′N,PATRICIA VA′ZQUEZ,et al.Addition of nanosilicas with different silanol content to thermoplastic polyurethane adhesives［J］.International Journal of Adhesion&Adhesives,2006,26（5）:378～387.

［3］JESSICA DONATE－ROBLES,JOSE′MIGUEL MART′N－MART′NEZ.Addition of precipitated calcium carbonate filler to thermo－plastic polyurethane adhesives［J］.International Journal of Adhesion&Adhesives,2011,31（8）:795～804.

［4］孔憲志，孫東洲，祝鐵軍，等.J－189雙組分聚氨酯膠粘劑的研制［J］.粘接,2004，（1）:19～21.

［5］楊玉崑，廖增琨，余云照,等.合成膠粘劑［M］.北京：科學(xué)出版社, 1983.

［6］張洪峰，尚磊，鐘艷莉.座艙邊緣連接用改性丙烯酸酯膠黏劑的性能研究［J］.化學(xué)與黏合,2006，（4）:242～245

［7］耿剛強(qiáng),劉攀,李春軒,等.醇酸體系和聚氨酯體系人工老化測(cè)試分析［J］.涂料工業(yè),2009,39（4）:59～62，66.

［8］劉麗紅,閆杰.典型大氣環(huán)境玻璃鋼天線罩聚氨酯涂層工藝?yán)匣袨檠芯浚跩］.環(huán)境技術(shù),2011，(1):40～43.

Study on Glue Spreading Technics and Natural Aging Properties of J-189 Polyurethane Adhesive

SHANG Lei1,DAI Wen-ming1,KONG Xian-zhi2,SUN Dong-zhou2and SUN Yu2
（1.Shenyang Aircraft Design Research Institute,Shenyang 110035,China;2.Institute of Petrochemistry,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150040,China）

The glue spreading technics and natural aging properties of J-189 polyurethane adhesive for the edge bonding of plane cabin were studied.The results showed that the mesh quantity of abrasive cloth had little effect on the strength;however,the more the mesh quantity of abrasive cloth was,the smaller the scratches on plexiglass surface were;the strength of adhesive didn’t change obviously when it was spreading;when the defect area reached 35%,the shear strength of adhesive was 105kN/m which was close to the targeted value（100kN/m）.The shear strength of adhesive decreased 3.14%when it exposed in the marine atmosphere for 12 months;and it decreased 3.37%after exposed in the marine atmosphere under a shed for 48 months;the shear strength didn’t decline after aging in Mohe for 12 months,and only a slight decrease was found after 48 months.The IR analysis for the aged adhesive indicated that the carbamate bond was broken after aging.

Polyurethane adhesive;technics;natural aging;defect area

TQ433.432

B

1001-0017（2014）03-0218-03

2014-03-03

尚磊（1974-）男，遼寧沈陽(yáng)人，理學(xué)碩士，高級(jí)工程師，從事航空非金屬材料應(yīng)用工作。

*通訊聯(lián)系人：孫禹