一種電梯加強筋適用的新型強力膠粘劑制備與施工工藝

劉 濤,何 斌,陳向俊

(1.西尼機電(杭州)有限公司，浙江 杭州 310017;2.浙江省特種設(shè)備科學(xué)研究院，浙江 杭州 310017)

電梯在滿足實用性的同時也要求盡可能美觀，達(dá)到實用性與美觀性的統(tǒng)一，彰顯城市風(fēng)貌。在這一背景下，電梯行業(yè)粘接工藝得到了飛速的發(fā)展[1]。傳統(tǒng)電梯加強筋粘接多采用焊接的方式，盡管能夠滿足粘接需求，但也存在成形不良、外觀粗糙、塌陷等問題。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，粘接工藝不易變形、結(jié)合面應(yīng)力分布均勻優(yōu)勢得以體現(xiàn)，且不會對零件產(chǎn)生熱影響，逐漸取代了傳統(tǒng)焊接工藝[2]。目前，在電梯加強筋粘接領(lǐng)域常用膠粘劑主要包括雙面膠帶、MS、丙烯酸、聚氨酯等，其中以聚氨酯膠粘劑應(yīng)用優(yōu)勢最為鮮明，抗剝離與耐沖擊性好，且具有一定的環(huán)保效益，操作簡單[3-5〗。對聚氨酯膠粘劑制備工藝研究有利于其在電梯加強筋粘接的推廣應(yīng)用。

1 電梯加強筋的強力膠粘劑的制備

1.1 試驗原料

研究所用精煉蓖麻油,購自環(huán)宇新材料有限公司；工業(yè)級異氰酸酯,由武漢力太化工有限公司提供；工業(yè)級聚酯多元醇3 190,購自濟南山?；た萍加邢薰?；植物油改性多元醇E(簡稱樹脂E)，購自南通丸榮國際貿(mào)易有限公司；植物油改性多元醇F(簡稱樹脂F(xiàn))，購自洛陽宏恩新型建材有限公司；復(fù)合助劑A與復(fù)合催化劑B，均由濟南貝亞特化工科技有限公司提供；碳酸鈣，購自鈺然塑料制品有限公司。

1.2 試驗設(shè)備

便攜式天平 PL602E /02，由上海坤權(quán)生物科技有限公司提供；SOWER高速分散機，由匯龍混合設(shè)備公司提供；WDW-5D數(shù)顯電子式拉力試驗機，購自滄州華恒試驗儀器有限公司；數(shù)顯粘度計指針旋轉(zhuǎn)黏度儀，購自河北慧采科技有限公司。

1.3 制備方法

在制備雙組分聚氨酯膠粘劑主劑時，先將所選取的各類原料加入混合罐，選擇300 r/min的速率進(jìn)行低俗分散處理，時間以5 min為宜，然后將碳酸鈣加入其中；按照上述速率及時間進(jìn)行滴速處理，再調(diào)整為高速處理，以1 000 r/min為宜，分散時間控制在25 min，出料保存在包裝罐密封。制備測試件時，首先準(zhǔn)備規(guī)格為200 mm×25 mm的T剝離試件，拉伸剪切試件長、寬分別為100、25 mm。采用酒精對不銹鋼及鍍鋅鋼試件予以擦拭，確保油污完全清除，晾干后留作備用[3]。精密稱取主劑與固化劑，混合均勻后，采用小刮板對不銹鋼、鍍鋅鋼試件待粘接面進(jìn)行均勻刮涂處理。快速復(fù)合試件并妥善固定，將試件轉(zhuǎn)移至烘箱中，溫度調(diào)整為60 ℃，10 min后取出；室溫冷卻10 min后卸去拉剪試件，并對拉剪強度予以測定。1周后對剩余T剝離與拉剪試件常溫狀態(tài)下的強度予以測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹脂類型、用量對T剝離強度的影響

2.1.1樹脂E、樹脂F(xiàn)對T剝離強度的影響

取5組T剝離試件測試位移的集中區(qū)間，研究樹脂E、樹脂F(xiàn)對T剝離強度的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 樹脂E、樹脂F(xiàn)對T剝離強度的影響Tab.1 The effect of resin E and resin F on peel strength of T

由表1可知，將蓖麻油作為主體樹脂，在其中加入適量樹脂E或樹脂F(xiàn)能夠促進(jìn)T剝離強度的提升。隨著樹脂用量的增加，測試位移呈現(xiàn)出縮短趨勢，提示當(dāng)對某個點瞬間測試時T剝離未形成有效位移，a5配方位移由于太短未取值。從破壞模式看，a1～a5配方粘接面自鍍鋅面發(fā)生脫離。作為脂肪酸的甘油酯，蓖麻油羥基官能度為2.7，分子量為900 u左右；蓖麻油的改性多元醇樹脂F(xiàn)、樹脂E分子量約400 u，但官能度差異大，前者為3、后者為2?；谶@一特性，將樹脂E、樹脂F(xiàn)與異氰酸酯反應(yīng)，可獲得剛性鏈段，減少柔性鏈段，T剝離強度升高，增強了對鍍鋅的粘接力，同時會縮短有效測試位移。與樹脂E相比，樹脂F(xiàn)官能度好，剛性高，加入少量便可提高T剝離強度。綜上所述，剝離強度提升并不單純依賴膠本體剛性及交聯(lián)度[4]。

聚醚240與聚酯3190用量對T剝離強度的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 聚醚240與聚酯3190用量對T剝離強度的影響Tab.2 The effect of the amount of polyether 240 and polyester 3190 on peel strength of T

由表2可知，將蓖麻油作為主體樹脂進(jìn)行膠粘劑制作，T剝離強度會隨著聚醚240、聚酯3190用量增加而降低，有效測試位移延長，以鍍鋅面脫離為主要破壞模式。作為聚環(huán)氧丙烷物質(zhì)，聚醚240將丙二醇作為起始劑，分子量2 000 u，羥基官能度2，對二聚酸改性后獲得聚酯3190分子量及官能度均與聚醚240相同。通過聚醚240、聚酯3190的適量添加，柔性鏈段含量會提高，延長了測試位移，但也伴隨鍍鋅粘接力的下降。在等量聚醚240、聚酯3190條件下，后者獲得的T剝離強度明顯高于前者，考慮聚酯3190主鏈存在豐富酯鍵，與鍍鋅附著力更高，可作為樹脂復(fù)配優(yōu)先選擇。

2.1.2不同樹脂復(fù)配T剝離強度分析

采用多種樹脂復(fù)配的方案，可在提升T剝離強度的基礎(chǔ)上獲得有效測試位移長度。不同樹脂復(fù)配對T剝離強度的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 不同樹脂復(fù)配T剝離強度的影響Tab.3 The effect of different combinations of resin on peel strength of T

由表3可知，a10～a14配方粘接面主要為鍍鋅面脫離的破壞模式。添加樹脂F(xiàn)盡管能夠促進(jìn)T剝離強度的提升；但會影響到測試位移，所以僅能少量添加。經(jīng)過綜合分析得知，a14配方能夠使得剛性鏈段與柔性鏈段達(dá)到平衡狀態(tài)，獲得最優(yōu)方案。

2.2 碳酸鈣對T剝離強度的影響

碳酸鈣用量越多，T剝離強度降低越明顯，測試位移會呈現(xiàn)出明顯的縮短，自鍍鋅面脫離為其破壞模式；具體結(jié)果如表4所示。

表4 不同碳酸鈣含量對應(yīng)T剝離強度分析Tab.4 The effect of different contents of calcium carbonate on peel strength of T

由表4可知，主體樹脂的含量會隨著碳酸鈣的增加而降低，同時伴隨膠體內(nèi)極性基團數(shù)量降低，使得鍍鋅基材附著力受到影響，導(dǎo)致T剝離強度下降，縮短了測試位移。當(dāng)碳酸鈣含量為30%～60%，T剝離強度降低會受到一定的限制，基于成本因素，將碳酸鈣用量控制為60%為宜。

2.3 不同量復(fù)合助劑A的T剝離強度分析

不同量復(fù)合助劑A對T剝離強度的影響，具體結(jié)果如表5所示。

表5 不同量復(fù)合助劑A的T剝離強度分析Tab.5 Analysis of effect of different amounts of compound agent A on pee1 strength of T

由表5可知，復(fù)合助劑A的添加能夠促進(jìn)T剝離強度的提升，當(dāng)復(fù)合助劑A添加量增多后，T剝離強度會呈現(xiàn)出先升高、后降低的變化，但不會影響測試位移；當(dāng)助劑A含量增加后，粘附破壞會向內(nèi)聚破壞轉(zhuǎn)變。作為一種復(fù)合型助劑，復(fù)合助劑A在提升鍍鋅基材粘接性方面有著突出的效果，主要成分包括改性氨基烷基多官能團與環(huán)氧基烷基多官能團，其與鍍鋅表面會產(chǎn)生基團反應(yīng)；當(dāng)助劑A增加后，膠本體對鍍鋅粘附力也會得到增強，使得T剝離強度提升。需要注意的是，復(fù)合助劑A過量會導(dǎo)致膠本體強度下降，降低T剝離強度，將其添加量控制在0.5%能夠達(dá)到較好的效果。

2.4 復(fù)合催化劑B對操作及固化時間的影響

復(fù)合催化劑A加入后固化速度得到了顯著的提升，但會縮短操作時間，當(dāng)催化劑添加量增加后，在初始固化條件下，抗剪強度會呈現(xiàn)出升高趨勢。復(fù)合催化劑B對操作及固化時間的影響，具體結(jié)果如表6所示。

表6 復(fù)合催化劑B對操作及固化時間的影響Tab.6 Effect of compound catalyst B on operation and curing time

由表6可知，復(fù)合催化劑B經(jīng)過加熱處理能夠達(dá)到固化狀態(tài)，為室溫操作提供更多的時間。復(fù)合催化劑B主要成分包括延遲性金屬催化劑與胺類催化劑，基于電梯加強筋的工藝特點，將其添加量控制為0.1%～0.2%為宜。

研究發(fā)現(xiàn)，在對電梯加強筋進(jìn)行粘結(jié)劑制備時，碳酸鈣用量最高為60%；其次為蓖麻油為25%，聚酯3196用量控制為8%左右，樹脂E、樹脂F(xiàn)用量分別為5%、2%左右。助劑A用量控制為0.5～0.8%左右，復(fù)合催化劑B劑量以0.1～0.2%為宜。在應(yīng)用中可結(jié)合基材條件、成本及工藝等確定最終方案，滿足需求。

3 電梯加強筋的強力膠粘劑的特點

制備的膠粘劑，其外觀為棕黃色粘稠液體，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～25%，保質(zhì)期為6個月，黏度1 Pa·s，能夠進(jìn)行刷涂操作；如有必要可在其中加入稀釋劑進(jìn)行稀釋處理。該研究制備的膠粘劑對多種天然材料尤其是電梯加強筋具有較高的粘接力；其在不同材料中粘接的剝離強度如表7所示。

表7 強力膠粘劑對不同材料粘接的剝離強度Tab.7 The peel strength of a strong adhesive to different materials

4 討論

電梯的廳、轎門門扇(門板)一般有鋼板噴涂、鈦金、發(fā)紋不銹鋼、鏡面不銹鋼等幾種；而不銹鋼中也有很多是拉絲紋不銹鐵做的。 門扇(門板)均為實心的，中間通常還有一層隔音膠；另外還有一根以上的加強筋為空心的，門扇(門板)的一點間隙很小可以忽略不計[6-8]。在具體的粘接操作中，首先應(yīng)對粘接基面進(jìn)行清潔處理，保證待粘表面無油污、無水，避免其他可能影響粘接的污物；若表面存在污物，可采用脫脂棉、棉布蘸取適量的酒精對表面進(jìn)行清洗，待完全干燥后，再進(jìn)行粘接，或采用自動清洗的方式進(jìn)行處理[9-10]。針對存在表面銹蝕或漆磨的情況，應(yīng)先對粘接表面進(jìn)行打磨處理，然后再用棉布蘸取清洗劑進(jìn)行清洗處理，徹底干燥后進(jìn)行粘接[11-13]。環(huán)境溫度和濕度對密封膠表干及固化影響較大，建議施工環(huán)境溫度 5～35 ℃，相對濕度50%～70%；密封節(jié)點部分可用刮刀或硬質(zhì)泡沫條進(jìn)行修飾刮平，部分細(xì)部修飾的地方可用肥皂水抹平。如果應(yīng)用中與聚氨酯粘接膠接觸，則必須等聚氨酯膠完全固化后才能施工[14-16]。當(dāng)進(jìn)行強力膠粘劑對電梯加強筋進(jìn)行粘接時，往往需要營造一個符合要求的溫度環(huán)境，溫度過高或過低均會對粘接效果產(chǎn)生一定的影響[17-18]。在進(jìn)行粘接操作時，宜選擇獨立的空間，利用空調(diào)、溫濕度表或電加熱設(shè)備等營造標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境溫度。電梯加強筋在室內(nèi)靜置時間盡可能足夠長，保持產(chǎn)品溫度與環(huán)境溫度的一致。也可以對產(chǎn)品進(jìn)行加熱處理，待產(chǎn)品達(dá)到粘接所需的溫度后，結(jié)合實際情況進(jìn)行溫度控制。在壓力控制方面，可借助自動施壓裝置，維持粘接面平整[19-20]。在機械連接控制方面，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定操作，掌握好拉鉚強度，清理配鉆時產(chǎn)生的鐵屑，避免其在工件上殘留，粘接時應(yīng)合理選擇中心位置。

5 結(jié)語

綜上所述，研究利用雙組份聚氨酯膠粘劑制備的粘接劑，強度高、模量特性高，無需底涂，其在多種基材上均具有較好的粘接性，適用于電梯加強筋粘接。作為一種高強度粘接劑，其應(yīng)用于電梯行業(yè)能夠替代傳統(tǒng)焊接工藝，達(dá)到粘接性能的需求，同時具有美觀性，能夠為施工提供便利，可操作性強，有廣闊的發(fā)展空間。