羽毛球拍丙烯酸酯膠粘劑的制備與性能分析

摘 要：為提升羽毛球拍專用丙烯酸酯膠粘劑的力學(xué)性能與疏水性能，研究制備了溴化丙烯酸亞乙酯基和乙烯基硅油2種材料并對(duì)常規(guī)丙烯酸酯進(jìn)行改性處理，進(jìn)而生成雙離子型復(fù)合丙烯酸酯膠粘劑。通過(guò)涂層硬度測(cè)試、耐沖擊性測(cè)試、附著力測(cè)試、接觸角測(cè)試等手段對(duì)該材料的應(yīng)用性能加以驗(yàn)證。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，雙離子型復(fù)合丙烯酸酯相比于常規(guī)丙烯酸酯來(lái)說(shuō)，在疏水性能方面得到了顯著提升，并且保留了常規(guī)丙烯酸酯在附著力和耐沖擊性方面的優(yōu)良性能，雖然硬度有所下降，但仍然符合羽毛球拍的生產(chǎn)加工要求，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：羽毛球拍；雙離子型復(fù)合丙烯酸酯；制備方法；力學(xué)性能分析

中圖分類號(hào)：TQ433.4+36" " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)：1001-5922（2024）07-0043-03

Preparation and performance analysis of acrylic adhesive

for badminton rackets

HONG Jian1，LI Yang1，LI Feng1，LI Xinrong2，DONG Jun1

（1. An Kang Vocational and technical college，Ankang 725000，Shaanxi China；

2. School of Physical Education，Inner Mongolia University，Huhehaote 010021，China）

Abstract： In order to improve the mechanical and hydrophobic properties of acrylic adhesive for badminton rackets，two kinds of ethylene bromide acrylate and vinyl silicone oil were prepared and modified to form double ionic composite acrylate adhesives. The application performance of the material is verified by coating hardness test， impact resistance test， adhesion test， contact angle test and other means. Experimental tests show that" compared to conventional acrylic esters， double ionomer composite acrylate had significantly improved its hydrophobicity and retained the excellent performance of conventional acrylic esters in adhesion and impact resistance. Although the hardness had decreased， it still met the production and processing requirements of badminton rackets and had certain application value.

Key words： badminton racket；double ion composite acrylate；preparation method；mechanical performance analysis

丙烯酸酯具有較強(qiáng)的附著力、機(jī)械性能與耐腐蝕性，對(duì)于羽毛球拍生產(chǎn)加工較為常用的玻璃纖維、木材、馬口鐵片等材料也能夠體現(xiàn)出較強(qiáng)的粘接性能［1-2］。隨著我國(guó)高分子化工技術(shù)的不斷發(fā)展，丙烯酸酯已經(jīng)成為一種成本低廉、材料來(lái)源廣泛、生物相容性良好的優(yōu)質(zhì)環(huán)保材料，十分適用于羽毛球拍這類消耗型體育器材的生產(chǎn)與加工［3-4］。然而，丙烯酸酯也存在熱穩(wěn)定性不足、耐水性差等方面的問(wèn)題，在羽毛球拍的生產(chǎn)加工領(lǐng)域還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男詢?yōu)化處理［5］。為此，研究提出了一種雙離子型復(fù)合丙烯酸酯材料，通過(guò)溴化丙烯酸亞乙酯基銨和乙烯基硅油2種材料來(lái)提升丙烯酸酯的疏水性能，進(jìn)而延長(zhǎng)羽毛球拍的使用壽命。

1" "實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1" "實(shí)驗(yàn)原料與儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所需主要原料：丙二醇甲醚醋酸酯（分析純，濟(jì)南創(chuàng)世化工有限公司）；偶氮二異丁腈（分析純，浙江達(dá)一信化工有限公司）；丙烯酸（分析純，濟(jì)南善博商貿(mào)有限公司）；甲基丙烯酸甲酯（分析純，山東同利新材料有限公司）；烯基環(huán)四硅氧烷（分析純，武漢卡諾斯科技有限公司）；八甲基環(huán)四硅氧烷（分析純，山東昊銳化工有限公司）；石油醚（分析純，東莞市新都化工有限公司）；丙酮（分析純，溫州鼎誠(chéng)化工有限公司）；丙烯酸二甲氨基乙酯（分析純，廣州三旺化工材料有限公司）；溴代正丁烷（分析純，山東同利新材料有限公司）。

實(shí)驗(yàn)所需儀器設(shè)備：DZF-6050真空干燥箱，上海捷呈實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；RE-5299旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海耀特儀器設(shè)備有限公司；KW-4BC旋涂?jī)x，北京賽德凱斯電子；Integral-1硬度測(cè)試儀，深圳市華豐科技有限公司；BGD 302涂膜沖擊器，標(biāo)格達(dá)精密儀器（廣州）有限公司；XH-MS附著力測(cè)試儀，北京天地星火科技發(fā)展有限公司；SDC-200S接觸角測(cè)試儀，東莞市晟鼎精密儀器有限公司。

1.2" "材料制備

1.2.1" "制備溴化丙烯酸亞乙酯基（QAS）

以1.3∶1的摩爾比將溴代正丁烷和丙烯酸二甲氨基乙酯2種材料混合均勻，在此基礎(chǔ)上加入適量丙酮進(jìn)而使整個(gè)體系的固含達(dá)到70%；取一個(gè)三口燒瓶，倒入上一步所配置的混合液體，在此基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)體系進(jìn)行加熱冷凝處理，加熱溫度為60 ℃、時(shí)間為10 h，進(jìn)而獲得淡黃色冷凝液；通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器對(duì)冷凝液進(jìn)行干燥處理，干燥后得到白色固體［6-8］；用石油醚清洗上一步所得到的白色固體，徹底去除其中所含有的溴代正丁烷；對(duì)經(jīng)過(guò)清洗的白色固體進(jìn)行真空干燥處理，干燥箱溫度為40 ℃，最終獲得白色粉末狀的QAS［9-10］。

1.2.2" "制備乙烯基硅油（PDMS）

于圓底燒瓶中加入八甲基環(huán)四硅氧烷20 g，加熱至100 ?C后添加少量強(qiáng)堿催化靜置2 h，增加體系黏度；加入封端劑烯基環(huán)四硅氧烷4 g，攪勻后靜置2 h，進(jìn)而得到線性有機(jī)硅中間體［12-13］；對(duì)上一步所制備的中間體實(shí)施旋轉(zhuǎn)干燥處理，待反應(yīng)單體完全去除后可獲得無(wú)色透明的PDMS液體。

1.2.3" "制備常規(guī)丙烯酸酯（PA）

按照一定比例將甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸均勻混合，再將混合物倒入裝有冷凝管和攪拌槳的三口燒瓶；倒入引發(fā)劑偶氮二異丁腈和溶劑丙二醇甲醚醋酸酯，于100 ?C環(huán)境下加熱90 min，進(jìn)而獲得呈無(wú)色透明粘稠狀的PA液體。

1.2.4" "制備雙離子丙烯酸酯（PA-QAS）

按照一定的比例將QAS、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸均勻混合，再將混合物倒入裝有冷凝管和攪拌槳的三口燒瓶［14-15］；倒入引發(fā)劑偶氮二異丁腈和溶劑丙二醇甲醚醋酸酯，于100 ?C環(huán)境下加熱90 min，進(jìn)而獲得PA-QAS無(wú)色透明粘稠液體。

1.2.5" "制備雙離子型復(fù)合丙烯酸酯（PA-QAS-PDMS）

按照一定的比例將PA-QAS、乙烯基硅油、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸均勻混合，再將混合物倒入裝有冷凝管和攪拌槳的三口燒瓶；倒入引發(fā)劑偶氮二異丁腈和溶劑丙二醇甲醚醋酸酯，于100 ?C環(huán)境下加熱90 min，進(jìn)而獲得呈白色粘稠狀的PA-QAS-PDMS液體。

1.2.6" "試件制備

通過(guò)旋涂?jī)x將所制備的PA、PA-QAS、PA-QAS-PDMS 3種材料分別涂抹于2.5 cm×2.5 cm的方形玻璃片上，旋涂?jī)x轉(zhuǎn)速為500～2 500 r/min。

1.3" "材料測(cè)試

1.3.1" "涂層硬度測(cè)試

將不同硬度的鉛筆固定在硬度測(cè)試儀上，鉛筆與試件之間的接觸角為45°。推動(dòng)鉛筆前進(jìn)，若鉛筆未在試件上留下痕跡，則該鉛筆的硬度即為試件硬度。

1.3.2" "耐沖擊性測(cè)試

于涂膜沖擊器上固定試件，通過(guò)重物自然掉落的方式來(lái)對(duì)試件的耐沖擊性能進(jìn)行測(cè)試。

1.3.3" "附著力測(cè)試

本次研究采用百格法來(lái)測(cè)試試件的附著力，首先用百格刀在涂層上劃出100個(gè)格子，再將試件妥善固定在平面上，用帶有600-1 PK測(cè)試專用膠帶的附著力測(cè)試儀充分接觸試件，通過(guò)測(cè)試儀將膠帶迅速撕下，根據(jù)格子脫落狀況來(lái)對(duì)附著力等級(jí)進(jìn)行判定。

1.3.4" "接觸角測(cè)試

于接觸角測(cè)試儀平臺(tái)上固定試件，采用滴加蒸餾水的方式對(duì)接觸角進(jìn)行測(cè)試。

2" "實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1" "硬度、耐沖擊性、附著力測(cè)試結(jié)果

經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，AP以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6 %～6.0 %的PA-QAS試件的硬度均達(dá)到5 H水準(zhǔn)，附著力等級(jí)均為0級(jí)，且沖擊性均達(dá)到50 cm。說(shuō)明QAS的加入并未降低PA的硬度。除此之外，丙烯酸自身在具有優(yōu)良附著力性能的同時(shí)，QAS也能夠?yàn)閺?fù)合材料提供豐富的離子健，使復(fù)合材料對(duì)于接觸面的附著力得到強(qiáng)化。

PDMS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.0%和3.5%的PA-QAS-PDMS試件在硬度、耐沖擊性和附著力等方面均具有與PA-QAS相同的優(yōu)異性能。隨著PDMS含量的進(jìn)一步增加，PA-QAS-PDMS試件的硬度有所減弱，但仍然符合羽毛球拍對(duì)于膠粘劑在硬度方面的要求。

2.2" "接觸角測(cè)試結(jié)果

PA-QAS和PA-QAS-PDMS 2種材料的接觸角測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在PA中加入QAS后，試件涂層的前進(jìn)角和后退角均出現(xiàn)小幅下降，出現(xiàn)該狀況的原因在于，丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯2種原材料均具有較大的黏稠度與剛性，致使涂層表面粗糙不平，增加了接觸角的滯后性［16-17］。除此之外，丙烯酸是一種親水性較強(qiáng)的弱酸物質(zhì)，致使整個(gè)涂層表現(xiàn)為親水狀態(tài)。在PA-QAS中加入PDMS之后，涂層的前進(jìn)角和后退角均有所增加，尤其是前進(jìn)角達(dá)到90?以上，整個(gè)涂層表現(xiàn)為疏水狀態(tài)。出現(xiàn)該狀況的原因在于，PDMS柔韌性較好，能夠使復(fù)合材料的伸展更加均勻，降低涂層的遲滯性，提高涂層整體的疏水性能［18-19］。將PA-QAS-PDMS用于羽毛球拍的膠粘處理，可有效提升產(chǎn)品的耐濕、耐潮性能，延長(zhǎng)羽毛球拍的使用壽命。

3" "結(jié)語(yǔ)

介紹了PA-QAS-PDMS復(fù)合材料的制備方法與反應(yīng)原理，并通過(guò)硬度測(cè)試儀、涂膜沖擊器、附著力測(cè)試儀、接觸角測(cè)試儀等設(shè)備對(duì)該材料的膠粘性能和疏水性能進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PDMS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%～3.5%時(shí)，PA-QAS-PDMS能夠保持與PA-QAS和PA材料相同的硬度水準(zhǔn)、附著力水準(zhǔn)和沖擊性能水準(zhǔn)。隨著PDMS含量的持續(xù)增加，PA-QAS-PDMS的疏水性能得到進(jìn)一步強(qiáng)化，雖然材料硬度有所下降，但仍然滿足羽毛球拍的生產(chǎn)加工要求。合理應(yīng)用PA-QAS-PDMS材料有利于提升羽毛球拍的防水性能，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。

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