影响高强度聚氨酯防水涂料拉伸性能因素的分析

伍明强(柳州铁路工程质量检测中心有限公司 广西 柳州 545007)

聚氨酯防水涂料早在90年代就被应用于防水防漏工程,然而它真正被大多的检测机构认识并研究，还是近几年。2008年国家制定了四万亿经济刺激计划，其中两万亿投向了铁路、房建、交通等基础建设。3.5MPa和6.0MPa类别的高强度聚氨酯防水涂料就在这个时候走进了检测机构的视野。为能客观、准确地评价其性能，本文结合检测步骤，通过试验对比，对其拉伸性能的影响因素进行了分析总结。

一、聚氨酯防水涂料的成膜原理

聚氨酯防水涂料，最主要的成膜原理是通过异氰酸酯或与含有羟基的化合物，或与含有活泼氢原子的化合物，或与水反应。有时为了实现交联聚合，往往在其配料中引进三官能度或多官能度多元醇及异氰脲酸酯。按照固化方式不同，聚氨酯防水涂料可分为多组分化学反应固化型、单组分潮湿固化型、单组分空气氧化型[1]。在高强度防水涂料检测中，以双组分居多,它们大多通过A组分（预聚体）和B组分（固化剂）的混合反应，溶剂挥发而成膜。

二、影响因素

国家标准GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》将多组分聚氨酯防水涂料分为Ⅰ型（1.90MPa）和Ⅱ型（2.45MPa）。目前高速铁路上广泛使用强度等级为3.5MPa和6.0MPa的聚氨酯涂料，它们不仅强度高、干燥时间短，防水性能、耐热处理和耐化学处理性能也大大的提高。如何客观、准确的检测它们，就显得尤为重要。下面将逐步对其影响因素进行分析。

1.涂膜成型方式

（1）要进行涂料拉伸性能的检测首先要制备涂膜，依据国家标准GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》和 GB/T 167778-2008《建筑防水涂料试验方法》,涂膜采用刮涂。笔者经过试验，发现涂膜还可以采用刷涂。为了保证涂膜的最终厚度为1.5±0.2mm，采用刮涂成型时可以制作0.8mm、1.2mm和1.8mm的凸形刮刀，分三次将混合均匀的涂料倒入膜框后进行刮涂，待最后一次刮涂完毕立即放入涂料养护箱养护。刷涂采用洗衣用塑料刷子，分三次将混合均匀的涂料倒入膜框后进行刷涂，每次刷涂时来回反复小心刷匀以消除气泡。待最后一次刷涂完毕，用1.8mm刮刀将试样刮平后放入涂料养护箱养护。四天后脱模,反面继续养护三天进行拉伸试验。下面是6.0MPa聚氨酯防水涂料两种不同成型方式的无处理拉伸性能的对比。

表1 刮涂成型和刷涂成型拉伸性能的对比

从表1可以看出，采用刷涂时得到的拉伸强度要比刮涂时要高出5.3%，断裂伸长率要比刮涂时高出5.5%。观察他们拉伸过程中表面拉扯情况，可以看到采用刮涂成型时涂膜表面气孔比较多，比较大；采用刷涂成型时涂膜表面气孔小而密集，所以拉伸强度值更高，断裂伸长率更长。

（2）成膜次数

GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》和GB/T 167778-2008《建筑防水涂料试验方法》规定样品按生产厂的要求，一次或多次涂覆（最多三次，每次间隔不超过24 h），下表是不同的涂膜次数得到的拉伸性能结果。

表2 不同涂膜次数拉伸性能的对比

从表2可以看出，刷涂一次得到的拉伸强度只有5.78MPa，很容易造成对样品的误判；刷涂两次与刷涂一次相比，拉伸强度增加了8.0%，伸长率也增加了18.3%；刷涂三次的效果达到了7.15MPa，比刷涂一次增加了23.7%，断裂伸长率也增大到了609%，比刷涂一次增加了20.1%。刷涂四次和三次相比，强度和伸长率没有继续明显增加。因此在刷涂时尽量考虑涂膜三次成型。

2.温湿度的控制

前面提到，聚氨酯涂料的固化方式有三种，分别为多组份化学反应固化型、单组份潮湿固化型和单组份空气氧化型。形态上，涂料由液体经反应，挥发水分后成为固体。下表是不同养护条件下拉伸性能的对比。

表3 不同养护条件下拉伸性能的对比

可以看到，温湿度对6.0MPa高强度聚氨酯涂料的影响很大，在湿度不变条件下，温度升高，一方面促进了组份间的反应，拉伸强度显著提高，28℃，55%条件下养护拉伸强度达到了8.22MPa；另一方面断裂伸长率随着温度的升高先增大后降低，是因为较低的温度抑制了反应，组份间的聚合交联缓慢，相反，高温条件下，各组分积极反应，气体连续不断产生，有可能发展成较大的气泡，使得断裂伸长率有所降低。温度不变，湿度增大，涂膜表面容易吸湿，产生的气体不易逸出，反应进度降低，拉伸性能也会显著降低。因此在养护过程中应控制养护的环境条件。

3.脱模剂的选择

脱模剂的选择也很重要,在制备涂膜时，使用市面上的脱模剂如硅油、石蜡等进行刷涂后，存在较难脱模现象，有时候还需要借助铲刀进行涂膜，由于脱模时拉扯过涂膜，造成涂膜未进行检测就已经受拉，再进行检测时，强度和伸长率就会变得不准确。沈美荣、顾雪珍等人[2]在涂膜模具上先刷一层薄层油，然后将保鲜膜铺至模具上，再进行涂膜。涂料固化后脱膜非常方便，省时省力，且不会破坏涂膜。笔者受此启发，通过多次实验，还发现塑料类产品作为脱模隔离层与涂料在常温下不会发生反应，涂料固化后可以直接揭起。这样订做一个很厚的硬塑料模板，再将膜框固定在模板上，进行涂膜，更加的方便,又不损伤涂膜。

4.拉伸仪器的选择

由于涂料的拉伸力值往往很小，多为10N～100N,因此需要选择合适的拉伸仪器。而目前常见的拉伸仪器为1KN、5kN的万能材料试验机，精度多为I级，不能保证小数据的准确性。下面是500N万能材料试验机（精度0.5级）和1kN万能材料试验机（精度I级）时3.5MPa聚氨酯防水涂料的对比数据。

从表4可以看出，拉伸强度的检测对仪器的要求非常高。使用5000N万能材料试验机时，涂料拉伸强度为4.04MPa，使用500N万能材料试验机时，涂料拉伸强度为3.77MPa，1000N仪器测定涂料的拉伸强度会使检测结果偏高，高出7.2%，因此拉伸涂料时尽可能的考虑合适量程的拉伸仪器，避免检测结果偏高。

结语

（1）影响聚氨酯防水涂料拉伸性能的主要因素有涂膜成型方式、成膜次数、温湿度、脱模剂和拉伸仪器等。各种影响因素对检测结果均起着至关重要的作用。

（2）样品的涂膜和养护是关键。因此，在试验中要在控制温湿度的条件下，采用三次刷涂的方式制备涂膜，即可很好地控制样品的试验结果。

（3）在脱模剂的选择中，采用保鲜膜方法或者厚硬塑料板法，既方便快捷又可保证涂膜的质量,为拉伸性能的测定提供可靠的试件。

（4）在拉伸仪器的选择中，采用小量程仪器有利于提高检测准确度。

[1]防水涂料配方设计与制造技术/杨炳元等编.—北京:中国石化出版社,2007.

[2]沈美荣，顾雪珍,金国华.聚氨酯防水涂料拉伸性能试验影响因素分析.中国市政工程.2009,12.