J-189聚氨酯胶黏剂的工艺与老化性能研究

尚 磊，戴文鸣，孔宪志，孙东洲，孙 禹*

（1,沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110035,2,黑龙江省科学院 石油化学研究，黑龙江 哈尔滨 150040）

技术交流

J-189聚氨酯胶黏剂的工艺与老化性能研究

尚 磊1，戴文鸣1，孔宪志2，孙东洲2，孙 禹2*

（1,沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110035,2,黑龙江省科学院 石油化学研究，黑龙江 哈尔滨 150040）

对用于飞机座舱边缘联接用J-189聚氨酯胶黏剂工艺与老化性能进行了研究。结果表明：砂布的目数对强度影响较小,但砂布的目数越大，有机玻璃的表面划痕越小；胶黏剂在可涂刷的时间内，强度无明显变化；当缺陷面积达到35%时，胶黏剂剪切强度为105kN/m,接近指标值100kN/m。海洋平台户外自然老化12个月后，胶黏剂强度下降3.14%；海洋平台棚下自然老化48个月后，胶黏剂强度下降3.37%；漠河平台户外自然老化12个月后，胶黏剂强度无下降；漠河平台棚下自然老化48个月后，胶黏剂强度略有下降。对胶黏剂固化物老化前后样品进行红外分析，其老化后发生了氨基甲酸酯键的断裂。

聚氨酯胶黏剂；工艺；自然老化；缺陷面积

前言

聚氨酯胶黏剂是分子链中含有氨酯基（-NHCOOH-）或异氰酸酯基（-NCO-）类的胶黏剂,具有良好的耐磨、耐水、耐油、耐溶剂、耐化学药品、耐臭氧以及耐细菌等性能，因此被广泛用于制鞋业、建筑、汽车制造、军工等领域[1～3]。飞机座舱软联接用胶黏剂一种为丙烯酸酯类，另一种为聚氨酯类。由于丙烯酸酯胶黏剂易使航空有机玻璃产生银纹，而应用聚氨酯胶黏剂此类现像大为减少。所以目前国内外飞机座舱软联接用胶黏剂多为聚氨酯胶黏剂，J-189聚氨酯胶黏剂就是应用于飞机座舱软联接的。J-189聚氨酯胶黏剂是双组分胶黏剂，其中一个组分为聚酯多元醇，另一组分为多异氰酸酯。该胶具有较高的粘接强度，良好的高、低温性能，耐介质性能，工艺及老化性能。

孔宪志等[4]对J-189聚氨酯胶黏剂的制备及力学性能进行了研究，指出该胶具有良好的力学性能及耐介质等性能，但没有对J-189聚氨酯胶黏剂的工艺及老化性能进行探讨。本文将讨论J-189聚氨酯胶黏剂适用期对其工艺及力学性能的影响，同时研究了J-189聚氨酯胶黏剂在不同条件下的自然老化性能，为该胶的更好应用提供理论基础。

1 实验部分

1.1 主要原材料

J-189聚氨酯胶黏剂，黑龙江省科学院石油化学研究院；丙酮分析纯；

1.2 配胶

首先把J-189聚氨酯胶黏剂甲组分配成50%的丙酮溶液，然后将此溶液和乙组分固化剂按质量比2∶1混合搅拌，每隔10～15min搅拌一次，直至成为膏状物，即可使用。

1.3 性能测试

1）胶接强度，测试按照Q/HSY107-2006执行,胶接试样如下：

其强度计算公式如下：

A=P/B

A-粘接强度，kN/m;

P-破坏载荷，kN;

B-试样宽度，m。

2）剥离强度，GB/T7122-1996高强度胶黏剂剥离强度的测定。

2 结果与讨论

2.1 砂布的影响

2.1.1 砂布目数对强度的影响

表1 砂布目数对强度的影响Table 1 The effect of mesh quantity of abrasive cloth on strength

J-189聚氨酯胶黏剂主要用于有机玻璃与涤丝带的粘接，在粘接前有机玻璃要用砂布打磨，这种打磨对有机玻璃表面产生一定划痕，而这种损伤对有机玻璃强度是否有影响，进而影响粘接强度。为此，选用不同目数的砂布进行实验。表1为不同目数砂布对剪切强度和剥离强度的影响。从表1可以看出砂布目数对剪切强度和剥离强度没有明显影响，也没有规律性。

2.1.2 玻璃表面分析

对不同目数砂布打磨过的玻璃表面放大倍数进行观察，图1是不同砂布打磨后的玻璃表面，可以看出砂布目数增加，其表面平整度要好，且产生的划痕也要小。

图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 适用期对强度的影响

表2 适用期对强度的影响Table 2 The effect of pot life on shear strength

J-189聚氨酯胶黏剂是双组分胶黏剂，使用时把J-189聚氨酯胶黏剂甲组分配成50%的丙酮溶液，然后将此溶液和乙组分固化剂按质量比2∶1混合搅拌，每隔10～15min搅拌一次，直至成为膏状物，开始使用。该胶要求适用期不低于2h，为此考查了成膏后使用一段时间内的强度变化。从表2可以看出胶黏剂在成膏后15h内剪切强度和剥离强度变化不明显，这说明该胶的适用期可以满足要求。

2.3 缺陷面积对强度的影响

J-189聚氨酯胶黏剂在实际应用中，由于各种原因难以避免在胶层中存在一定的缺陷，缺陷面积大小势必对强度产生一定的影响。因此实验中人为在胶层中制造出不同大小的缺陷，来测试缺陷大小对强度的影响。图2是人为设计的不同大小的缺陷对J-189聚氨酯胶黏剂强度的影响。从图2可以看出，与初始强度相比缺陷的存在降低了强度，但在5%之前强度的下降与缺陷面积并不成线性关系，缺陷面积扩大，强度并没有急剧下降。当缺陷面积达到 35%时，其强度已经非常接近指标值100kN/m，因此，为了保证飞行安全，在粘接时当缺陷面积达到30%，就可以认为胶接失败。

图2 缺陷面积对强度的影响Fig.2 The effect of defect area of adhesive on shear strength

2.4 自然老化对强度的影响

表3 J－189聚氨酯自然老化后的剪切强度Table 3 The shear strength of the adhesive at different natural aging time

为了考查J-189聚氨酯胶黏剂的自然老化情况，选择了漠河和海洋两个平台进行实验,测试结果见表3。从表3可以见到，海洋平台户外大气暴露12个月和海洋平台棚下大气暴露48个月胶黏剂的剪切强度分别下降3.14%和3.37%。而在漠河户外大气暴露12个月胶黏剂强度不变，漠河棚下大气暴露48个月胶黏剂的剪切强度略有下降。

2.5 红外分析

对海洋平台户外大气暴露的样品进行了老化前后红外光谱分析，图3是老化前后的红外谱图。在1731cm-1吸收峰是酯和氨基甲酸酯两种C=O吸收相互重叠形成的吸收峰;这些吸收峰下降很严重,说明聚氨酯胶黏剂中的主要官能团发生断裂,J-189聚氨酯胶黏剂固化物已发生一定程度的降解，降解主要是氨基甲酸酯键的断裂。

图3 胶黏剂老化前后红外图Fig.3 FT－IR spectra of adhesive before and after aging

3 结论

（1）砂布目数对强度无明显影响，但目数增加对有机玻璃表面划痕要小。

（2）在涂胶15h内，J-189聚氨酯胶黏剂强度变化不大。

（3）缺陷面积达到35%时，强度接近指标值100kN/m。

（4）海洋平台自然户外老化一年强度基本不变，棚下自然老化4年后，J-189聚氨酯胶黏剂强度略有下降。

（5）自然老化后，J-189聚氨酯胶黏剂发生了氨基甲酸酯键的断裂。

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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，辽宁沈阳人，理学硕士，高级工程师，从事航空非金属材料应用工作。

*通讯联系人：孙禹