一种电梯加强筋适用的新型强力胶粘剂制备与施工工艺

刘 涛,何 斌,陈向俊

(1.西尼机电(杭州)有限公司，浙江 杭州 310017;2.浙江省特种设备科学研究院，浙江 杭州 310017)

电梯在满足实用性的同时也要求尽可能美观，达到实用性与美观性的统一，彰显城市风貌。在这一背景下，电梯行业粘接工艺得到了飞速的发展[1]。传统电梯加强筋粘接多采用焊接的方式，尽管能够满足粘接需求，但也存在成形不良、外观粗糙、塌陷等问题。随着工业技术的不断进步，粘接工艺不易变形、结合面应力分布均匀优势得以体现，且不会对零件产生热影响，逐渐取代了传统焊接工艺[2]。目前，在电梯加强筋粘接领域常用胶粘剂主要包括双面胶带、MS、丙烯酸、聚氨酯等，其中以聚氨酯胶粘剂应用优势最为鲜明，抗剥离与耐冲击性好，且具有一定的环保效益，操作简单[3-5〗。对聚氨酯胶粘剂制备工艺研究有利于其在电梯加强筋粘接的推广应用。

1 电梯加强筋的强力胶粘剂的制备

1.1 试验原料

研究所用精炼蓖麻油,购自环宇新材料有限公司；工业级异氰酸酯,由武汉力太化工有限公司提供；工业级聚酯多元醇3 190,购自济南山海化工科技有限公司；植物油改性多元醇E(简称树脂E)，购自南通丸荣国际贸易有限公司；植物油改性多元醇F(简称树脂F)，购自洛阳宏恩新型建材有限公司；复合助剂A与复合催化剂B，均由济南贝亚特化工科技有限公司提供；碳酸钙，购自钰然塑料制品有限公司。

1.2 试验设备

便携式天平 PL602E /02，由上海坤权生物科技有限公司提供；SOWER高速分散机，由汇龙混合设备公司提供；WDW-5D数显电子式拉力试验机，购自沧州华恒试验仪器有限公司；数显粘度计指针旋转黏度仪，购自河北慧采科技有限公司。

1.3 制备方法

在制备双组分聚氨酯胶粘剂主剂时，先将所选取的各类原料加入混合罐，选择300 r/min的速率进行低俗分散处理，时间以5 min为宜，然后将碳酸钙加入其中；按照上述速率及时间进行滴速处理，再调整为高速处理，以1 000 r/min为宜，分散时间控制在25 min，出料保存在包装罐密封。制备测试件时，首先准备规格为200 mm×25 mm的T剥离试件，拉伸剪切试件长、宽分别为100、25 mm。采用酒精对不锈钢及镀锌钢试件予以擦拭，确保油污完全清除，晾干后留作备用[3]。精密称取主剂与固化剂，混合均匀后，采用小刮板对不锈钢、镀锌钢试件待粘接面进行均匀刮涂处理。快速复合试件并妥善固定，将试件转移至烘箱中，温度调整为60 ℃，10 min后取出；室温冷却10 min后卸去拉剪试件，并对拉剪强度予以测定。1周后对剩余T剥离与拉剪试件常温状态下的强度予以测定。

2 结果与分析

2.1 不同树脂类型、用量对T剥离强度的影响

2.1.1树脂E、树脂F对T剥离强度的影响

取5组T剥离试件测试位移的集中区间，研究树脂E、树脂F对T剥离强度的影响，结果如表1所示。

表1 树脂E、树脂F对T剥离强度的影响Tab.1 The effect of resin E and resin F on peel strength of T

由表1可知，将蓖麻油作为主体树脂，在其中加入适量树脂E或树脂F能够促进T剥离强度的提升。随着树脂用量的增加，测试位移呈现出缩短趋势，提示当对某个点瞬间测试时T剥离未形成有效位移，a5配方位移由于太短未取值。从破坏模式看，a1～a5配方粘接面自镀锌面发生脱离。作为脂肪酸的甘油酯，蓖麻油羟基官能度为2.7，分子量为900 u左右；蓖麻油的改性多元醇树脂F、树脂E分子量约400 u，但官能度差异大，前者为3、后者为2。基于这一特性，将树脂E、树脂F与异氰酸酯反应，可获得刚性链段，减少柔性链段，T剥离强度升高，增强了对镀锌的粘接力，同时会缩短有效测试位移。与树脂E相比，树脂F官能度好，刚性高，加入少量便可提高T剥离强度。综上所述，剥离强度提升并不单纯依赖胶本体刚性及交联度[4]。

聚醚240与聚酯3190用量对T剥离强度的影响，结果如表2所示。

表2 聚醚240与聚酯3190用量对T剥离强度的影响Tab.2 The effect of the amount of polyether 240 and polyester 3190 on peel strength of T

由表2可知，将蓖麻油作为主体树脂进行胶粘剂制作，T剥离强度会随着聚醚240、聚酯3190用量增加而降低，有效测试位移延长，以镀锌面脱离为主要破坏模式。作为聚环氧丙烷物质，聚醚240将丙二醇作为起始剂，分子量2 000 u，羟基官能度2，对二聚酸改性后获得聚酯3190分子量及官能度均与聚醚240相同。通过聚醚240、聚酯3190的适量添加，柔性链段含量会提高，延长了测试位移，但也伴随镀锌粘接力的下降。在等量聚醚240、聚酯3190条件下，后者获得的T剥离强度明显高于前者，考虑聚酯3190主链存在丰富酯键，与镀锌附着力更高，可作为树脂复配优先选择。

2.1.2不同树脂复配T剥离强度分析

采用多种树脂复配的方案，可在提升T剥离强度的基础上获得有效测试位移长度。不同树脂复配对T剥离强度的影响，结果如表3所示。

表3 不同树脂复配T剥离强度的影响Tab.3 The effect of different combinations of resin on peel strength of T

由表3可知，a10～a14配方粘接面主要为镀锌面脱离的破坏模式。添加树脂F尽管能够促进T剥离强度的提升；但会影响到测试位移，所以仅能少量添加。经过综合分析得知，a14配方能够使得刚性链段与柔性链段达到平衡状态，获得最优方案。

2.2 碳酸钙对T剥离强度的影响

碳酸钙用量越多，T剥离强度降低越明显，测试位移会呈现出明显的缩短，自镀锌面脱离为其破坏模式；具体结果如表4所示。

表4 不同碳酸钙含量对应T剥离强度分析Tab.4 The effect of different contents of calcium carbonate on peel strength of T

由表4可知，主体树脂的含量会随着碳酸钙的增加而降低，同时伴随胶体内极性基团数量降低，使得镀锌基材附着力受到影响，导致T剥离强度下降，缩短了测试位移。当碳酸钙含量为30%～60%，T剥离强度降低会受到一定的限制，基于成本因素，将碳酸钙用量控制为60%为宜。

2.3 不同量复合助剂A的T剥离强度分析

不同量复合助剂A对T剥离强度的影响，具体结果如表5所示。

表5 不同量复合助剂A的T剥离强度分析Tab.5 Analysis of effect of different amounts of compound agent A on pee1 strength of T

由表5可知，复合助剂A的添加能够促进T剥离强度的提升，当复合助剂A添加量增多后，T剥离强度会呈现出先升高、后降低的变化，但不会影响测试位移；当助剂A含量增加后，粘附破坏会向内聚破坏转变。作为一种复合型助剂，复合助剂A在提升镀锌基材粘接性方面有着突出的效果，主要成分包括改性氨基烷基多官能团与环氧基烷基多官能团，其与镀锌表面会产生基团反应；当助剂A增加后，胶本体对镀锌粘附力也会得到增强，使得T剥离强度提升。需要注意的是，复合助剂A过量会导致胶本体强度下降，降低T剥离强度，将其添加量控制在0.5%能够达到较好的效果。

2.4 复合催化剂B对操作及固化时间的影响

复合催化剂A加入后固化速度得到了显著的提升，但会缩短操作时间，当催化剂添加量增加后，在初始固化条件下，抗剪强度会呈现出升高趋势。复合催化剂B对操作及固化时间的影响，具体结果如表6所示。

表6 复合催化剂B对操作及固化时间的影响Tab.6 Effect of compound catalyst B on operation and curing time

由表6可知，复合催化剂B经过加热处理能够达到固化状态，为室温操作提供更多的时间。复合催化剂B主要成分包括延迟性金属催化剂与胺类催化剂，基于电梯加强筋的工艺特点，将其添加量控制为0.1%～0.2%为宜。

研究发现，在对电梯加强筋进行粘结剂制备时，碳酸钙用量最高为60%；其次为蓖麻油为25%，聚酯3196用量控制为8%左右，树脂E、树脂F用量分别为5%、2%左右。助剂A用量控制为0.5～0.8%左右，复合催化剂B剂量以0.1～0.2%为宜。在应用中可结合基材条件、成本及工艺等确定最终方案，满足需求。

3 电梯加强筋的强力胶粘剂的特点

制备的胶粘剂，其外观为棕黄色粘稠液体，质量分数为20%～25%，保质期为6个月，黏度1 Pa·s，能够进行刷涂操作；如有必要可在其中加入稀释剂进行稀释处理。该研究制备的胶粘剂对多种天然材料尤其是电梯加强筋具有较高的粘接力；其在不同材料中粘接的剥离强度如表7所示。

表7 强力胶粘剂对不同材料粘接的剥离强度Tab.7 The peel strength of a strong adhesive to different materials

4 讨论

电梯的厅、轿门门扇(门板)一般有钢板喷涂、钛金、发纹不锈钢、镜面不锈钢等几种；而不锈钢中也有很多是拉丝纹不锈铁做的。 门扇(门板)均为实心的，中间通常还有一层隔音胶；另外还有一根以上的加强筋为空心的，门扇(门板)的一点间隙很小可以忽略不计[6-8]。在具体的粘接操作中，首先应对粘接基面进行清洁处理，保证待粘表面无油污、无水，避免其他可能影响粘接的污物；若表面存在污物，可采用脱脂棉、棉布蘸取适量的酒精对表面进行清洗，待完全干燥后，再进行粘接，或采用自动清洗的方式进行处理[9-10]。针对存在表面锈蚀或漆磨的情况，应先对粘接表面进行打磨处理，然后再用棉布蘸取清洗剂进行清洗处理，彻底干燥后进行粘接[11-13]。环境温度和湿度对密封胶表干及固化影响较大，建议施工环境温度 5～35 ℃，相对湿度50%～70%；密封节点部分可用刮刀或硬质泡沫条进行修饰刮平，部分细部修饰的地方可用肥皂水抹平。如果应用中与聚氨酯粘接胶接触，则必须等聚氨酯胶完全固化后才能施工[14-16]。当进行强力胶粘剂对电梯加强筋进行粘接时，往往需要营造一个符合要求的温度环境，温度过高或过低均会对粘接效果产生一定的影响[17-18]。在进行粘接操作时，宜选择独立的空间，利用空调、温湿度表或电加热设备等营造标准的环境温度。电梯加强筋在室内静置时间尽可能足够长，保持产品温度与环境温度的一致。也可以对产品进行加热处理，待产品达到粘接所需的温度后，结合实际情况进行温度控制。在压力控制方面，可借助自动施压装置，维持粘接面平整[19-20]。在机械连接控制方面，应严格按照相关规定操作，掌握好拉铆强度，清理配钻时产生的铁屑，避免其在工件上残留，粘接时应合理选择中心位置。

5 结语

综上所述，研究利用双组份聚氨酯胶粘剂制备的粘接剂，强度高、模量特性高，无需底涂，其在多种基材上均具有较好的粘接性，适用于电梯加强筋粘接。作为一种高强度粘接剂，其应用于电梯行业能够替代传统焊接工艺，达到粘接性能的需求，同时具有美观性，能够为施工提供便利，可操作性强，有广阔的发展空间。