体育器械装配用胶粘剂的改性合成与性能测试研究

李望达

(安康学院,陕西 安康 725000)

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验原料包括:化学纯聚氧化丙烯二醇(PPG)、化学纯聚氧化丙烯三醇(PPT)、化学纯2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、化学纯二月桂酸二丁基锡、主树脂环氧树脂E-51、自制固化剂酚醛改性胺、固化剂D400。

1.2 试样制备

预先制备聚氨酯预聚体(PU):将聚氧化丙烯二醇倒入烧瓶中,升温至90 ℃后抽真空进行脱水;在烧瓶中加入聚氧化丙烯三醇并升温至48 ℃,然后加入2,4-甲苯二异氰酸酯,搅拌均匀后升温至68 ℃,反应2.5 h后得到聚氨酯预聚体。将环氧树脂和聚氨酯预聚体按照一定比例加入烧瓶中,68 ℃反应2.5 h后加入二月桂酸二丁基锡,反应1 h,得到聚氨酯改性环氧树脂(PU-EP)。

1.3 测试方法

采用TENSOR27 型红外光谱仪对胶粘剂进行红外光谱分析,波数为4 000-400 cm-1;根据ASTM D256标准,采用CEAST冲击仪对胶粘剂试样进行冲击性能测试[8];根据GB/T 7124标准,使用MTS-810型万能材料试验机进行拉伸剪切强度测试[9],加载速度为0.1 mm/min;根据GB/T 2567—2008标准进行三点弯曲抗弯强度和压缩性能测试[10],加载速度为2 mm/min。

2 结果与分析

图1为体育器械用聚氨酯胶粘剂预聚体的红外光谱图。

图1 体育器械用聚氨酯胶粘剂预聚体的红外光谱图

由图1可知,波数1 109、2 489、2 978和2 878 cm-1位置处可见醚键C—O—C伸缩振动峰、—OH、C—H和C—H的伸缩振动峰;从原料TDI的红外光谱图中可见,波数2 249 cm-1位置处可见—NCO的伸缩振动峰。从合成产物PU上看,—OH伸缩振动峰消失,表明—NCO与—OH发生了反应形成了—NH特征峰[11],且在1 729、2 279、1 589和1 528 cm-1位置处可见羧基伸缩振动峰、—NCO特征峰、—NH变形振动吸收峰和C—O—C伸缩振动峰。可见,聚氨酯预聚体由TDI和PPT反应成功制备。

图2为体育器械用聚氨酯胶粘剂的红外光谱图。

图2 体育器械用聚氨酯胶粘剂的红外光谱图

由图2可知,环氧树脂在9 15、1 180、1 036和3 476 cm-1位置处出现了醚键反式特征峰以及—OH伸缩振动峰;在PU中—NCO特征峰消失,而在PU—EP中—OH也消失,说明体系中的—OH与—NCO基团发生了反应[12],也表明预聚氨酯预聚体对环氧树脂改性成功,形成了交联网状结构,有助于提升胶粘剂的力学性能。

图3为聚氨酯改性环氧树脂添加量对胶粘剂剪切强度的影响。

图3 聚氨酯改性环氧树脂添加量对胶粘剂剪切强度的影响

由图3可知,剪切强度先减小后增大,然后在添加量过量时又减小,在添加量为100%时表示完全为聚氨酯改性环氧树脂。在聚氨酯改性环氧树脂添加量为50%时,体系的剪切强度达到最大值,约为21.13 MPa。此外,复配树脂的剪切强度低于聚氨酯改性环氧树脂。

第一，婴幼儿配方乳粉的进口规模快速扩大。表1是根据中国奶业年鉴相关数据整理得到的中国婴幼儿配方乳粉的进口量、进口金额都呈现了快速增长的态势。2016年中国婴幼儿配方乳粉的进口量达到22.13万t，进口金额为30.09亿美元，与2007年相比分别增长了6倍和12倍之多。从2007年到2016年，婴幼儿配方乳粉年均进口量增长率为23.36%。从进口额增长率的角度看，年均增长率为33.42%，其中2008、2009年、2013年和2015年是增长较快的年份，年增长率均在40%以上。

图4为聚氨酯改性环氧树脂添加量对胶粘剂胶体性能的影响。

图4 聚氨酯改性环氧树脂添加量对胶粘剂胶体性能的影响

由图4可知,随着聚氨酯改性环氧树脂添加量的增加,胶体的弯曲强度、压缩强度和拉伸强度都表现为先增加后减小趋势,在聚氨酯改性环氧树脂添加量为50%时,胶体取得最大弯曲强度、拉伸强度以及较高的压缩强度。这主要是因为聚氨酯改性环氧树脂的添加会使得体系中产生基团的相互缠绕[13],并形成交联网状结构,改善界面力的传递作用,提高胶体体系的机械性能[14];但是如果聚氨酯改性环氧树脂添加量过大,界面区容易破坏并在局部团聚而影响力的传递[15],胶体体系的机械性能反而会有所降低。

图5为聚氨酯改性环氧树脂添加量对胶体伸长率和拉伸弹性模量的影响。

图5 聚氨酯改性环氧树脂添加量对胶体伸长率和拉伸弹性模量的影响

由图5可知,随着聚氨酯改性环氧树脂添加量的增加,胶体的伸长率先增加后减小,拉伸弹性模量先增大后减小,然后又增大。在聚氨酯改性环氧树脂添加量为50%时拉伸弹性模量最大,且具有较高的伸长率。

图6为聚氨酯改性环氧树脂添加量对胶体冲击强度的影响。

图6 聚氨酯改性环氧树脂添加量对胶体冲击强度的影响

由图6可知,冲击强度先增加后减小,在聚氨酯改性环氧树脂添加量为50%时取得最大值,且聚氨酯改性环氧树脂添加量为37%～100%时的冲击强度要高于未添加聚氨酯改性环氧树脂的试样。这主要是因为聚氨酯改性环氧树脂的添加,会使得胶体体系的塑性变形能力增加,能够更好地分散能力,增强抵抗冲击的能力[16],但是聚氨酯改性环氧树脂添加量过高,会在体系中产生聚集而影响冲击力的均匀分散[17-19],并在局部产生微裂纹而降低冲击强度。

由上述的测试结果可知,体育器械用聚氨酯改性环氧树脂胶粘剂体系中,聚氨酯改性环氧树脂添加量为50%时,胶粘剂体系具有最佳的综合力学性能,结果如表1。这主要是因为聚氨酯改性环氧树脂的加入会在胶粘剂体系固化时,形成交互连接的网格结构,界面作用力增强的同时,体系的塑性会有所改善而有利于力的传递和分散[20],综合力学性能较高。

表1 体育器械用聚氨酯改性环氧树脂胶粘剂体系的综合性能

3 结语

(1)聚氨酯预聚体由TDI和PPT反应成功制备;预聚氨酯预聚体对环氧树脂改性成功,形成了交联网状结构,有助于提升胶粘剂的力学性能;

(2)胶粘剂的剪切强度会随着聚氨酯改性环氧树脂添加量的增加先减小后增大,在聚氨酯改性环氧树脂添加量为50%时,体系的剪切强度达到最大值,约为21.13 MPa;

(3)随着聚氨酯改性环氧树脂添加量的增加,胶体的伸长率先增加后减小,拉伸弹性模量先增大后减小,在聚氨酯改性环氧树脂添加量为50%时拉伸弹性模量最大,且具有较高的伸长率。胶体在聚氨酯改性环氧树脂添加量为50%时取得最大值,且聚氨酯改性环氧树脂添加量为37～100%时的冲击强度要高于未添加聚氨酯改性环氧树脂的试样。