羽毛球拍丙烯酸酯胶粘剂的制备与性能分析

摘 要：为提升羽毛球拍专用丙烯酸酯胶粘剂的力学性能与疏水性能，研究制备了溴化丙烯酸亚乙酯基和乙烯基硅油2种材料并对常规丙烯酸酯进行改性处理，进而生成双离子型复合丙烯酸酯胶粘剂。通过涂层硬度测试、耐冲击性测试、附着力测试、接触角测试等手段对该材料的应用性能加以验证。经实验测试发现，双离子型复合丙烯酸酯相比于常规丙烯酸酯来说，在疏水性能方面得到了显著提升，并且保留了常规丙烯酸酯在附着力和耐冲击性方面的优良性能，虽然硬度有所下降，但仍然符合羽毛球拍的生产加工要求，具有一定的应用价值。

关键词：羽毛球拍；双离子型复合丙烯酸酯；制备方法；力学性能分析

中图分类号：TQ433.4+36" " " " " " " " " " " " "文献标识码：A" " " " " " " " " " " " "文章编号：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

丙烯酸酯具有较强的附着力、机械性能与耐腐蚀性，对于羽毛球拍生产加工较为常用的玻璃纤维、木材、马口铁片等材料也能够体现出较强的粘接性能［1-2］。随着我国高分子化工技术的不断发展，丙烯酸酯已经成为一种成本低廉、材料来源广泛、生物相容性良好的优质环保材料，十分适用于羽毛球拍这类消耗型体育器材的生产与加工［3-4］。然而，丙烯酸酯也存在热稳定性不足、耐水性差等方面的问题，在羽毛球拍的生产加工领域还需要进行适当的改性优化处理［5］。为此，研究提出了一种双离子型复合丙烯酸酯材料，通过溴化丙烯酸亚乙酯基铵和乙烯基硅油2种材料来提升丙烯酸酯的疏水性能，进而延长羽毛球拍的使用寿命。

1" "实验材料与方法

1.1" "实验原料与仪器设备

实验所需主要原料：丙二醇甲醚醋酸酯（分析纯，济南创世化工有限公司）；偶氮二异丁腈（分析纯，浙江达一信化工有限公司）；丙烯酸（分析纯，济南善博商贸有限公司）；甲基丙烯酸甲酯（分析纯，山东同利新材料有限公司）；烯基环四硅氧烷（分析纯，武汉卡诺斯科技有限公司）；八甲基环四硅氧烷（分析纯，山东昊锐化工有限公司）；石油醚（分析纯，东莞市新都化工有限公司）；丙酮（分析纯，温州鼎诚化工有限公司）；丙烯酸二甲氨基乙酯（分析纯，广州三旺化工材料有限公司）；溴代正丁烷（分析纯，山东同利新材料有限公司）。

实验所需仪器设备：DZF-6050真空干燥箱，上海捷呈实验仪器有限公司；RE-5299旋转蒸发器，上海耀特仪器设备有限公司；KW-4BC旋涂仪，北京赛德凯斯电子；Integral-1硬度测试仪，深圳市华丰科技有限公司；BGD 302涂膜冲击器，标格达精密仪器（广州）有限公司；XH-MS附着力测试仪，北京天地星火科技发展有限公司；SDC-200S接触角测试仪，东莞市晟鼎精密仪器有限公司。

1.2" "材料制备

1.2.1" "制备溴化丙烯酸亚乙酯基（QAS）

以1.3∶1的摩尔比将溴代正丁烷和丙烯酸二甲氨基乙酯2种材料混合均匀，在此基础上加入适量丙酮进而使整个体系的固含达到70%；取一个三口烧瓶，倒入上一步所配置的混合液体，在此基础上对整个体系进行加热冷凝处理，加热温度为60 ℃、时间为10 h，进而获得淡黄色冷凝液；通过旋转蒸发器对冷凝液进行干燥处理，干燥后得到白色固体［6-8］；用石油醚清洗上一步所得到的白色固体，彻底去除其中所含有的溴代正丁烷；对经过清洗的白色固体进行真空干燥处理，干燥箱温度为40 ℃，最终获得白色粉末状的QAS［9-10］。

1.2.2" "制备乙烯基硅油（PDMS）

于圆底烧瓶中加入八甲基环四硅氧烷20 g，加热至100 ˚C后添加少量强碱催化静置2 h，增加体系黏度；加入封端剂烯基环四硅氧烷4 g，搅匀后静置2 h，进而得到线性有机硅中间体［12-13］；对上一步所制备的中间体实施旋转干燥处理，待反应单体完全去除后可获得无色透明的PDMS液体。

1.2.3" "制备常规丙烯酸酯（PA）

按照一定比例将甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸均匀混合，再将混合物倒入装有冷凝管和搅拌桨的三口烧瓶；倒入引发剂偶氮二异丁腈和溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，于100 ˚C环境下加热90 min，进而获得呈无色透明粘稠状的PA液体。

1.2.4" "制备双离子丙烯酸酯（PA-QAS）

按照一定的比例将QAS、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸均匀混合，再将混合物倒入装有冷凝管和搅拌桨的三口烧瓶［14-15］；倒入引发剂偶氮二异丁腈和溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，于100 ˚C环境下加热90 min，进而获得PA-QAS无色透明粘稠液体。

1.2.5" "制备双离子型复合丙烯酸酯（PA-QAS-PDMS）

按照一定的比例将PA-QAS、乙烯基硅油、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸均匀混合，再将混合物倒入装有冷凝管和搅拌桨的三口烧瓶；倒入引发剂偶氮二异丁腈和溶剂丙二醇甲醚醋酸酯，于100 ˚C环境下加热90 min，进而获得呈白色粘稠状的PA-QAS-PDMS液体。

1.2.6" "试件制备

通过旋涂仪将所制备的PA、PA-QAS、PA-QAS-PDMS 3种材料分别涂抹于2.5 cm×2.5 cm的方形玻璃片上，旋涂仪转速为500～2 500 r/min。

1.3" "材料测试

1.3.1" "涂层硬度测试

将不同硬度的铅笔固定在硬度测试仪上，铅笔与试件之间的接触角为45°。推动铅笔前进，若铅笔未在试件上留下痕迹，则该铅笔的硬度即为试件硬度。

1.3.2" "耐冲击性测试

于涂膜冲击器上固定试件，通过重物自然掉落的方式来对试件的耐冲击性能进行测试。

1.3.3" "附着力测试

本次研究采用百格法来测试试件的附着力，首先用百格刀在涂层上划出100个格子，再将试件妥善固定在平面上，用带有600-1 PK测试专用胶带的附着力测试仪充分接触试件，通过测试仪将胶带迅速撕下，根据格子脱落状况来对附着力等级进行判定。

1.3.4" "接触角测试

于接触角测试仪平台上固定试件，采用滴加蒸馏水的方式对接触角进行测试。

2" "实验结果与分析

2.1" "硬度、耐冲击性、附着力测试结果

经实验研究发现，AP以及质量分数为0.6 %～6.0 %的PA-QAS试件的硬度均达到5 H水准，附着力等级均为0级，且冲击性均达到50 cm。说明QAS的加入并未降低PA的硬度。除此之外，丙烯酸自身在具有优良附着力性能的同时，QAS也能够为复合材料提供丰富的离子健，使复合材料对于接触面的附着力得到强化。

PDMS质量分数分别为2.0%和3.5%的PA-QAS-PDMS试件在硬度、耐冲击性和附着力等方面均具有与PA-QAS相同的优异性能。随着PDMS含量的进一步增加，PA-QAS-PDMS试件的硬度有所减弱，但仍然符合羽毛球拍对于胶粘剂在硬度方面的要求。

2.2" "接触角测试结果

PA-QAS和PA-QAS-PDMS 2种材料的接触角测试结果如图1所示。

由图1可知，在PA中加入QAS后，试件涂层的前进角和后退角均出现小幅下降，出现该状况的原因在于，丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯2种原材料均具有较大的黏稠度与刚性，致使涂层表面粗糙不平，增加了接触角的滞后性［16-17］。除此之外，丙烯酸是一种亲水性较强的弱酸物质，致使整个涂层表现为亲水状态。在PA-QAS中加入PDMS之后，涂层的前进角和后退角均有所增加，尤其是前进角达到90˚以上，整个涂层表现为疏水状态。出现该状况的原因在于，PDMS柔韧性较好，能够使复合材料的伸展更加均匀，降低涂层的迟滞性，提高涂层整体的疏水性能［18-19］。将PA-QAS-PDMS用于羽毛球拍的胶粘处理，可有效提升产品的耐湿、耐潮性能，延长羽毛球拍的使用寿命。

3" "结语

介绍了PA-QAS-PDMS复合材料的制备方法与反应原理，并通过硬度测试仪、涂膜冲击器、附着力测试仪、接触角测试仪等设备对该材料的胶粘性能和疏水性能进行测试。经实验研究发现，当PDMS质量分数为2.0%～3.5%时，PA-QAS-PDMS能够保持与PA-QAS和PA材料相同的硬度水准、附着力水准和冲击性能水准。随着PDMS含量的持续增加，PA-QAS-PDMS的疏水性能得到进一步强化，虽然材料硬度有所下降，但仍然满足羽毛球拍的生产加工要求。合理应用PA-QAS-PDMS材料有利于提升羽毛球拍的防水性能，延长产品的使用寿命。

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