耐候性聚氨酯类胶粘剂的制备及应用研究

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本研究就某工程项目的要求,针对嵌入式连续支撑无扣件轨道系统中聚氨酯阻尼材料与钢轨粘接,盐水实验后粘接强度不达标这一关键难题,提出了添加聚苯胺微粒制备出复合型环氧改性聚氨酯胶粘剂。主要实验及结果:1.以不同种类的醇类为软段,甲苯二异氰酸酯为硬段,1,4-丁二醇为扩链剂等原料,通过改变软段中的配比合成了一系列聚氨酯胶粘剂的A组分,并添加固化剂等制成环氧改性聚氨酯胶粘剂。通过红外光谱分析,热重分析、吸水率、扫描电镜、力学性能等方法,对合成的环氧改性聚氨酯胶粘剂材料进行结构与性能测试。实验重点考察了合成的环氧改性胶粘剂在粘接金属与阻尼材料时,不同胶粘剂配方的粘接强度及附着力等性能。实验结果表明:(1)当软段为二元醇体系时,(1)随着环氧质量百分比的增加,聚氨酯胶粘剂材料A组分的吸水率减小、材料的拉伸强度增加而断裂伸长率减小。(2)随着环氧质量百分比增加,环氧改性聚氨酯胶粘剂的模型构件的粘接强度和附着力都呈现先增加后减少。(2)当软段为二元/三元醇体系时,随着蓖麻油摩尔比占比增加,环氧改性聚氨酯胶粘剂的耐腐蚀性能逐渐增加。当软段全部为三元醇蓖麻油时,特殊模型的粘接强达到3MPa。2.合成出了平均粒径为250um左右的聚苯胺微粒。实验对比了加聚苯胺与未加聚苯胺制备的胶粘剂涂层的扫描电镜图和金相图。结果表明,(1)与未加聚苯胺涂层相比,加聚苯胺的涂层的扫描电镜比较平滑;浸泡盐水后,未加聚苯胺涂层表面有小窟窿、加聚苯胺涂层表面凹凸不平,但没有出现小窟窿。说明聚苯胺的加入保护了涂层,减缓盐水腐蚀。(2)从金相图得知,相对于未浸泡盐水,浸泡盐水后的金相与胶水界面处由明显相互嵌入,界面结合较好。3.针对掺杂有聚苯胺的聚氨酯胶粘剂进行耐候性能的研究,重点考察了不同聚苯胺含量制备的聚苯胺/聚氨酯胶粘剂在粘接金属与阻尼材料时,不同温度、不同盐水浓度下,粘接强度、附着力及电化学阻抗的变化情况。结果表明:(1)随着聚苯胺含量增加,聚苯胺/聚氨酯复合材料的拉伸强度先增加后减小,当聚苯胺含量为3wt%时,拉伸强度达到24MPa、断裂伸长率为250%。(2)随着聚苯胺含量增加,聚苯胺/聚氨酯胶粘剂的粘结强度先增加后减少。当聚苯胺含量为12wt%时,在空气中,25℃和70℃下粘接强度都为3MPa,几乎没有变化;但在盐水中变化就比较大,从25℃(空气,168h)下粘接强度的3.0MPa到40℃(盐水4%,168h)下变为1.9MPa。(3)附着力测试结果表明,随着聚苯胺含量的增加,聚氨酯胶粘剂的附着力逐渐增加,4%盐水下,当聚苯胺12wt%时,附着力为2级,展现出优良的耐腐蚀性能。(4)电化学测试可知,随着聚苯胺含量的增加,阻抗增加,当聚苯胺12wt%,阻抗性最好,电阻率为7.5×10^4Ω/cm~2,耐候性最好。(5)较佳配方中的性能指标:25℃、168h的粘接强度≥2MPa;70℃、16h的拉伸强度≥1.5MPa;40℃、4%盐水,水浴震荡168h的拉伸强度≥1.5MPa;电阻率为7.5×10^4Ω/cm~2;附着力盐水(4%)浸泡后2级;拉伸强度与断裂伸长率分别为16MPa与160%。
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