體育器械裝配用膠粘劑的改性合成與性能測試研究

李望達

(安康學院,陜西 安康 725000)

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗原料包括:化學純聚氧化丙烯二醇(PPG)、化學純聚氧化丙烯三醇(PPT)、化學純2,4-甲苯二異氰酸酯(TDI)、化學純二月桂酸二丁基錫、主樹脂環氧樹脂E-51、自制固化劑酚醛改性胺、固化劑D400。

1.2 試樣制備

預先制備聚氨酯預聚體(PU):將聚氧化丙烯二醇倒入燒瓶中,升溫至90 ℃后抽真空進行脫水;在燒瓶中加入聚氧化丙烯三醇并升溫至48 ℃,然后加入2,4-甲苯二異氰酸酯,攪拌均勻后升溫至68 ℃,反應2.5 h后得到聚氨酯預聚體。將環氧樹脂和聚氨酯預聚體按照一定比例加入燒瓶中,68 ℃反應2.5 h后加入二月桂酸二丁基錫,反應1 h,得到聚氨酯改性環氧樹脂(PU-EP)。

1.3 測試方法

采用TENSOR27 型紅外光譜儀對膠粘劑進行紅外光譜分析,波數為4 000-400 cm-1;根據ASTM D256標準,采用CEAST沖擊儀對膠粘劑試樣進行沖擊性能測試[8];根據GB/T 7124標準,使用MTS-810型萬能材料試驗機進行拉伸剪切強度測試[9],加載速度為0.1 mm/min;根據GB/T 2567—2008標準進行三點彎曲抗彎強度和壓縮性能測試[10],加載速度為2 mm/min。

2 結果與分析

圖1為體育器械用聚氨酯膠粘劑預聚體的紅外光譜圖。

圖1 體育器械用聚氨酯膠粘劑預聚體的紅外光譜圖

由圖1可知,波數1 109、2 489、2 978和2 878 cm-1位置處可見醚鍵C—O—C伸縮振動峰、—OH、C—H和C—H的伸縮振動峰;從原料TDI的紅外光譜圖中可見,波數2 249 cm-1位置處可見—NCO的伸縮振動峰。從合成產物PU上看,—OH伸縮振動峰消失,表明—NCO與—OH發生了反應形成了—NH特征峰[11],且在1 729、2 279、1 589和1 528 cm-1位置處可見羧基伸縮振動峰、—NCO特征峰、—NH變形振動吸收峰和C—O—C伸縮振動峰?？梢?聚氨酯預聚體由TDI和PPT反應成功制備。

圖2為體育器械用聚氨酯膠粘劑的紅外光譜圖。

圖2 體育器械用聚氨酯膠粘劑的紅外光譜圖

由圖2可知,環氧樹脂在9 15、1 180、1 036和3 476 cm-1位置處出現了醚鍵反式特征峰以及—OH伸縮振動峰;在PU中—NCO特征峰消失,而在PU—EP中—OH也消失,說明體系中的—OH與—NCO基團發生了反應[12],也表明預聚氨酯預聚體對環氧樹脂改性成功,形成了交聯網狀結構,有助于提升膠粘劑的力學性能。

圖3為聚氨酯改性環氧樹脂添加量對膠粘劑剪切強度的影響。

圖3 聚氨酯改性環氧樹脂添加量對膠粘劑剪切強度的影響

由圖3可知,剪切強度先減小后增大,然后在添加量過量時又減小,在添加量為100%時表示完全為聚氨酯改性環氧樹脂。在聚氨酯改性環氧樹脂添加量為50%時,體系的剪切強度達到最大值,約為21.13 MPa。此外,復配樹脂的剪切強度低于聚氨酯改性環氧樹脂。

第一，嬰幼兒配方乳粉的進口規?？焖贁U大。表1是根據中國奶業年鑒相關數據整理得到的中國嬰幼兒配方乳粉的進口量、進口金額都呈現了快速增長的態勢。2016年中國嬰幼兒配方乳粉的進口量達到22.13萬t，進口金額為30.09億美元，與2007年相比分別增長了6倍和12倍之多。從2007年到2016年，嬰幼兒配方乳粉年均進口量增長率為23.36%。從進口額增長率的角度看，年均增長率為33.42%，其中2008、2009年、2013年和2015年是增長較快的年份，年增長率均在40%以上。

圖4為聚氨酯改性環氧樹脂添加量對膠粘劑膠體性能的影響。

圖4 聚氨酯改性環氧樹脂添加量對膠粘劑膠體性能的影響

由圖4可知,隨著聚氨酯改性環氧樹脂添加量的增加,膠體的彎曲強度、壓縮強度和拉伸強度都表現為先增加后減小趨勢,在聚氨酯改性環氧樹脂添加量為50%時,膠體取得最大彎曲強度、拉伸強度以及較高的壓縮強度。這主要是因為聚氨酯改性環氧樹脂的添加會使得體系中產生基團的相互纏繞[13],并形成交聯網狀結構,改善界面力的傳遞作用,提高膠體體系的機械性能[14];但是如果聚氨酯改性環氧樹脂添加量過大,界面區容易破壞并在局部團聚而影響力的傳遞[15],膠體體系的機械性能反而會有所降低。

圖5為聚氨酯改性環氧樹脂添加量對膠體伸長率和拉伸彈性模量的影響。

圖5 聚氨酯改性環氧樹脂添加量對膠體伸長率和拉伸彈性模量的影響

由圖5可知,隨著聚氨酯改性環氧樹脂添加量的增加,膠體的伸長率先增加后減小,拉伸彈性模量先增大后減小,然后又增大。在聚氨酯改性環氧樹脂添加量為50%時拉伸彈性模量最大,且具有較高的伸長率。

圖6為聚氨酯改性環氧樹脂添加量對膠體沖擊強度的影響。

圖6 聚氨酯改性環氧樹脂添加量對膠體沖擊強度的影響

由圖6可知,沖擊強度先增加后減小,在聚氨酯改性環氧樹脂添加量為50%時取得最大值,且聚氨酯改性環氧樹脂添加量為37%～100%時的沖擊強度要高于未添加聚氨酯改性環氧樹脂的試樣。這主要是因為聚氨酯改性環氧樹脂的添加,會使得膠體體系的塑性變形能力增加,能夠更好地分散能力,增強抵抗沖擊的能力[16],但是聚氨酯改性環氧樹脂添加量過高,會在體系中產生聚集而影響沖擊力的均勻分散[17-19],并在局部產生微裂紋而降低沖擊強度。

由上述的測試結果可知,體育器械用聚氨酯改性環氧樹脂膠粘劑體系中,聚氨酯改性環氧樹脂添加量為50%時,膠粘劑體系具有最佳的綜合力學性能,結果如表1。這主要是因為聚氨酯改性環氧樹脂的加入會在膠粘劑體系固化時,形成交互連接的網格結構,界面作用力增強的同時,體系的塑性會有所改善而有利于力的傳遞和分散[20],綜合力學性能較高。

表1 體育器械用聚氨酯改性環氧樹脂膠粘劑體系的綜合性能

3 結語

(1)聚氨酯預聚體由TDI和PPT反應成功制備;預聚氨酯預聚體對環氧樹脂改性成功,形成了交聯網狀結構,有助于提升膠粘劑的力學性能;

(2)膠粘劑的剪切強度會隨著聚氨酯改性環氧樹脂添加量的增加先減小后增大,在聚氨酯改性環氧樹脂添加量為50%時,體系的剪切強度達到最大值,約為21.13 MPa;

(3)隨著聚氨酯改性環氧樹脂添加量的增加,膠體的伸長率先增加后減小,拉伸彈性模量先增大后減小,在聚氨酯改性環氧樹脂添加量為50%時拉伸彈性模量最大,且具有較高的伸長率。膠體在聚氨酯改性環氧樹脂添加量為50%時取得最大值,且聚氨酯改性環氧樹脂添加量為37～100%時的沖擊強度要高于未添加聚氨酯改性環氧樹脂的試樣。