綜合評價法在聚氨酯密封膠強度檢驗中的應用

馬翊翔

(中車永濟電機有限公司,山西 永濟 044502)

密封膠是一種用于填充接縫空隙的膏狀材料或高粘性流體物料[1],將聚氨酯材料用于密封膠的制備,研制出一種新型的高彈性密封劑,具有較強的防水、密封與粘接優勢[2]。聚氨酯密封膠強度是作為聚氨酯密封膠主要性能參數之一,直接影響聚氨酯密封膠的使用性能[3]。聚氨酯密封膠強度性能受不同制備材料的影響,且不同材料對于聚氨酯密封膠強度的影響是同時存在且彼此關聯的[4]?；诖?為綜合考慮不同材料(影響因素)對于聚氨酯密封膠強度的共同作用,提出基于綜合評價法的聚氨酯密封膠強度分析方法,定量分析影響聚氨酯密封膠強度性能影響因素的定性描述,通過全面分析各影響因素,獲取更加可靠的聚氨酯密封膠強度分析結果。

1 聚氨酯密封膠制備

1.1 聚氨酯密封膠制備所用材料

主要材料:N220、330N聚醚多元醇(工業級),上海閔科新材料有限公司;DOP鄰苯二甲酸二辛脂(工業級),安徽合肥安邦化工有限公司;MDI二苯甲烷二異氰酸酯(工業級),廣州增茂化工科技有限公司;DBTDL二月桂酸二丁基錫(分析純),深圳拓建生物科技有限公司;PZ005惡唑烷類潛固化劑,河北普智偉業防水材料有限公司;ALT102二亞胺類潛固化劑,江陰萬千化學品有限公司;600目滑石粉,廣州市恒晟材料有限公司;800目輕質碳酸鈣,廣州市恒晟材料有限公司;分散劑,青島集思高分子材料有限公司;消泡劑,廣東中聯邦精細化工有限公司;甲苯(分析純),國藥集團化學試劑有限公司;二正丁胺(分析純),國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 聚氨酯密封膠制備所用儀器

主要儀器為:50-5000三口燒瓶,鹽城協盈機械制造有限公司;蛇形-200mm冷凝管,成都典銳實驗儀器有限公司;PTHW-2000ML恒溫電熱套,上海予華儀器設備有限公司;RSP280抽真空設備,豪可德真空科技(上海)有限公司;CSXJ行星攪拌混合器,馳勒(上海)機械科技有限公司;DC-01控溫儀,上海方銳儀器有限公司;HWLY-2.2KW三軸研磨機,上海赫維機電設備有限公司;DWD-300M電子拉力數顯機,濟南中路昌試驗機制造有限公司;NDJ-8S旋轉黏度計,上海平軒科學儀器有限公司;TY9000紅外光譜儀,青島精誠儀器儀表有限公司。

1.3 聚氨酯密封膠制備過程

1.3.1密封膠預聚物制備

在三口燒瓶內依照固定比例分別添加聚醚多元醇N220、聚醚多元醇330N和鄰苯二甲酸二辛脂,將抽真空設備溫度設定為115 ℃[5],將裝有混合試劑的三口燒瓶置入抽真空設備內進行真空脫水操作,時間設定為105 min。取出三口燒瓶在其溫度降至60 ℃以下后,在其中添加計量的二苯甲烷二異氰酸酯,維持60 ℃不變,反應時間設定為30 min。30 min后將其加熱到85 ℃,直到異氰酸酯的含量達到理論值[6],獲取密封膠預聚物。利用紅外光譜儀與甲苯-二正丁胺法檢測密封膠預聚物內異氰酸酯基含量波動[7]。

1.3.2密封膠制備

按照一定的比例,將所制得的密封膠預聚體與滑石粉、輕質碳酸鈣混合在一起,用行星式攪拌機進行攪拌。設定攪拌溫度為60 ℃,攪拌至試劑完全融合[8]。將分散劑、消泡劑及各種種類的潛固化劑加入到反應液中,經攪拌器攪拌60 min后出料,由此獲取聚氨酯密封膠樣本。添加不同類型潛固化劑樣本分別命名為樣本A(添加2種固化劑)、樣本B(添加惡唑烷類潛固化劑)和樣本C(添加二亞胺類潛固化劑)。

2 基于綜合評價法的強度分析方法設計

2.1 構建模糊因素集合

構建模糊數學綜合評價因素集合,選取具有代表性的、影響聚氨酯密封膠強度的因素(即聚氨酯密封膠制備的主要材料與環境)作為評價因子[9]。利用P={p1,p2,…,pi}表示聚氨酯密封膠強度模糊綜合評價因素集合,其中pi表示第i個聚氨酯密封膠強度評價因子。

2.2 確定評價標準

用B表示聚氨酯密封膠強度指標分級的集合,公式描述為B={b1,b2,…,bj},其中bj表示評價的第j級評價等級標準,依據聚氨酯密封膠強度標準分級[10],取j值為5。

2.3 構建評價矩陣

參考聚氨酯密封膠使用的強度劃分規范,并且通過“三角模糊數”、“降半梯形模糊數”、“升半梯形模糊數”,構建聚氨酯密封膠指標因子的隸屬度函數[11]。相關規范內,第4級強度標準值Zi4與第5級強度標準值Zi5為臨界值。但該臨界值在本質上為區分值,缺少第4級強度至與第5級強度間的過渡,導致隸屬度函數具有“間斷”或“重復”問題[12]。部分實際為第4級強度的聚氨酯密封膠強度評價結果為第5級強度,導致針對具有第5級強度標準的聚氨酯密封膠評價無法構建出第5級強度的隸屬度函數(包含Zi5-Zi4=0),分析結果易出現偏差的問題。設置Zi3為第3級強度標準值,基于三角模糊數對第4級強度隸屬度函數進行優化,設定約束條件:Zi5-Zi4=Zi4-Zi3,由此構建第4級強度與第5級強度聚氨酯密封膠的隸屬度函數。

優化后的聚氨酯密封膠強度評價隸屬度函數可保障聚氨酯密封膠強度評價過程中第1級強度至第5級強度指標隸屬度關系存在連續性,更滿足聚氨酯密封膠使用強度規范。

在pi隸屬于第1級強度的條件下,隸屬度函數公式描述如下:

(1)

式中:ri1表示第1級強度隸屬度函數;xi表示所制備聚氨酯密封膠強度系數;Zi1表示第一級強度標準值;Zi2表示第2級強度標準值。

在pi隸屬于第2級強度的條件下,隸屬度函數公式描述如下:

(2)

式中:ri2表示第2級強度隸屬度函數。

在pi隸屬于第3級強度的條件下,隸屬度函數公式描述如下:

(3)

式中:ri3表示第3級強度隸屬度函數。

在pi隸屬于第4級強度的條件下,隸屬度函數公式描述如下:

(4)

式中:ri4表示第4級強度隸屬度函數。

在pi隸屬于第5級強度的條件下,隸屬度函數公式描述如下:

(5)

式中:ri5表示第5級強度隸屬度函數。

依照模糊數據確定聚氨酯密封膠強度評價因子Pi對B的隸屬度,該隸屬度可用Ri=表示,用R={Ri1,Ri2,…,Rij}表示由P至B的模糊關系,通過矩陣形式描述Ri,得到:

(6)

式中:rij表示第j級強度隸屬度函數。

2.4 構建權重矩陣

由于在聚氨酯密封膠強度分析過程中,因子集P內不同評價因子pi的作用、貢獻以及影響等重要性水平有所差異,因此有必要對參與評價指標因子實施賦權。本文采用客觀賦權法中的強度貢獻率法對聚氨酯密封膠強度影響的水平進賦權行[13],該賦權方法是一種動態/變權賦權法,不僅能夠突出主要強度指標的影響,同時也兼顧單一強度指標對聚氨酯密封膠的整體影響,式(7)～式(9)為權重計算公式:

(7)

(8)

(9)

2.5 模糊數學綜合評價

在確定P、B和R后,利用權重矩陣W構建運算規則,即可構建聚氨酯密封膠評價對象同各評價等級模糊綜合關系的隸屬度矩陣G:

G=WR|k|=(a1,a2,…,aj)

(10)

式中:k表示模糊運算參量;a表示聚氨酯密封膠強度影響因子隸屬于不同評價等級的程度值。

3 應用與結果分析

3.1 構建模糊因素集合

選取聚醚多元醇N220比重、聚醚多元醇330N比重、鄰苯二甲酸二辛脂比重、二苯甲烷二異氰酸酯比重、固化劑比重與溫度等聚氨酯密封膠制備材料與環境作為影響聚氨酯密封膠強度的主要影響因素,構建模糊因素集合。

3.2 確定評價標準

將聚氨酯密封膠強度劃分為5個等級,具體如表1所示。

表1 聚氨酯密封膠強度劃分結果

3.3 計算權重

計算各聚氨酯密封膠強度影響因素的權重值,所得結果如表2所示。

表2 各樣本內不同影響因素權重值計算結果

由表2可知,本文所制備的3個聚氨酯密封膠樣本中,固化劑類型是影響聚氨酯密封膠強度的主要因素;二苯甲烷二異氰酸酯比重在各響應因素內所占權重最低。不同樣本的聚醚多元醇N220比重和聚醚多元醇330N比重所占權重均為一致,剩余各影響因素的權重差異較為顯著。

3.4 樣本強度分析結果

不同樣本強度性能分析結果如表3所示。

表3 不同樣本強度性能分析結果

由表3可知,聚氨酯密封膠強度分析結果最高的為A樣本,即添加兩種不同固化劑所制備的樣本,其強度綜合指數與強度等級分別為72.26和第2等級。與分別添加一種固化劑的2個聚氨酯密封膠樣本(B樣本和C樣本)相比,添加2種固化劑的聚氨酯密封膠樣本強度更高。

3.5 強度分析結果對比

根據電子拉力數顯機獲取的聚氨酯密封膠強度結果計算各樣本強度,對比本文方法所獲得的聚氨酯密封膠強度分析結果與利用電子拉力數顯機獲取的聚氨酯密封膠強度結果,所得結果如圖1所示。

圖1 強度分析結果對比

由圖1可知,本文方法對各聚氨酯密封膠強度的分析結果與電子拉力數顯機獲取的聚氨酯密封膠強度結果完全一致,說明本文方法具有可靠性。

4 結語

模糊數學綜合評價法對解決目標分類、分類劃分標準等模糊性概念的不確定問題具有較高的應用性?？紤]聚氨酯密封膠強度受不同制備材料的共同影響,且不同材料對聚氨酯密封膠強度的影響是同時存在且彼此關聯的?；诖吮疚难芯磕：龜祵W綜合評價法在聚氨酯密封膠強度分析中的應用。制備三種不同聚氨酯密封膠樣本,通過分析發現影響聚氨酯密封膠強度的主要因素為固化劑類型,且本文方法分析結果與采用電子拉力數顯機獲取的結果完全一致。根據分析結果有針對性地完善聚氨酯密封膠制備過程中不同材料的使用量與使用環境,從整體上提升聚氨酯密封膠的強度性能。