客車玻璃填縫膠流黑水問題分析

盧海德

銀隆新能源股份有限公司 廣東 珠海 519000

1 客車玻璃填縫膠

我司應(yīng)用的玻璃填縫膠是單組分聚氨酯膠。聚氨酯膠黏劑因含有極性很強(qiáng)、化學(xué)活潑性很高的異氰酸酯基和氨酯基,它與含有活潑氫的材料,如客車地板革、竹地板、木地板、陶瓷等多孔材料和金屬、玻璃、橡膠、塑料等表面光潔的材料都有著優(yōu)良的化學(xué)膠接力。成品聚氨酯密封膠使用前隔絕空氣存儲,處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。施工后,在一定的溫度和濕度下,與空氣中的濕氣反應(yīng)固化,形成永久的彈性體,固化機(jī)理具體如下：

2 黑水成分推理

根據(jù)廠家提供的MSDS報(bào)告,我司在用的玻璃填縫膠含有將近25-50%的填料,而在黑色聚氨酯密封膠的眾多填料中,炭黑是一種必不可少的填充料。根據(jù)黑水的黑色特征,可以判定黑水中的黑色物質(zhì)為炭黑。

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3 炭黑在聚氨酯中的作用

絕大部分的客車玻璃填縫膠都是使用黑色聚氨酯膠,所以炭黑是玻璃填縫膠中必不可少的原材料。炭黑在聚合物中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)達(dá)到了很好的補(bǔ)強(qiáng)作用。炭黑的作用機(jī)理一般認(rèn)為有以下四個(gè)方面：

①炭黑的容積效應(yīng)。炭黑的補(bǔ)強(qiáng)作用稱為“容積放大效應(yīng)”。這種現(xiàn)象是基于聚合物大分子鏈在炭黑粒子表面被吸附,呈現(xiàn)特殊的平面取向狀態(tài),增加了分子間的作用力,從而提高了橡膠的強(qiáng)力,能夠承受較大的變形。

②主鏈的有限延伸。炭黑粒子間有很多的分子鏈,一條鏈斷了,應(yīng)力由其它鏈分擔(dān),故炭黑起著均勻應(yīng)力的作用,減少整體的破裂。當(dāng)伸長太大時(shí),炭黑粒子也會移動,這種移動使應(yīng)力松弛起著緩和應(yīng)力的作用。

③分子鏈的滑動。當(dāng)炭黑補(bǔ)強(qiáng)聚合物受外力作用時(shí),被吸附的橡膠鏈段會在炭黑粒子表面滑動伸長,這些性質(zhì)使聚合物具有承擔(dān)一定的應(yīng)力和模量的能力。

④表面吸附層。炭黑使與之相作用的分子鏈在空間上具有多相性結(jié)構(gòu)。表現(xiàn)出聚氨酯具有高彈性和強(qiáng)度

4 流黑水原因分析

4.1 失效機(jī)理分析 高分子材料在加工、存儲和使用過程中,由于受熱、光照、高能輻射、化學(xué)介質(zhì)、微生物、潮濕等環(huán)境因素的影響,逐步發(fā)生物理化學(xué)性質(zhì)變化,使性能下降,以致于最后喪失使用價(jià)值的過程。聚氨酯材料光老化表現(xiàn)為變硬、變脆、發(fā)黏,白色膠發(fā)黃,黑色膠流黑水。

聚氨酯的光老化機(jī)理分析：

聚氨酯受到330nm～340nm 波長的光照射后,支鏈和側(cè)基的鍵能降低,高分子的整體穩(wěn)定性下降,進(jìn)而降解產(chǎn)生黃變產(chǎn)物：

聚氨酯的另一種紫外光老化降解機(jī)理是氨基甲酸酯基鍵的斷裂。

4.2 流黑水的影響因素

①聚氨酯膠本身的性能。原料的純度、納米炭黑的表面改性性能以及在聚合物中的分散性、膠粘劑的制造工藝都會影膠粘劑本身的質(zhì)量。先進(jìn)的制造工藝、前沿技術(shù)的應(yīng)用可以減緩聚氨酯的老化進(jìn)程。

②聚氨酯膠的使用環(huán)境?？量痰氖褂脳l件(如陽光照射時(shí)間光、高濕高熱的環(huán)境)下會加速聚氨酯的老化。

③施工工藝。使用酸性或堿性的抹膠液都會使異氰酸酯基首先與這些物質(zhì)反應(yīng),從而破壞膠條表面的交聯(lián)固 化,加速表面炭黑的析出。

綜上所述,高聚氨酯密封膠作為一種高分子材料,長期在光照射(自然光、紫外光)條件下會發(fā)生分子鏈的斷裂或基團(tuán)的脫落。填縫膠在雨水沖刷、陽光暴曬、高熱高濕等各種因素的綜合作用下,分子鏈中與炭黑起作用的端鏈分解,導(dǎo)致膠體中的炭黑析出。經(jīng)過時(shí)間推移,表面析出的炭黑越來越多,當(dāng)外界下雨時(shí),炭黑受雨水的沖刷就會順著雨水留到車體上,就出現(xiàn)流黑水的現(xiàn)象。

5 聚氨酯老化的實(shí)驗(yàn)方法

目前,研究聚氨酯老化各主機(jī)廠沒有完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),采用較多的是自然氣候老化和人加速老化這兩種方法。

評價(jià)高聚物老化特性最真實(shí)的方法是自然氣候老化(直接曝露、玻璃下的曝露、黑箱曝露)及自然加速老化等。因此,國內(nèi)眾多的主機(jī)廠就選擇在海南汽車試驗(yàn)研究所進(jìn)行零部件的老化實(shí)驗(yàn)。但自然氣候老化實(shí)驗(yàn)也有缺點(diǎn)：試驗(yàn)周期過長,試驗(yàn)結(jié)果不可重復(fù)性,周邊環(huán)境條件無法控制,無法進(jìn)行單因素研究等。

我司目前主要采用人工加速老化試驗(yàn)方法進(jìn)行聚氨酯膠的老化研究。主要采用UVA-340 紫外光測試、高低溫循環(huán)測試,耐水測試、臭氧老化、高能輻射老化、電老化以及化學(xué)介質(zhì)老化等方法進(jìn)行研究。相對于自然氣候老化,人工加速老化具有試驗(yàn)周期短,能夠?qū)Νh(huán)境條件進(jìn)行有效控制,試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)束

總而言之,聚氨酯的老化現(xiàn)象,既與這種材料本身的性質(zhì)有關(guān),又與產(chǎn)品制造工藝息息有關(guān)。目前,我司已著手優(yōu)化改進(jìn)密封膠的老化實(shí)驗(yàn),開展各廠家密封膠的橫向?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn),同對開發(fā)引進(jìn)行業(yè)內(nèi)運(yùn)用成熟、產(chǎn)品一致性更好的聚氨酯密封膠產(chǎn)品,提升產(chǎn)品競爭力!