聚氨酯緩沖材料在2種典型環(huán)境下的耐候性研究

胡濤，李茜，孫茂鈞，孫有美，張宸，王玲

聚氨酯緩沖材料在2種典型環(huán)境下的耐候性研究

胡濤1,2，李茜1,2，孫茂鈞1,2，孫有美3，張宸3，王玲1,2

（1.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039；2.彈藥貯存環(huán)境效應(yīng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400039；3.海南萬寧大氣環(huán)境材料腐蝕國家野外科學(xué)觀測研究站，海南 萬寧 571500）

研究聚氨酯緩沖材料在濕熱海洋和干熱沙漠環(huán)境下的老化性能。將3種不同表觀密度的聚氨酯緩沖材料在萬寧和敦煌試驗(yàn)站進(jìn)行1 a的自然環(huán)境試驗(yàn)，探究聚氨酯緩沖材料外觀、靜態(tài)壓縮性能、壓縮永久變形性能和紅外光譜的變化。在1 a的自然環(huán)境試驗(yàn)中，材料壓縮強(qiáng)度先增大后降低，壓縮永久變形逐漸增大；在萬寧試驗(yàn)站，樣品表面出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象，密度為25、30、40 kg/m3的聚氨酯緩沖材料的壓縮強(qiáng)度分別增大或衰減至106.4%、93.3%、87.5%，壓縮永久變形分別增大109%、98%、138%；在敦煌試驗(yàn)站，密度為25、30、40 kg/m3的聚氨酯緩沖材料的壓縮強(qiáng)度分別增大或衰減至106.4%、98.2%、97.8%，壓縮永久變形分別增大55%、74%、93%。聚氨酯緩沖材料在自然環(huán)境中會發(fā)生水解和熱氧降解等老化反應(yīng)，使材料性能出現(xiàn)下降。材料表觀密度越大，性能衰減越快。材料對于濕熱海洋環(huán)境更敏感，在萬寧站的老化程度大于敦煌站。

聚氨酯（PU）；緩沖材料；自然環(huán)境老化；靜態(tài)力學(xué)性能；壓縮永久變形

聚氨酯泡沫塑料（Polyurethane，PU）是一種大分子主鏈上含有大量—NHCOO—基團(tuán)的聚氨基甲酸脂高分子聚合物[1]，由于其具有良好的緩沖及阻尼性能、可發(fā)泡性、易加工成形、高回彈性、質(zhì)量輕、回收容易等優(yōu)點(diǎn)，因此常用做樣品包裝緩沖材料，應(yīng)用于宇航工業(yè)、國防科技、電子工程等領(lǐng)域[2-5]。然而，由于高分子材料本身的特性，在光、氧、熱、水分等外部因素的綜合作用下，聚氨酯緩沖材料在使用和貯存過程中會不可避免地發(fā)生老化行為，使得樣品的綜合性能下降[6-10]，對樣品運(yùn)輸過程中的防沖減震作用減小，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

目前，關(guān)于聚氨酯材料在外界因素作用下發(fā)生熱氧老化、水解、輻射老化等有大量研究[11-15]，但大多集中于人工老化試驗(yàn)，往往是單因素作用，不能完全模擬實(shí)際環(huán)境對聚氨酯緩沖材料的影響。自然環(huán)境老化試驗(yàn)可以完全模擬材料真實(shí)使用狀態(tài)，得到最原始、最真實(shí)的材料老化數(shù)據(jù)[16-19]，對于聚氨酯材料的耐候性研究及新型防老劑等開發(fā)具有重要意義[20-21]。因此，本研究通過探究3種不同密度的聚氨酯緩沖材料在濕熱海洋和干熱沙漠環(huán)境下的老化行為，研究其外觀、靜態(tài)力學(xué)性能和壓縮永久變形性能變化，探究不同環(huán)境下聚氨酯緩沖材料的耐候性。

1 試驗(yàn)

1.1 樣品

聚氨酯包裝用緩沖材料，某汽車零部件股份有限公司產(chǎn)品，包含25、30、40 kg/m3等3種不同出廠密度產(chǎn)品，樣品規(guī)格尺寸為100 mm×100 mm×30 mm。

1.2 方法

為真實(shí)模擬緩沖材料實(shí)際使用環(huán)境，依據(jù)GJB 8893《軍用裝備自然環(huán)境試驗(yàn)方法》第3部分棚下大氣自然環(huán)境試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，將3種不同密度的PU泡沫塊貯存于國防科技工業(yè)站網(wǎng)體系下的萬寧和敦煌試驗(yàn)站（試驗(yàn)站環(huán)境條件見表1），分別檢測試驗(yàn)6個(gè)月和1 a的PU緩沖材料性能。根據(jù)樣品出廠密度、試驗(yàn)站和試驗(yàn)時(shí)間的不同，對樣品進(jìn)行編號，如PU20-W-1a代表出廠密度為20 Kg/m3，在萬寧試驗(yàn)站棚下貯存1 a的PU緩沖材料。

表1 試驗(yàn)站的環(huán)境條件

Tab.1 Environmental conditions of the test station

1.3 分析與測試

1）宏觀形貌觀察。采用數(shù)碼相機(jī)對樣品進(jìn)行外觀拍照，采用德國卡爾蔡司生產(chǎn)的Discovery.V20體式顯微鏡觀察樣品表面形貌。

2）表觀密度測試。按照GB/T 6343—2009《泡沫塑料及橡膠表觀密度的測定》對樣品進(jìn)行表觀密度測試，每組樣品3件平行樣。

3）靜態(tài)壓縮性能測試。采用美國英斯特朗公司生產(chǎn)的5565型精密萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)性能測試，參照GB/T 8168—2008《包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》進(jìn)行。在(23±2)℃、相對濕度50%±5%條件下預(yù)處理16 h，根據(jù)法A將樣品壓縮至50%，記錄材料壓縮應(yīng)力–應(yīng)變曲線，每組樣品3件平行樣。

4）壓縮永久變形測試。參照GB/T 6669—2008《軟質(zhì)泡沫聚合材料壓縮永久變形的測定》測試，先在(23±2) ℃、相對濕度50%±5%條件下調(diào)節(jié)16 h以上，采用法A進(jìn)行測試。將試樣壓縮50%，在70 ℃環(huán)境下放置22 h后，測試其尺寸變化，并計(jì)算壓縮永久變形。

5）傅里葉變換紅外光譜（FTIR）測試，采用美國賽默飛世爾科技有限公司生產(chǎn)的Nicolet iS50型紅外光譜儀。根據(jù)GB/T 6040—2019對樣品表面進(jìn)行紅外光譜測試，采用衰減全反射技術(shù)（ATR），掃描范圍為400～4 000 cm–1。

2 結(jié)果與分析

2.1 表觀密度及宏觀形貌變化

不同表觀密度的聚氨酯緩沖材料樣品在萬寧試驗(yàn)站和敦煌試驗(yàn)站貯存1 a后的外觀形貌如圖1所示。從圖1中可以看出，與原始樣品相比，3種不同密度的聚氨酯緩沖材料在具有干熱沙漠環(huán)境的敦煌站存放1 a后，外觀基本無變化。相比之下，在具有濕熱環(huán)境的萬寧試驗(yàn)站存放1 a后，可明顯觀察到表觀密度為30、40 kg/m3的2種樣品表面出現(xiàn)了發(fā)霉現(xiàn)象，且密度越大的樣品，霉變范圍越廣（如圖1e、h所示）。分析認(rèn)為，這主要是由于微生物引起的。與敦煌相比，萬寧站比較濕潤的氣候環(huán)境和溫度，更有利于微生物的生長和繁殖。另一方面，在緩沖材料表面，由于其特殊的表面結(jié)構(gòu)，使其與霉菌接觸面積廣，有利于霉菌的繁殖。霉菌的進(jìn)一步繁殖，其分泌物有可能引起高聚物發(fā)生生物降解，使得材料性能下降。

在2種環(huán)境下貯存1 a后，通過顯微鏡放大10倍觀察到的樣品表面顯微形貌如圖2所示。從圖2中可以看出，在2種典型環(huán)境下貯存1 a后，樣品表面泡孔結(jié)構(gòu)基本無變化。表明在2種自然環(huán)境下貯存1 a后，未對聚氨酯泡沫塑料表面泡孔結(jié)構(gòu)造成破壞。

在2種不同環(huán)境下，聚氨酯緩沖材料表觀密度的變化值見表2。可以看出，與原始樣相比，在1 a的自然環(huán)境老化時(shí)間內(nèi)，2種環(huán)境下樣品的表觀密度均不會發(fā)生變化。這與圖2觀察到的泡孔結(jié)構(gòu)無變化一致，表明材料整體結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化。

圖1 PU緩沖材料外觀變化

圖2 PU緩沖材料顯微圖片（×10倍）

表2 不同環(huán)境下的PU緩沖材料表觀密度值

Tab.2 Apparent density of PU cushioning materials in different environments kg/m3

2.2 靜態(tài)壓縮力學(xué)性能

不同表觀密度聚氨酯緩沖材料在2種環(huán)境下貯存6個(gè)月和1 a后的靜態(tài)壓縮力學(xué)性能如圖3所示。其中，圖3a—c為壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，圖3d為壓縮率為50%時(shí)的壓縮強(qiáng)度。貯存1 a后，壓縮率為10%、30%、50%時(shí)，材料的壓縮強(qiáng)度值以及50%壓縮強(qiáng)度保留率見表3。

從圖2a—c可以看出，聚氨酯泡沫塑料作為一種典型的多孔材料，其在壓縮變形過程中經(jīng)歷了彈性段、平臺段和密實(shí)段3個(gè)階段[22-23]。總體來看，結(jié)合圖3d可以看到，在2種不同的自然環(huán)境條件下，聚氨酯緩沖材料的壓縮強(qiáng)度值隨著自然老化時(shí)間的延長先增大、后降低。分析認(rèn)為主要是由于聚氨酯緩沖材料在自然老化過程中一方面會發(fā)生水分子的侵入，另一方面材料內(nèi)部會發(fā)生交聯(lián)和降解反應(yīng)。其中，水分子的侵入會對材料形成增塑作用，降低分子鏈段間的氫鍵作用。當(dāng)老化時(shí)間只有6個(gè)月時(shí)，侵入的水分子較少，且材料還未發(fā)生熱氧降解，交聯(lián)反應(yīng)占主導(dǎo)，材料交聯(lián)密度有所增大，使得壓縮強(qiáng)度增大。老化1 a后，水分子含量逐漸增多，材料發(fā)生水解及分子鏈的斷裂，使材料壓縮強(qiáng)度降低。對比3種不同表觀密度樣品來看，隨著表觀密度的增加，聚氨酯緩沖材料50%壓縮強(qiáng)度保留率逐漸降低，說明隨著表觀密度的增加，材料的老化程度逐漸增加。這是由于同體積的樣品，表觀密度越大，吸濕性更強(qiáng)，且單位體積高分子鏈段所占比率越大，老化過程中產(chǎn)生的自由基更多，老化反應(yīng)速率加快，從而使得材料壓縮強(qiáng)度下降更快。對比2種不同環(huán)境下的靜態(tài)壓縮力學(xué)性能，當(dāng)老化時(shí)間為6個(gè)月時(shí)，2個(gè)試驗(yàn)站材料的壓縮強(qiáng)度均增大，但萬寧站增幅更大。當(dāng)老化時(shí)間為1 a時(shí)，材料的壓縮強(qiáng)度減小，萬寧站材料強(qiáng)度的減小幅度更大。以密度40 kg/m3樣品為例，試驗(yàn)時(shí)間為1 a時(shí)，萬寧站50%壓縮強(qiáng)度保留率為87.5%，敦煌站為97.8%。分析認(rèn)為，一方面萬寧站年平均86%的相對高濕度條件，使得聚氨酯緩沖材料水分子侵入更嚴(yán)重，可能引發(fā)生物降解和水解；另一方面，年平均溫度更高，加快了材料交聯(lián)和降解等老化反應(yīng)的速率。

圖3 2種不同環(huán)境下聚氨酯緩沖材料靜態(tài)壓縮力學(xué)性能

表3 PU不同壓縮率的壓縮強(qiáng)度

Tab.3 Compressive strength of PU with different compression ratios

2.3 壓縮永久變形性能

2種不同環(huán)境下，聚氨酯緩沖材料壓縮永久變形的變化如圖4所示。整體來看，在1 a的自然環(huán)境老化試驗(yàn)過程中，隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，材料的壓縮永久變形增大，回彈性降低，前6個(gè)月樣品的壓縮永久變形增大幅度較緩，敦煌站密度為30 kg/m3的PU材料的壓縮永久變形甚至出現(xiàn)下降。相比之下，后6個(gè)月壓縮永久變形的增幅度更大。經(jīng)過1 a自然環(huán)境試驗(yàn)，敦煌站密度為25、30、40 kg/m3的聚氨酯緩沖材料的壓縮永久變形分別增大55%、74%、93%；在萬寧試驗(yàn)站，密度為25、30、40 kg/m3的聚氨酯緩沖材料的壓縮永久變形分別增大109%、98%、138%。主要是由于聚氨酯材料在自然老化過程中交聯(lián)和降解同時(shí)存在，前期交聯(lián)反應(yīng)占主導(dǎo)，一定程度上降低了材料壓縮過程中由于大分子鏈滑移產(chǎn)生的永久變形，而后期隨著大分子主鏈熱氧老化及水解反應(yīng)等速率加快，一方面使得分子鏈斷裂，另一方面水分子的侵入，起到增塑的作用，降低了分子間的相互作用力，使得材料壓縮永久變形較大。對比2個(gè)試驗(yàn)站來看，萬寧站緩沖材料的壓縮永久變形量更大，這也說明在萬寧站高溫高濕的氣候環(huán)境類型下，聚氨酯緩沖材料的老化速率更快。

圖4 2種不同環(huán)境下的PU緩沖材料壓縮永久變形變化

2.4 紅外分析

2種不同環(huán)境自然老化1 a后的PU緩沖材料的紅外光譜圖見圖5，典型紅外譜峰的歸屬見表4[24-25]。在3 100～3 600 cm–1內(nèi)，主要是—NH和—OH及其氫鍵形成的寬峰，其中3 290 cm–1處主要為—NH振動吸收峰，3 460 cm–1處為—OH形成氫鍵的締合峰，1 716 cm–1處為—C=O伸縮振動峰，1 540 cm–1處為—NH—C=O中—NH與C—N耦合峰。從FT-IR譜圖中可以看出，PU緩沖材料在萬寧站和敦煌站貯存1 a后，3 290 cm–1處的—NH振動吸收峰變形，且逐漸向高波數(shù)移動。從圖5c中可明顯看到，在萬寧貯存1 a的PU材料中出現(xiàn)了—OH形成氫鍵的締合峰，這可能是由于PU在老化過程中發(fā)生水解，產(chǎn)生了—OH。為進(jìn)一步研究3 100～3 600 cm–1的峰變化，以2 930 cm–1附近的—CH—伸縮振動峰峰面積(—CH—)為參照，計(jì)算—NH和—OH及其氫鍵形成的寬峰峰面積(—NH/—OH)與(—CH—)比值，結(jié)果如圖5d所示。可以更明顯看出，在3 290 cm–1處的峰經(jīng)過自然環(huán)境試驗(yàn)后，峰變寬，面積增大，且萬寧站的增大幅度更大，表明PU緩沖材料在萬寧站老化反應(yīng)更劇烈，這與材料性能所表現(xiàn)的一致。此外，可以看到，PU緩沖材料在萬寧站和敦煌站貯存1 a后，1 716、1 540 cm–1處的振動吸收峰出現(xiàn)降低，說明隨著自然環(huán)境試驗(yàn)的進(jìn)行，材料老化過程中可能伴隨著—C=O鍵含量減少，且會發(fā)生C—N鍵的斷裂。

圖5 PU緩沖材料紅外譜圖分析

表4 PU緩沖材料的FT-IR典型譜峰分析

Tab.4 FT-IR typical peak analysis of PU cushioning materials

3 結(jié)論

1）聚氨酯緩沖材料在自然環(huán)境中會同時(shí)發(fā)生水解和熱氧降解等老化反應(yīng)，使材料性能出現(xiàn)下降，經(jīng)過1 a自然環(huán)境試驗(yàn)，材料壓縮強(qiáng)度先增大、后降低，壓縮永久變形逐漸變大。樣品表觀密度越大，材料性能衰減越快。

2）聚氨酯緩沖材料對于濕熱海洋環(huán)境更敏感，在萬寧站的老化程度大于敦煌站。經(jīng)過1 a自然環(huán)境試驗(yàn)，萬寧站材料表面出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象，密度為25、30、40 kg/m3的聚氨酯緩沖材料壓縮強(qiáng)度分別增大或衰減至106.4%、93.3%、87.5%，壓縮永久變形分別增大109%、98%、138%。在敦煌試驗(yàn)站，密度為25、30、40 kg/m3的聚氨酯緩沖材料壓縮強(qiáng)度分別增大或衰減至106.4%、98.2%、97.8%，壓縮永久變形分別增大55%、74%、93%。

[1] 朱呂民, 劉益軍. 聚氨酯泡沫塑料[M]. 3版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005: 1-13.

ZHU Lyu-min, LIU Yi-jun. Urethane Foam[M]. 3rd ed. Beijing: Chemical Industry Press, 2005: 1-13.

[2] GAMA N V, FERREIRA A, BARROS-TIMMONS A. Polyurethane Foams: Past, Present, and Future[J]. Materials (Basel, Switzerland), 2018, 11(10): 1841.

[3] 李榮博, 劉曉強(qiáng), 龔嶷, 等. 新燃料運(yùn)輸容器聚氨酯泡沫填充材料性能研究[J]. 包裝工程, 2017, 38(21): 10-14.

LI Rong-bo, LIU Xiao-qiang, GONG Yi, et al. Properties of Polyurethane Foam Filled in New Fuel Transport Cask[J]. Packaging Engineering, 2017, 38(21): 10-14.

[4] 辛麗穎. 緩沖包裝材料的應(yīng)用及發(fā)展[J]. 印刷技術(shù), 2016(10): 42-43.

XIN Li-ying. Application and Development of Cushioning Packaging Materials[J]. Printing Technology, 2016(10): 42-43.

[5] LATINWO G K, OGUNLEYE O R, AGARRY S E, et al. Effect of Stearic Acid and Titanate Coupling Agent Modified Calcium Carbonate on Mechanical Properties of Flexible Polyurethane Foam[J]. International Journal of Composite Materials, 2018, 8(4): 91-96.

[6] SONNENSCHEIN M, WENDT B L, SCHROCK A K, et al. The Relationship between Polyurethane Foam Microstructure and Foam Aging[J]. Polymer, 2008, 49(4): 934-942.

[7] CELINA M, GILLEN K T, ASSINK R A. Accelerated Aging and Lifetime Prediction: Review of Non-Arrhenius Behaviour Due to Two Competing Processes[J]. Polymer Degradation and Stability, 2005, 90(3): 395-404.

[8] 沈光來, 孫世彧, 陳宗良. 聚氨酯老化機(jī)理與研究方法進(jìn)展[J]. 合成材料老化與應(yīng)用, 2014, 43(1): 57-64.

SHEN Guang-lai, SUN Shi-yu, CHEN Zong-liang. Study on Aging Mechanism and Research Methods of Polyurethane[J]. Synthetic Materials Aging and Application, 2014, 43(1): 57-64.

[9] 圣平, 張立. 高分子材料老化機(jī)理初探[J]. 信息記錄材料, 2004, 5(4): 57-60.

REN Sheng-ping, ZHANG Li. The Ageing of Polymer Materials[J]. Magnetic Recording Materials, 2004, 5(4): 57-60.

[10] 吳彤彤, 吳金卓, 王卉, 等. 緩沖包裝材料經(jīng)濟(jì)性與環(huán)境影響評價(jià)研究進(jìn)展[J]. 包裝工程, 2021, 42(9): 17-24.

WU Tong-tong, WU Jin-zhuo, WANG Hui, et al. Research Progress on Technology Economy and Environmental Impact Assessment of Buffer Packaging Materials[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(9): 17-24.

[11] 黃世杰. 聚氨酯薄膜在極端紫外和臭氧環(huán)境下的老化效應(yīng)研究[D]. 秦皇島: 燕山大學(xué), 2014.

HUANG Shi-jie. Research on the Aging Effects of the Polyurethane Films in Extreme Ultraviolet and Ozone Environment[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2014.

[12] 楊慧. 熱塑性聚氨酯彈性體的老化與防老化研究[D]. 廈門: 廈門大學(xué), 2017.

YANG Hui. Study on the Aging and Anti-Aging of Thermoplastic Polyurethane Elastomer[D]. Xiamen: Xiamen University, 2017.

[13] 理莎莎, 齊暑華, 劉乃亮, 等. 聚氨酯泡沫塑料老化問題研究進(jìn)展[J]. 中國塑料, 2009, 23(10): 1-5.

LI Sha-sha, QI Shu-hua, LIU Nai-liang, et al. Progress in Research on Aging of Polyurethane Foam[J]. China Plastics, 2009, 23(10): 1-5.

[14] 胡欣欣, 劉浩浩, 劉然升, 等. 聚氨酯彈性體耐水解性能的研究進(jìn)展[J]. 聚氨酯工業(yè), 2017, 32(6): 1-4.

HU Xin-xin, LIU Hao-hao, LIU Ran-sheng, et al. Research Progress of Hydrolysis Resistance of Polyurethane Elastomers[J]. Polyurethane Industry, 2017, 32(6): 1-4.

[15] 張先勇, 楊萬均, 張艷霞, 等. 吸波結(jié)構(gòu)聚氨酯泡沫基體材料耐老化性能評估試驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]. 裝備環(huán)境工程, 2020, 17(6): 34-38.

ZHANG Xian-yong, YANG Wan-jun, ZHANG Yan-xia, et al. Experimental Design for Evaluating the Aging Resistance of Polyurethane Foam Matrix Used to Absorb Electromagnetic Wave Structure[J]. Equipment Environmental Engineering, 2020, 17(6): 34-38.

[16] 汪學(xué)華. 自然環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)[M]. 北京: 航空工業(yè)出版社, 2003.

WANG Xue-hua. Natural Environment Test Technology[M]. Beijing: Aviation Industry Press, 2003.

[17] 胥澤奇, 張世艷, 宣衛(wèi)芳. 裝備環(huán)境適應(yīng)性評價(jià)[J]. 裝備環(huán)境工程, 2012, 9(1): 54-59.

XU Ze-qi, ZHANG Shi-yan, XUAN Wei-fang. Environmental Worthiness Evaluation of Equipment[J]. Equipment Environmental Engineering, 2012, 9(1): 54-59.

[18] 楊小奎, 張倫武, 張世艷, 等. 塑料大氣環(huán)境老化預(yù)測模型研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2019, 16(3): 30-36.

YANG Xiao-kui, ZHANG Lun-wu, ZHANG Shi-yan, et al. Aging Prediction Model of Plastic Exposed in Atmosphere Environments[J]. Equipment Environmental Engineering, 2019, 16(3): 30-36.

[19] 王艷艷, 舒暢, 李超. 自然環(huán)境譜轉(zhuǎn)化為加速試驗(yàn)環(huán)境譜的方法[J]. 裝備環(huán)境工程, 2014, 11(1): 34-38.

WANG Yan-yan, SHU Chang, LI Chao. Method for Conversion of Natural Environmental Spectra to Accelerated Test Environmental Spectra[J]. Equipment Environmental Engineering, 2014, 11(1): 34-38.

[20] 張晨, 朱占勃, 趙景茂. 兩種水性聚氨酯涂層在3種加速老化試驗(yàn)中的性能對比[J]. 表面技術(shù), 2021, 50(10): 330-336.

ZHANG Chen, ZHU Zhan-bo, ZHAO Jing-mao. Property Comparison of Two Water-Based Polyurethane Coatings in Three Accelerated Aging Experiments[J]. Surface Technology, 2021, 50(10): 330-336.

[21] 羅來正, 肖勇, 蘇艷, 等. 東南沿海氣候條件對聚氨酯涂層老化行為影響研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2015, 12(6): 42-47.

LUO Lai-zheng, XIAO Yong, SU Yan, et al. Effects of Southeast Coastal Atmospheric Environment on Aging Behavior of Polyurethane Coating[J]. Equipment Environmental Engineering, 2015, 12(6): 42-47.

[22] 楊帥, 康勇剛, 齊菲. 低溫對聚乙烯發(fā)泡材料動態(tài)緩沖性能的影響[J]. 包裝工程, 2015, 36(7): 21-25.

YANG Shuai, KANG Yong-gang, QI Fei. Effect of Low Temperature Upon Dynamic Cushioning Properties of EPE Foam Material[J]. Packaging Engineering, 2015, 36(7): 21-25.

[23] 楊婕. 現(xiàn)場發(fā)泡材料緩沖性能分析及包裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 濟(jì)南: 山東大學(xué), 2008.

YANG Jie. Analysis of Cushioning Property of Foam-in-Place Material and Optimum Design of Packaging Structure[D]. Jinan: Shandong University, 2008.

[24] 鄭敏俠, 鐘發(fā)春, 王藺, 等. 聚氨酯膠黏劑降解行為的在線紅外表征[J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2009, 7(6): 64-66.

ZHENG Min-xia, ZHONG Fa-chun, WANG Lin, et al. Characterization of Degradation Behavior of Polyurethane Adhesive by On-Line FT-IR[J]. Chemical Propellants & Polymeric Materials, 2009, 7(6): 64-66.

[25] 黃桐, 李澤漢, 楊偉鑫, 等. 低醛酮揮發(fā)物聚氨酯泡沫的制備研究[J]. 塑料工業(yè), 2021, 49(2): 24-28.

HUANG Tong, LI Ze-han, YANG Wei-xin, et al. Study on Preparation of Low Aldehyde and Ketone Volatile Polyurethane Foam[J]. China Plastics Industry, 2021, 49(2): 24-28.

Weather Resistance of Polyurethane Cushioning Materials in Two Typical Environments

HU Tao1,2, LI Qian1,2, SUN Mao-jun1,2, SUN You-mei3, ZHANG Chen3, WANG Ling1,2

(1. Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China; 2. CSGC Key Laboratory of Ammunition Storage Environmental Effects, Chongqing 400039, China; 3. Wanning Materids Corrosion National Observation and Research Station, Hainan Wanning 571500, China)

The work aims to study the aging performance of polyurethane cushioning material in hot humid ocean and hot dry desert environments. Through a one-year natural environment experiment of three different apparent densities of polyurethane cushioning materials at Wanning Test Station and Dunhuang Test Station, the appearance, static compression performance, compression set performance and infrared spectrum changes of polyurethane cushioning materials were explored. The results showed that the compressive strength of the material first increased and then decreased, and the compression set gradually increased; In Wanning Test Station, the surface of the sample showed mildew. The compressive strength of polyurethane cushioning materials with densities of 25, 30 and 40 kg/m3attenuated to 106.4%, 93.3% and 87.5%, respectively, and the compression set increased by 109%, 98% and 138%, respectively; In Dunhuang Test Station, the compressive strength of polyurethane cushioning materials with densities of 25, 30 and 40 kg/m3increased or attenuated to 106.4%, 98.2% and 97.8%, respectively, and the compression set increased by 55%, 74% and 93%, respectively. The performance of polyurethane cushioning materials will decrease due to aging reactions such as hydrolysis and thermal oxygen degradation in the natural environment. The greater the apparent density of the material, the faster the performance degradation. Thus, the aging degree of polyurethane cushioning material at Wanning Station is greater than that at Dunhuang station, and it is more sensitive to the hot and humid marine environment.

polyurethane (PU); cushioning material; aging in natural environment; static mechanical properties, compression set

TB484.3

A

1672-9242(2023)01-0119-08

10.7643/ issn.1672-9242.2023.01.017

2021–11–15；

2021-11-15；

2021–12–09

2021-12-09

胡濤（1995—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境試驗(yàn)與評價(jià)。

HU Tao (1995-), Male, Master, Engineer, Research focus: environmental testing and evaluation.

王玲（1982—），女，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境試驗(yàn)與評價(jià)。

WANG Ling (1982-), Female, Master, Senior engineer, Research focus: environmental testing and evaluation.

胡濤, 李茜, 孫茂鈞, 等. 聚氨酯緩沖材料在2種典型環(huán)境下的耐候性研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2023, 20(1): 119-126.

HU Tao, LI Qian, SUN Mao-jun, et al.Weather Resistance of Polyurethane Cushioning Materials in Two Typical Environments[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(1): 119-126.

責(zé)任編輯：劉世忠