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(dá)

(安康學(xué)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(xué)純聚氧化丙烯二醇(PPG)、化學(xué)純聚氧化丙烯三醇(PPT)、化學(xué)純2,4-甲苯二異氰酸酯(TDI)、化學(xué)純二月桂酸二丁基錫、主樹脂環(huán)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(yù)先制備聚氨酯預(yù)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(jìn)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(yīng)2.5 h后得到聚氨酯預(yù)聚體。將環(huán)氧樹脂和聚氨酯預(yù)聚體按照一定比例加入燒瓶中,68 ℃反應(yīng)2.5 h后加入二月桂酸二丁基錫,反應(yīng)1 h,得到聚氨酯改性環(huán)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(jìn)行紅外光譜分析,波數(shù)為4 000-400 cm-1;根據(jù)ASTM D256標(biāo)準(zhǔn),采用CEAST沖擊儀對膠粘劑試樣進(jìn)行沖擊性能測試[8];根據(jù)GB/T 7124標(biāo)準(zhǔn),使用MTS-810型萬能材料試驗機進(jìn)行拉伸剪切強度測試[9],加載速度為0.1 mm/min;根據(jù)GB/T 2567—2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(jié)果與分析

圖1為體育器械用聚氨酯膠粘劑預(yù)聚體的紅外光譜圖。

圖1 體育器械用聚氨酯膠粘劑預(yù)聚體的紅外光譜圖

由圖1可知,波數(shù)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(shù)2 249 cm-1位置處可見—NCO的伸縮振動峰。從合成產(chǎn)物PU上看,—OH伸縮振動峰消失,表明—NCO與—OH發(fā)生了反應(yīng)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。可見,聚氨酯預(yù)聚體由TDI和PPT反應(yīng)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(huán)氧樹脂在9 15、1 180、1 036和3 476 cm-1位置處出現(xiàn)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(tuán)發(fā)生了反應(yīng)[12],也表明預(yù)聚氨酯預(yù)聚體對環(huán)氧樹脂改性成功,形成了交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有助于提升膠粘劑的力學(xué)性能。

圖3為聚氨酯改性環(huán)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(huán)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(huán)氧樹脂。在聚氨酯改性環(huán)氧樹脂添加量為50%時,體系的剪切強度達(dá)到最大值,約為21.13 MPa。此外,復(fù)配樹脂的剪切強度低于聚氨酯改性環(huán)氧樹脂。

第一，嬰幼兒配方乳粉的進(jìn)口規(guī)模快速擴大。表1是根據(jù)中國奶業(yè)年鑒相關(guān)數(shù)據(jù)整理得到的中國嬰幼兒配方乳粉的進(jìn)口量、進(jìn)口金額都呈現(xiàn)了快速增長的態(tài)勢。2016年中國嬰幼兒配方乳粉的進(jìn)口量達(dá)到22.13萬t，進(jìn)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(jìn)口量增長率為23.36%。從進(jìn)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(huán)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(huán)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(huán)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(xiàn)為先增加后減小趨勢,在聚氨酯改性環(huán)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(huán)氧樹脂的添加會使得體系中產(chǎn)生基團(tuán)的相互纏繞[13],并形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),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(huán)氧樹脂添加量過大,界面區(qū)容易破壞并在局部團(tuán)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)氧樹脂添加量對膠體沖擊強度的影響。

圖6 聚氨酯改性環(huán)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(huán)氧樹脂添加量為50%時取得最大值,且聚氨酯改性環(huán)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(huán)氧樹脂的試樣。這主要是因為聚氨酯改性環(huán)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(huán)氧樹脂添加量過高,會在體系中產(chǎn)生聚集而影響沖擊力的均勻分散[17-19],并在局部產(chǎn)生微裂紋而降低沖擊強度。

由上述的測試結(jié)果可知,體育器械用聚氨酯改性環(huán)氧樹脂膠粘劑體系中,聚氨酯改性環(huán)氧樹脂添加量為50%時,膠粘劑體系具有最佳的綜合力學(xué)性能,結(jié)果如表1。這主要是因為聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的加入會在膠粘劑體系固化時,形成交互連接的網(wǎng)格結(jié)構(gòu),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(xué)性能較高。

表1 體育器械用聚氨酯改性環(huán)氧樹脂膠粘劑體系的綜合性能

3 結(jié)語

(1)聚氨酯預(yù)聚體由TDI和PPT反應(yīng)成功制備;預(yù)聚氨酯預(yù)聚體對環(huán)氧樹脂改性成功,形成了交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有助于提升膠粘劑的力學(xué)性能;

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

(3)隨著聚氨酯改性環(huán)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(huán)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(huán)氧樹脂添加量為50%時取得最大值,且聚氨酯改性環(huán)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(huán)氧樹脂的試樣。