高彈雙組分互穿聚氨酯的結構研究范文

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1實驗部分

1.1主要原料及儀器聚醚210，聚醚220，聚醚330和聚醚430，工業級，廣州恒宇化工有限公司；聚醚二醇PPG，工業級，上海錦山化工有限公司；4，4`二苯基甲烷二異氰酸酯MDI，工業級，煙臺萬華有限公司；二月桂酸二丁基錫，工業級，上海雨田化工有限公司；二羥甲基丙酸，工業級，上海惠今化工有限公司；丙酮，工業級，煙臺瑪利國際貿易有限公司。MAGNA-IR750型傅立葉紅外光譜儀，美國尼高力公司；CHMC51-22A/50型凝膠時間測定儀，北京西化儀科技有限公司；WDW-100型微機控制電子萬能試驗機，濟南騰捷儀器設備有限公司；XD-119A型拉力試驗機，上海信任達儀器有限公司；NDJ-7型旋轉粘度計，杭州匯爾儀器。

1.2雙組分聚氨酯結構修補材料的制備改性互穿聚醚彈性體(a)的制備：將16.33份分子量為1000的聚醚多元醇，3.33份分子量為2000聚醚多元醇，升溫至80℃反應2h，向上述體系加入8.67份分子量為3000聚醚多元醇，8.67份分子量為1000硬泡聚醚多元醇，升溫至90±2℃反應2h后，繼續升溫至120℃，通過通入惰性氣體帶出小分子，反應2h，冷卻后出料。線性嵌段MDI預聚體(b)的合成：將5份MDI加入到干燥反應釜中通入惰性氣體后，滴加70份聚醚二醇PPG、3份二月桂酸二丁基錫，于90℃反應2～3h，再加入175份丙酮稀釋，降溫至80℃，加入5份二羥甲基丙酸，當體系中-NCO的質量分數接近于理論值20~25%時結束反應。雙組份互穿聚氨酯固化：取改性聚醚彈性體(a)25份，MDI預聚體(b)15份，二月桂酸二丁基錫(c)0.1~0.5份，經手持攪拌器攪拌混合后灌注到無砟軌道凸臺樹脂傷損部位，待快速固化成型后得到高彈高浸潤室溫固化雙組份互穿聚氨酯修補材料。

1.3樣品性能測試及表征(1)紅外分析將改性互穿聚醚彈性體、線性嵌段MDI預聚體和雙組份互穿聚氨酯固化物(ZTPU)分別用索式提取器提純后，然后經KBr研磨后放置于紅外光譜儀中進行分析測試。(2)凝膠時間測定按照規定的配比稱量雙組份修補膠150g于23℃放入凝膠時間測定儀中，記錄體系發生凝膠的時間。(3)收縮率測定取初始混合均勻的改性聚醚彈性體、MDI預聚體和二月桂酸二丁基錫,固化后硬化物分別在溫度為23±1℃重量杯、23±2℃的浸漬液（水）中測定液態膠黏劑的密度和硬化物的密度，然后計算得出收縮率；(4)粘結性能測試將500gAB膠施于干濕兩種8字形試件的斷裂面上，將厚度控制為0.5~0.7mm，三次涂刷后迅速對接好原件，于溫度為（20±3)℃，濕度為（50~70)％下用XD-119A拉力試驗機進行拉伸，加載速度為100N/S，得出干濕基面的粘結強度。(5)粘度測試將上述合成的固化膠混合均勻，于23±0.5℃選擇合適的轉子和轉速，用NDJ-7旋轉粘度計測定材料的初始動力粘度。(6)剪切強度測試將10mm*20mm*100mm的試樣在（23±2）℃，相對濕度（40~60)％下養護24h后，在壓剪試驗支架下安裝，然后設定材料試驗機加載速率為1mm/min，進行加載試驗，讀取試樣破壞的最大載荷，計算得到剪切強度。

2結果與討論

2.1結構分析圖1為材料的紅外光譜圖，圖中a、b、c分別是改性互穿聚醚彈性體、線性嵌段MDI預聚體和雙組份互穿聚氨酯固化物的紅外曲線。由圖1可知，a中3431cm-1是未發生縮合反應的-OH吸收峰，1731cm-1是縮聚物中羰基的伸縮振動；b中2264cm-1是-NCO的特征吸收峰，隨著-NCO與-OH發生反應形成-NHCO-，c中-NCO的特征吸收峰消失，上述數據表明，a與b發生固化反應，反應后-NCO基團基本反應完全。

2.2催化劑用量對材料性能的影響按照既定的配比，固定改性聚醚彈性體a25份，MDI預聚體b15份，改變二月桂酸二丁基錫c用量0.1~0.5份，對上述三種材料進行攪拌固化反應，討論催化劑用量對材料性能的影響，測試結果見表1。由表1可知，固定a:b=25:15，調節催化劑c的量，材料的凝膠時間變化顯著，其他性能變化則不大，當催化劑用量為0.4份時，材料的各項性能最佳，凝膠時間達到0.5h。

2.3室內模擬修補實驗凸臺樹脂室內模擬修補工藝性試驗如圖2所示，主要包括(a)凸臺的制備工藝，(b)凸臺樹脂的灌注及成型工藝，(c)凸臺缺陷制造工藝，(d)整體修補驗證工藝。實驗充分結合現場實際，對混凝土和樹脂界面出不同面積缺損進行修補。從圖2中（d）可以看出，利用聚氨酯修補材料有效粘接受損界面及部位，修補完成后的部位強度高，不易破損，效果顯著。

2.4凸臺模擬修補工藝流程及工序時間凸臺模擬修補施工過程較為簡單，無需全自動灌注設備，只需手持攪拌器進行操作即可。試驗為不失一般性，以模擬過程中特定大小的缺損位置為主要維護部位，為了跟現場維護保持一致，維護作業必須除去凸臺的制備工藝、凸臺樹脂的灌注及成型工藝和凸臺缺陷制造工藝等前期準備工作，灌注及固化其操作工序總體需要時間為80min。

3結論

改性互穿聚醚彈性體、線性嵌段MDI預聚體固化反應完全，調節催化劑的量，材料的凝膠時間變化顯著，大大降低天窗點維修時間；利用雙組份互穿聚氨酯修補材料能有效粘接受損界面及部位，修補完成后的部位強度高，不易破損，效果顯著，灌注及固化其操作工序總體需要時間為80min。

作者：陳錢寶梅曉君尤業字楊露單位：安徽中鐵工程材料科技有限公司中國科學技術大學