關(guān)鍵詞 聚氨酯密封膠室溫固化物理性能工藝性能機(jī)械性能
1 前言
為使直九國(guó)產(chǎn)化工程順利進(jìn)行，中國(guó)航空工業(yè)第二集團(tuán)公司550廠委托我所研制生產(chǎn)室溫固化聚氨酯密封膠，以替代進(jìn)口產(chǎn)品UR 3150。該廠曾用過(guò)其他國(guó)產(chǎn)材料，性能均達(dá)不到UR 3150水平。MF-1聚氨酯密封膠配方合理，工藝簡(jiǎn)單，在室溫條件下固化4 d便可達(dá)到所需要的機(jī)械性能指標(biāo)，可替代進(jìn)口產(chǎn)品。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 原料
聚四甲撐醚二醇(PTMG)，相對(duì)分子質(zhì)量1000，日本堡土谷公司；甲苯二異氰酸酯(TDI)，純度＞99.5%，日本三井東亞公司；擴(kuò)鏈劑，自配；蓖麻油(CTO)，一級(jí)品，國(guó)產(chǎn)。
2.2 合成方法
(1)A組分的合成
將一定量的PTMG、CTO在三口瓶中于110～120 ℃、余壓666.6 Pa下真空脫水至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.05%，冷卻至室溫后加入到稱量好的TDI中，于80℃反應(yīng)2 h，分析NCO含量待用。
(2)B組分的配制
將低聚物多元醇和擴(kuò)鏈劑按一定比例于室溫下攪拌混合均勻待用。
(3)密封膠試片制備
將A、B組分按一定比例稱好，在25 ℃下混合，充分?jǐn)嚢?～2 min再真空脫泡3～5 min后傾入處理好的模具(25 ℃)中，凝膠后經(jīng)硫化機(jī)冷壓，試片脫模后入25℃烘箱中硫化，待測(cè)試。
2.3 性能測(cè)試
密度 按GB 533-91測(cè)試；
硬度 按GB 531-92測(cè)試；
拉伸強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率及扯斷永久變形 按GB 528-98測(cè)試；
沖擊回彈 按GB 1681-88測(cè)試；
撕裂強(qiáng)度 按GB 529-96測(cè)試?！糒L〗
3 結(jié)果與討論
表1 A組分官能度對(duì)粘度、工藝性能、機(jī)械性能的影響* A組分官能度A組分NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%粘度(25 ℃)/mPa·s25 ℃×4 d機(jī)械性能110 ℃×6 h機(jī)械性能A組分2組分混合后回彈/%邵A硬度伸長(zhǎng)率/%拉伸強(qiáng)度/MPa300%定伸強(qiáng)度/MPa扯斷永久變形/%撕裂強(qiáng)度/kN·m-1 回彈/%邵A硬度伸長(zhǎng)率/%拉伸強(qiáng)度/MPa300%定伸強(qiáng)度/MPa扯斷永久變形/%撕裂強(qiáng)度/kN·m-12.059.553 3003 950359259029.715.635114.4329240051.623.618121.72.109.454 5004 250319254027.316.235109.3309235047.826.018107.52.209.405 8005 350299246044.124.025108.8289435044.429.315113.02.309.556 2005 450289438040.728.12096.0279432042.040.215102.3
*用同一批B組分(25 ℃粘度為600 mPa·s)。
由表1可見，A組分官能度增加粘度增加，A、B組分混合后粘度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，膠液易產(chǎn)生氣泡影響密封效果。從機(jī)械性能看，室溫硫化4 d，不同官能度密封膠的機(jī)械性能均能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。官能度為2.2和2.3時(shí)密封膠的拉伸強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度明顯高于官能度為2.1和2.05的，但熱硫化后性能差別并不大。綜合考慮，選擇官能度為2.1較合適。
3.2 NCO 含量對(duì)工藝性能和機(jī)械性能的影響?yīng)?
鑒于該密封膠技術(shù)要求邵A硬度為90～95，選擇NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.97%、9.50％、10.09％進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。從機(jī)械性能看，NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.09%時(shí)硬度偏高；從加工工藝看，NCO含量對(duì)凝膠速度有影響。根據(jù)性能要求，選擇NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.5%±0.1%。
表2不同NCO含量對(duì)工藝性能和機(jī)械性能的影響*
*A組分官能度為2.1，B組分配方不變。
3.3 A、B組分混合溫度對(duì)性能的影響?yīng)?
考慮到南北方氣溫及冬夏氣溫的差異，本試驗(yàn)用同一批A、B組分做試驗(yàn)，考察了不同混合溫度對(duì)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，混合溫度對(duì)凝膠時(shí)間及機(jī)械性能均有影響。溫度過(guò)高則凝膠快，機(jī)械性能增長(zhǎng)也快；溫度過(guò)低(≤15 ℃)，物料粘稠操作不便，且凝膠太慢。適宜的混合溫度為25～35 ℃。
3.4 A、B組分混合當(dāng)量比對(duì)機(jī)械性能的影響?yīng)?
B組分中含活潑氫的-OH基、-NH2基可與A組分中的-NCO基團(tuán)反應(yīng)，2組分不同混合當(dāng)量比對(duì)性能的影響見表3。由表3可見，混合當(dāng)量比為0.8～1.0時(shí)，4 d后密封膠機(jī)械性能均能滿足要求，即A、B組分質(zhì)量比為100∶36.1～45.3均可。綜合考慮，B/A組分當(dāng)量比以0.92為宜。
表3A、B組分混合當(dāng)量比對(duì)密封膠機(jī)械性能的影響*
n凝膠工藝順利30 min凝膠A、B組分質(zhì)量比100∶36.1100∶38.4100∶41.6100∶45.3
* A組分官能度2.1，NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.5%；各種性能值均為25 ℃×4 d后測(cè)得。
3.5 室溫硫化時(shí)間對(duì)機(jī)械性能的影響（見表4）
從表4可見，該膠室溫硫化4 d的機(jī)械性能就達(dá)到并超過(guò)了技術(shù)性能指標(biāo)，12 d就基本達(dá)到了該密封膠的最終機(jī)械性能值。
表4室溫(25 ℃)硫化時(shí)間對(duì)機(jī)械性能的影響*
* A組分官能度2.1，NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.47%；B/A組分混合當(dāng)量比為0.92。
3.6 與進(jìn)口產(chǎn)品性能對(duì)比
經(jīng)以上條件考察,確定了MF-1室溫固化雙組分聚氨酯密封膠基本配方：A組分官能度為2.1,NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.5%±0.1%，B組分與A組分混合當(dāng)量比為0.92。MF-1膠與進(jìn)口樣品性能對(duì)比見表5。從物理性能看，MF-1膠操作性優(yōu)于進(jìn)口樣品，因?yàn)?組分質(zhì)量比越接近，越容易混合均勻；從粘度數(shù)據(jù)看，MF-1膠A組分小于進(jìn)口樣品，B組分大于進(jìn)口樣品，但是2組分混合后的粘度小于進(jìn)口樣品，這樣不僅容易混合，而且流動(dòng)性好；從工藝性能看，MF-1膠凝膠時(shí)間較進(jìn)口樣品稍長(zhǎng)，給操作帶來(lái)很大的便利；從機(jī)械性能看，MF-1膠室溫硫化4 d就可達(dá)到技術(shù)性能指標(biāo)，進(jìn)口樣品則需要5 d。
表5與進(jìn)口同類產(chǎn)品性能對(duì)比
*125 g混合物的性能。
4 結(jié)論
(1)采用提高A組分官能度、配制特殊擴(kuò)鏈劑的方法制備的MF-1膠，在無(wú)催化劑的條件下便可室溫硫化，4 d便達(dá)到所需要的機(jī)械性能指標(biāo)，12 d就可達(dá)到最終性能指標(biāo)。
(2)MF-1膠的各種性能均優(yōu)于進(jìn)口樣品，且質(zhì)量穩(wěn)定。
(3)MF-1膠配方合理，工藝簡(jiǎn)單，A、B組分室溫下均為液體，不結(jié)晶、不分層，使用方便。對(duì)A組分官能度、NCO含量及A、B組分混合比例、混合溫度要求都不苛刻，配方的寬容度較大。
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