高弹双组分互穿聚氨酯的结构研究范文

1实验部分

1.1主要原料及仪器聚醚210，聚醚220，聚醚330和聚醚430，工业级，广州恒宇化工有限公司；聚醚二醇PPG，工业级，上海锦山化工有限公司；4，4`二苯基甲烷二异氰酸酯MDI，工业级，烟台万华有限公司；二月桂酸二丁基锡，工业级，上海雨田化工有限公司；二羟甲基丙酸，工业级，上海惠今化工有限公司；丙酮，工业级，烟台玛利国际贸易有限公司。MAGNA-IR750型傅立叶红外光谱仪，美国尼高力公司；CHMC51-22A/50型凝胶时间测定仪，北京西化仪科技有限公司；WDW-100型微机控制电子万能试验机，济南腾捷仪器设备有限公司；XD-119A型拉力试验机，上海信任达仪器有限公司；NDJ-7型旋转粘度计，杭州汇尔仪器。

1.2双组分聚氨酯结构修补材料的制备改性互穿聚醚弹性体(a)的制备：将16.33份分子量为1000的聚醚多元醇，3.33份分子量为2000聚醚多元醇，升温至80℃反应2h，向上述体系加入8.67份分子量为3000聚醚多元醇，8.67份分子量为1000硬泡聚醚多元醇，升温至90±2℃反应2h后，继续升温至120℃，通过通入惰性气体带出小分子，反应2h，冷却后出料。线性嵌段MDI预聚体(b)的合成：将5份MDI加入到干燥反应釜中通入惰性气体后，滴加70份聚醚二醇PPG、3份二月桂酸二丁基锡，于90℃反应2～3h，再加入175份丙酮稀释，降温至80℃，加入5份二羟甲基丙酸，当体系中-NCO的质量分数接近于理论值20~25%时结束反应。双组份互穿聚氨酯固化：取改性聚醚弹性体(a)25份，MDI预聚体(b)15份，二月桂酸二丁基锡(c)0.1~0.5份，经手持搅拌器搅拌混合后灌注到无砟轨道凸台树脂伤损部位，待快速固化成型后得到高弹高浸润室温固化双组份互穿聚氨酯修补材料。

1.3样品性能测试及表征(1)红外分析将改性互穿聚醚弹性体、线性嵌段MDI预聚体和双组份互穿聚氨酯固化物(ZTPU)分别用索式提取器提纯后，然后经KBr研磨后放置于红外光谱仪中进行分析测试。(2)凝胶时间测定按照规定的配比称量双组份修补胶150g于23℃放入凝胶时间测定仪中，记录体系发生凝胶的时间。(3)收缩率测定取初始混合均匀的改性聚醚弹性体、MDI预聚体和二月桂酸二丁基锡,固化后硬化物分别在温度为23±1℃重量杯、23±2℃的浸渍液（水）中测定液态胶黏剂的密度和硬化物的密度，然后计算得出收缩率；(4)粘结性能测试将500gAB胶施于干湿两种8字形试件的断裂面上，将厚度控制为0.5~0.7mm，三次涂刷后迅速对接好原件，于温度为（20±3)℃，湿度为（50~70)％下用XD-119A拉力试验机进行拉伸，加载速度为100N/S，得出干湿基面的粘结强度。(5)粘度测试将上述合成的固化胶混合均匀，于23±0.5℃选择合适的转子和转速，用NDJ-7旋转粘度计测定材料的初始动力粘度。(6)剪切强度测试将10mm*20mm*100mm的试样在（23±2）℃，相对湿度（40~60)％下养护24h后，在压剪试验支架下安装，然后设定材料试验机加载速率为1mm/min，进行加载试验，读取试样破坏的最大载荷，计算得到剪切强度。

2结果与讨论

2.1结构分析图1为材料的红外光谱图，图中a、b、c分别是改性互穿聚醚弹性体、线性嵌段MDI预聚体和双组份互穿聚氨酯固化物的红外曲线。由图1可知，a中3431cm-1是未发生缩合反应的-OH吸收峰，1731cm-1是缩聚物中羰基的伸缩振动；b中2264cm-1是-NCO的特征吸收峰，随着-NCO与-OH发生反应形成-NHCO-，c中-NCO的特征吸收峰消失，上述数据表明，a与b发生固化反应，反应后-NCO基团基本反应完全。

2.2催化剂用量对材料性能的影响按照既定的配比，固定改性聚醚弹性体a25份，MDI预聚体b15份，改变二月桂酸二丁基锡c用量0.1~0.5份，对上述三种材料进行搅拌固化反应，讨论催化剂用量对材料性能的影响，测试结果见表1。由表1可知，固定a:b=25:15，调节催化剂c的量，材料的凝胶时间变化显著，其他性能变化则不大，当催化剂用量为0.4份时，材料的各项性能最佳，凝胶时间达到0.5h。

2.3室内模拟修补实验凸台树脂室内模拟修补工艺性试验如图2所示，主要包括(a)凸台的制备工艺，(b)凸台树脂的灌注及成型工艺，(c)凸台缺陷制造工艺，(d)整体修补验证工艺。实验充分结合现场实际，对混凝土和树脂界面出不同面积缺损进行修补。从图2中（d）可以看出，利用聚氨酯修补材料有效粘接受损界面及部位，修补完成后的部位强度高，不易破损，效果显著。

2.4凸台模拟修补工艺流程及工序时间凸台模拟修补施工过程较为简单，无需全自动灌注设备，只需手持搅拌器进行操作即可。试验为不失一般性，以模拟过程中特定大小的缺损位置为主要维护部位，为了跟现场维护保持一致，维护作业必须除去凸台的制备工艺、凸台树脂的灌注及成型工艺和凸台缺陷制造工艺等前期准备工作，灌注及固化其操作工序总体需要时间为80min。

3结论

改性互穿聚醚弹性体、线性嵌段MDI预聚体固化反应完全，调节催化剂的量，材料的凝胶时间变化显著，大大降低天窗点维修时间；利用双组份互穿聚氨酯修补材料能有效粘接受损界面及部位，修补完成后的部位强度高，不易破损，效果显著，灌注及固化其操作工序总体需要时间为80min。

作者：陈钱宝梅晓君尤业字杨露单位：安徽中铁工程材料科技有限公司中国科学技术大学