摘要

以二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯（HMDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）與聚己內(nèi)酯多元醇（PCL）、聚四氫呋喃醚二醇（PTME）、聚醚二醇為原料，合成了高透明聚氨酯膠粘劑，測(cè)試了膠粘劑的性能。使用高透明聚氨酯膠粘劑在有機(jī)玻璃上粘接高透明聚氨酯薄膜制成防護(hù)層，并對(duì)防護(hù)層進(jìn)行耐熱、耐紫外老化、耐磨等性能測(cè)試。結(jié)果表明：膠粘劑具有良好的附著力和光學(xué)性能，還具有良好的耐熱性、耐紫外老化性能和較好的耐水性。防護(hù)層可以有效降低風(fēng)砂對(duì)有機(jī)玻璃表面造成的沖蝕磨損，具有優(yōu)異的耐風(fēng)砂防護(hù)效果。

關(guān)鍵詞

高透明；聚氨酯；膠粘劑；耐磨

引言

本文采用高透明聚氨酯樹(shù)脂膠粘劑粘貼高透明聚氨酯薄膜的方法，用于飛機(jī)前風(fēng)擋玻璃進(jìn)行耐風(fēng)砂防護(hù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

    實(shí)驗(yàn)原料見(jiàn)表1。

1.2 膠粘劑的制備

    在裝有攪拌器、溫度計(jì)、冷凝管的三口燒瓶中按比例加入計(jì)量好的聚醚型多元醇，加熱真空脫水，然后降溫至90℃再緩慢加入二異氰酸酯單體和催化劑攪拌反應(yīng)至規(guī)定時(shí)間出料，制成預(yù)聚體組分A。將多元醇，擴(kuò)鏈劑，紫外穩(wěn)定劑，抗氧劑按一定比例加入到三口燒瓶中，通入氮?dú)猓訜嵴婵彰撍?0℃攪拌2h，制成B 組分。膠粘劑的制備：組分A 和組分B 按照比例加入到容器中，使用三維高速混合機(jī)混合30s，常溫固化24h，80℃固化12h。

1.3 性能測(cè)試與表征

    黏度測(cè)試：采用美國(guó)博勒飛公司CAP2000+型椎板黏度計(jì)，25℃恒溫進(jìn)行測(cè)試。透光率及霧度測(cè)試：采用美國(guó)PE 公司生產(chǎn)的Lambda850 型紫外光譜儀，使用積分球測(cè)量系統(tǒng)，掃描范圍380~780nm，狹縫寬度5.00nm。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 2410-2008。力學(xué)性能測(cè)試：采用美國(guó)INSTRON公司生產(chǎn)的INSTRON-4467 型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 528-2009，使用模具制得1 型啞鈴片樣條，采用拉伸模式測(cè)量樣品拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率。熱失重分析采用美國(guó)TA 公司的Q50 型熱重分析儀測(cè)量，在氮?dú)猓∟2）氛圍下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度范圍從室溫到600℃，升溫速率為10℃/min。表面耐磨性測(cè)試：采用吹砂試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)條件為40 目混合砂，風(fēng)速550m/s，含砂量5g/m3，樣品與出口的距離為15cm，噴砂角度為45°。圖1 為吹砂裝置示意圖。

2   結(jié)果與討論

2.1 高透明聚氨酯膠粘劑的合成

    傳統(tǒng)透明聚氨酯多采用芳香族多異氰酸酯，具有反應(yīng)活性高，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，但是芳香族多異氰酸酯毒性大，易被氧化且易黃變。脂肪族多異氰酸酯不含苯環(huán)，不易老化黃變，耐候性好。實(shí)驗(yàn)選用脂肪族多異氰酸酯，二月桂酸二丁基錫為催化劑與聚四氫呋喃醚二醇、聚醚二元醇、聚己內(nèi)酯三元醇和小分子擴(kuò)鏈劑反應(yīng)，合成高透明聚氨酯膠粘劑。配比如表2 所示。

2.2 高透明聚氨酯膠粘劑的性能

2.2.1 膠粘劑的性能

    聚氨酯膠粘劑的性能如表3 所示。52Y72 樹(shù)脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能和透光率，附著力較好。2.2.2 膠粘劑的試用期

    高透明聚氨酯膠粘劑的黏度- 時(shí)間曲線圖如圖2 所示。從圖中可以看出聚氨酯膠粘劑的初始黏度很低。起始反應(yīng)的黏度變化很慢，在2h后黏度開(kāi)始明顯增加，確定膠粘劑的適用期為2h。

圖片

    表4 為適用期內(nèi)膠粘劑樹(shù)脂的性能。膠粘劑各組分在室溫條件下充分混合后，2h 內(nèi)測(cè)得的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和附著力相差不大。說(shuō)明膠粘劑在適用期內(nèi)具有穩(wěn)定的力學(xué)性能和附著力。

2.2.3 膠粘劑的TG曲線

    52Y72 樹(shù)脂膠粘劑的熱失重曲線如圖3 所示。膠粘劑在250℃左右開(kāi)始分解，270℃時(shí)失重3%，345℃時(shí)失重50%，408℃時(shí)失重90%，具有良好的耐熱性。

2.3 高透明聚氨酯膠粘劑的應(yīng)用

2.3.1 防護(hù)層制備

    按比例將膠粘劑原料加入到容器中，使用三維高速混合機(jī)混合30s，傾倒在11號(hào)航空玻璃表面，用涂膠輥將膠粘劑涂覆均勻，然后覆蓋自制聚氨酯薄膜再次滾壓均勻。常溫固化24h，80℃固化12h，測(cè)量各項(xiàng)性能，如表6 所示。

2.3.2.1 紫外老化

    將樣品放入紫外老化儀進(jìn)行測(cè)試。主波段為310nm，環(huán)境溫度為65℃，對(duì)樣品進(jìn)行單面輻照，照射時(shí)長(zhǎng)為500h。表7 為樣品紫外老化前后的光學(xué)性能對(duì)比。

    從表7 中可以看出，相比于有機(jī)玻璃，使用膠粘劑粘貼薄膜的防護(hù)層樣品透光率降低了0.28%，霧度和黃變指數(shù)分別升高了0.11%和0.54%；經(jīng)紫外老化后，防護(hù)層樣品的透光率下降了1.25%，霧度和黃變指數(shù)分別升高了0.03%和1.95%。綜上，經(jīng)紫外老化后樣品仍具有優(yōu)異的光學(xué)性能。

2.3.2.2 耐磨性

    耐磨性采用吹砂試驗(yàn)評(píng)價(jià)表面耐磨性，吹砂試驗(yàn)前后的樣品放大圖片如下。    防護(hù)層吹砂試驗(yàn)前后的效果如圖5所示，圖a是有機(jī)玻璃表面放大圖，有機(jī)玻璃的透光率為92.1%，表面有少量劃痕。這是因?yàn)橛袡C(jī)玻璃表面硬度較小，僅相當(dāng)于鋁的硬度，耐磨性較差，表面容易被劃傷。圖b 是有機(jī)玻璃經(jīng)吹砂試驗(yàn)后的表面放大圖，可以看到有機(jī)玻璃表面的磨損非常嚴(yán)重，表面凹凸不平，且透光率下降至32.4%。圖c 是防護(hù)層樣品的表面放大圖，透光率為91.82%，表面光滑，無(wú)劃痕。圖d是防護(hù)層樣品經(jīng)吹砂實(shí)驗(yàn)后的表面放大圖，可以看出防護(hù)層吹砂后的表面較吹砂前粗糙，但明顯優(yōu)于有機(jī)玻璃，防護(hù)層吹砂后的透光率仍可達(dá)到79.2%。綜上，使用高透明聚氨酯膠粘劑粘貼透明聚氨酯薄膜可以有效降低風(fēng)砂對(duì)有機(jī)玻璃表面造成的磨損，耐風(fēng)砂防護(hù)效果非常好。

2.3.2.3 濕熱老化

圖片

    防護(hù)層濕熱老化后的性能如表8 所示。經(jīng)5 個(gè)周期的濕熱老化試驗(yàn)后，外觀無(wú)變化，透光率和霧度沒(méi)有明顯變化，附著力沒(méi)有下降。表明膠粘劑具有較好的耐濕熱老化性能。

2.3.2.4 耐水性

    采用浸水試驗(yàn)法，測(cè)試前用石蠟對(duì)樣品封邊。使用蒸餾水浸泡，浸泡時(shí)間為5d。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將試樣從槽中取出，用濾紙吸干，以目視檢查樣品。樣品沒(méi)有出現(xiàn)失光、變色、起泡、起皺、脫落等現(xiàn)象，且樣品透光度和霧度沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的變化，表明樣品具有良好耐水性。

2.3.2.5 高低溫實(shí)驗(yàn)

   經(jīng)80℃高溫試驗(yàn)100h后外觀光滑平整，且力學(xué)性能、光學(xué)性能和附著力均不受影響。經(jīng)-18℃低溫實(shí)驗(yàn)100h 后外觀光滑平整，目視無(wú)透光率下降和霧度升高等問(wèn)題。且力學(xué)性能和附著力均沒(méi)有下降。經(jīng)-55℃低溫試驗(yàn)測(cè)得膠粘劑樹(shù)脂的外觀光滑平整，拉伸強(qiáng)度為7MPa，且透光率、霧度沒(méi)有明顯變化。

3 結(jié) 論

    （1）實(shí)驗(yàn)以脂肪族多異氰酸酯和多元醇為原料合成了52Y72 高透明聚氨酯膠粘劑，具有優(yōu)異的光學(xué)性能和附著力。

    （2）經(jīng)吹砂試驗(yàn)，使用高透明聚氨酯膠粘劑粘貼透明聚氨酯薄膜可以有效降低風(fēng)砂對(duì)有機(jī)玻璃表面造成的沖蝕磨損，經(jīng)吹砂試驗(yàn)后的樣品透光率可達(dá)79.2%，具有優(yōu)異的耐風(fēng)砂防護(hù)效果。

    （3）膠粘劑具有良好的耐紫外老化性能和耐水性，較好的耐濕熱老化性。