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聚氨酯基单组份密封胶粘剂固化行为、性能评价体系及泡沫材料的制备研究

作　者: 曹春莉
导　师: 程珏
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚氨酯 硅烷改性聚氨酯 密封胶粘剂 固化行为 力学性能 聚氨酯/水玻璃泡沫体
分类号: TQ436.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚氨酯(PU)是分子主链上含有重复氨基甲酸酯链段(-NHCOO-)的一类聚合物。聚氨酯由于具有优良的弹性,耐低温性,耐磨性和对基材的良好粘附性等特点,以及其原料品种多样化,配方调整的自由度大,广泛应用于泡沫塑料,弹性体,涂料,胶粘剂等领域。论文分别对单组份聚氨酯密封胶粘剂固化行为分析、力学性能和粘接性能进行研究,并建立完整的评价系统,在研究过程中发现了聚氨酯预聚物与无机硅酸盐反应制备新型泡沫塑料的新体系。论文主要工作如下：采用多种分析手段对单组份聚氨酯密封胶粘剂(PU)和硅烷改性聚氨酯胶粘剂(SPU)的进行了结构表征、各种温度和湿度条件下的固化行为、贮存稳定性、粘接性能、力学性能和耐化学试剂性能等对比研究。结果表明：PU和SPU在FTIR谱图的2265cm-1和1485cm-1有异氰酸酯(NCO)和Si-CH3吸收峰的明显差别,表明端基结构不同；具有PU结构的Sikaflex-256、Sikaflex-265、SikaTack-Drive、SikaTack-Ultrafast和具有SPU结构的Sikaflex-555在固化温度分别23℃,30℃,35℃和40℃(相对湿度为95%)时,五种胶粘剂表干时间分别从20min、29min、11min、12min和13min减小到7min、8min、4min、4min和4min,固化速率分别从5.22mm/24h、5.34mm/24h、5.62mm/24h、5.60mm/24h和5.44mm／24h增大到6.32mm/24h、7.78mm/24h、>10.00mm/24h、>10.00mm/24h和7.27mm／24h；当相对湿度分别为50%,65%,80%和95%时(固化温度为23℃),五种胶粘剂的表干时间分别从43min、48min、15min、12min和24min减小到20min、29min、7min、9min和13min,固化速率分别从3.98mm/24h、4.00mm/24h、3.82mm/24h、4.06mm/24h和4.08mm／24h增到大5.22mm/24h、5.34mm/24h、5.62mm/24h、5.60mm/24h和5.44mm／24h,表明二者具有类似的固化行为；胶粘剂在室温贮存的12个月内,表干时间和固化速度基本保持不变,说明五种聚氨酯胶粘剂具有良好的贮存稳定性；非标准温度和湿度条件下胶粘剂的固化行为研究结果表明,当冬季(低温、高湿度)的固化速率较慢,而在夏季(高温、低湿度)固化速率较快；具有PU结构特征的Sikaflex-256, Sikaflex-265, SikaTack-Drive和SikaTack-Ultrafast四种聚氨酯胶粘剂的拉伸强度,撕裂强度分别为8.2MPa、6.8MPa、9.3 MPa、6.6 MPa和19N/mm、20N/mm、19N/mm、19 N／mm均优于Sikaflex-555的拉伸强度和撕裂强度(5.8 MPa和13N／mm)；在标准条件下和北京气候条件下,随着固化时间的延长,PU和SPU拉伸强度和撕裂强度先迅速增大,最后基本保持不变；断裂伸长率先迅速减小,最后基本保持不变；PU密封胶粘剂只与经清洗剂和活化剂处理的基材表面具有良好的粘接性能,胶粘剂与被活化的玻璃、镀锌钢板和钢板三种基材的180°剥离强度从大到小依次是：活化玻璃>活化镀锌钢板>活化钢板,而SPU (Sikaflex-555)与未处理和处理的基材表面均有良好的粘接性能。用同样的评价体系对国内外同类产品进行研究,结果显示在Sika系列的胶粘剂在固含量、表干时间、固化速率和力学性能均优于同类其他产品。发现了聚氨酯预聚物与水玻璃反应制备有机／无机材料新体系,初步提出了固化反应机理,并采用该体系制备了有机无机泡沫体。结果表明：在温度为10℃,水玻璃与多苯基多次甲基异氰酸酯(PAPI)质量比为5∶4,以正戊烷为发泡剂,硅油为稳定剂和辛酸亚锡为催化剂制备了稳定的泡沫体系。

全文目录


摘要  4-7
ABSTRACT  7-17
第一章 绪论  17-34
  1.1 聚氨酯  17-20
    1.1.1 聚氨酯简介  17-18
    1.1.2 聚氨酯化学反应  18-20
  1.2 聚氨酯胶粘剂  20-23
    1.2.1 单组份聚氨酯胶粘剂  21-22
    1.2.2 硅烷改性聚氨酯胶粘剂  22-23
  1.3 聚氨酯胶粘剂结构和性能  23-31
    1.3.1 红外在聚氨酯中的应用  23-25
    1.3.2 固化速率的影响因素  25-26
    1.3.3 表干时间的影响因素  26-27
    1.3.4 胶粘剂贮存期稳定性  27-28
    1.3.5 胶粘剂粘接强度  28-29
    1.3.6 力学性能影响因素  29-31
  1.4 聚氨酯基有机无机杂化材料  31-32
    1.4.1 聚氨酯/SiO2杂化材料  31-32
    1.4.2 水玻璃材料  32
  1.5 课题的目的和意义  32-34
第二章 实验部分  34-38
  2.1 实验原料和仪器设备  34-35
    2.1.1 实验原料  34
    2.1.2 实验仪器设备  34-35
  2.2 表征和测试方法  35-38
    2.2.1 红外(FI-IR)表征  35
    2.2.2 凝胶渗透色谱(GPC)测定分子量  35
    2.2.3 固含量分析测试  35-36
    2.2.4 固化速率测试  36
    2.2.5 表干时间测试  36
    2.2.6 力学性能测试  36
    2.2.7 剥离强度测试  36-38
第三章 聚氨酯胶粘剂结果与讨论  38-67
  3.1 红外光谱FI-IR分析  38-41
    3.1.1 溶剂的选择  38-39
    3.1.2 红外光谱分析  39-41
  3.2 胶粘剂分子量分析  41-43
  3.3 固含量分析  43-44
  3.4 固化行为分析  44-51
    3.4.1 固化温度对固化行为的影响  45-47
    3.4.2 相对湿度(RH)对固化行为的影响  47-48
    3.4.3 贮存期对固化行为的影响  48-50
    3.4.4 非标准条件对固化速率的影响  50-51
  3.5 力学性能分析  51-56
    3.5.1 标准条件下固化7天后的力学性能  51-52
    3.5.2 固化时间(标准条件)对力学性能的影响  52-55
    3.5.3 固化时间(非标准条件)对力学性能的影响  55-56
  3.6 粘接性能分析  56-59
    3.6.1 粘接强度定性测试  56-58
    3.6.2 粘接强度定量测试  58-59
  3.7 耐酸碱性能分析  59-60
  3.8 评价同类产品  60-65
    3.8.1 FI-IR  60-62
    3.8.2 GPC  62-64
    3.8.3 固含量评价  64
    3.8.4 固化行为评价  64-65
    3.8.5 力学性能评价  65
  3.9 结论  65-67
第四章 聚氨酯/水玻璃泡沫塑料  67-71
  4.1 聚氨酯/水玻璃泡沫简介  67
  4.2 反应机理初探  67
  4.3 泡沫体系研究  67-69
    4.3.1 反应温度  68
    4.3.2 异氰酸酯种类对泡沫性能影响  68-69
    4.3.3 预聚体比例对泡沫性能影响  69
  4.4 结论  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-76
作者和导师简介  76-77
研究成果及发表的学术论文  77-78
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 胶粘剂工业 > 各种性能胶粘剂 > 密封胶
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