电梯加强筋用一种聚氨酯胶黏剂的制备和研究

摘 要：本文介绍了一种适用于电梯加强筋粘接的双组份聚氨酯胶黏剂的制备过程，探讨了不同树脂、助剂、催化剂、碳酸钙等的添加量对粘接性能、固化时间及施工工艺等影响。通过对研究结果的对比分析从中筛选出适用于电梯施工工艺的高综合性能的配方。

关键词：双组分;聚氨酯;胶黏剂;电梯加强筋

0 引言

随着城市快速发展，高层建筑越来越多，电梯数量也随之井喷式增长，同时市场对电梯的实用性和美观性要求也越来越高，所以近些年电梯行业内粘接工艺发展迅速。其中电梯加强筋的连接方式由粘接工艺逐步替代传统的焊接工艺，粘接工艺具有结合面应力分布均匀，对零件无热影响和变形等优点。目前用于电梯加强筋粘接的胶黏剂主要有丙烯酸、双面胶带、MS、聚氨酯等。聚氨酯胶黏剂具有良好的抗剥离和耐冲击性，并且它具备环保、气味友好、操作工艺简单等特点，因此在电梯行业被广泛应用。

1 试验部分

1.1 试验原料

蓖麻油，精炼，无锡市康达化工有限公司;异氰酸酯，工业级，万华;聚酯多元醇3190，工业级，禾大公司;聚醚240，工业级，高桥石化;植物油改性多元醇E（简称树脂E），BASF;植物油改性多元醇F（简称树脂F），BASF;复合助剂A：上海汉司实业有限公司;碳酸钙，欧米亚;复合催化剂B，上海汉司实业有限公司。

1.2 试验设备及方法

电子天平，赛多利斯;小型高速分散机，上海微特电机有限公司;电子拉力机，美特斯;GB/T 2791-1995，GB/T7124-2008;粘度计，Brookfield。

1.3 试验制备

1.3.1 双组分聚氨酯胶粘剂主剂的制备

按配方依次将蓖麻油、聚醚240、聚酯多元醇3190、树脂E、树脂F等投入到混合罐中，低速300rpm分散5min，再加入碳酸钙先低速300rpm分散5min，然后高速1000rpm分散25min，出料至包装罐内，密封待用。固化剂采用PM200。

1.3.2 测试件的制备

基材准备：T剥离的试件尺寸：长度200mm，宽度25±0.5mm;拉伸剪切试件尺寸：长度100mm，宽度25± 0.25mm;此次试验用不锈钢和镀锌钢的测试件均由客户提供。

基材处理：将不锈钢和镀锌钢试件用酒精擦拭祛除油污，然后晾干备用。

施胶过程：按比例准确称取主剂和固化剂，快速混合均匀，然后用玻璃棒或小刮板快速在不锈钢和镀锌钢试件的待粘接面上刮涂均匀。

復合固化：将试件快速复合并用夹具固定好，然后将试件迅速转移至60℃烘箱内，10min后取出试件，部分拉剪试件室温冷却10min后卸去夹具立即测试拉剪强度，其余T剥离和拉剪试件常温放置7天后测试强度。

2 结果与讨论

2.1 不同树脂类型和用量对T剥离强度的影响

2.1.1树脂E和树脂F对T剥离强度的影响

测试位移是取5组T剥离试件测试位移主要集中的区间。

从表1结果看出：①以蓖麻油为主体树脂的胶黏剂配方中，适当添加树脂E或树脂F可提高T剥离强度;②测试位移却随着两种树脂用量的增加在缩短，说明T剥离试件在测试到某个点瞬间剥离开，未形成有效的位移，其中a5配方测试位移过短，T剥离强度无法取值;③a1至a5配方粘接面的破坏模式均主要是从镀锌面脱离。

蓖麻油是脂肪酸的甘油酯，羟基平均官能度是2.7，平均分子量在900左右。树脂E和树脂F均是基于蓖麻油的改性多元醇，平均分子量相近均在400左右，而两者之间官能度不同，树脂E官能度是2，树脂F官能度是3。与蓖麻油相比树脂E和树脂F分子量小，羟值高，与异氰酸酯反应会引入更多刚性链段，柔性链段含量会相对变少，表现出T剥离强度升高，对镀锌的粘接力会更强，但有效的测试位移会缩短。其中树脂F的官能度是3，与树脂E相比交联度更高，故表现出更高的刚性，少量添加T剥离强度即有显著提高，但如a5会过犹不及，无法有效测试T剥离强度。通过上述的结果分析，为了提高剥离强度不能只单方面提高胶本体的刚性和交联度。

从表2的结果看出：①以蓖麻油为主体树脂的胶黏剂配方中，随着聚醚240或聚酯3190用量的增加会降低T剥离强度;②适当添加聚醚240或聚酯3190可延长有效测试位移;③a6至a9配方粘接面的破坏模式均主要是从镀锌面脱离。

聚醚240是以丙二醇为起始剂的聚环氧丙烷，分子量为2000，羟基官能度为2，聚酯3190是二聚酸改性聚酯二元醇，分子量为2000，羟基官能度为2。在蓖麻油主体配方中适当添加聚醚220或聚酯3190均提高了柔性链段的含量，所以测试位移会延长，但是对镀锌的粘接力会随之降低。同等用量的聚醚240和聚酯3190对应的T剥离强度结果，可看出3190测得T剥离强度更高，这是因为3190主链上含大量酯键，比240的醚键极性高，从而表现出对镀锌的更高的附着力，所以在树脂复配时优先选用聚酯3190进行增韧。

从表3结果可看出：①通过几种树脂复配，既可以提高T剥离强度，又能保证测试位移有效长度;②a10至a14配方粘接面的破坏模式均主要从镀锌面脱离。

树脂F的添加虽然能显著提高T剥离强度，但对测试位移有明显的影响，只适合少量添加。综合a10至a13结果，通过调整刚性链段和柔性链段的量优化出出a14配方，此配方处于刚柔平衡状态，从而达到刚柔并进的效果。

2.2 碳酸钙用量对T剥离强度的影响

从表4结果可看出：①T剥离强度随着碳酸钙用量的增加而降低;②测试位移随着碳酸钙用量的增加而变短;③破坏模式主要是从镀锌面脱离。

碳酸钙含量增加，主体树脂的含量就会降低，胶体内的极性基团数量减少，影响了对镀锌基材的附着力，所以T剥离强度随之降低，测试位移变短。碳酸钙含量在30%至60%之间变化，T剥离强度降低有限，考虑到成本因素优选碳酸钙用量60%。

2.3 复合助剂A的不同添加量对应的T剥离强度结果

从表5结果可看出：①添加复合助剂A能提高T剥离强度，并随着添加量的增加T剥离强度先随之升高后又降低;②对测试位移无明显的影响;③随着助剂A含量的增加破坏模式由粘附破坏逐步转成内聚破坏。

复合助剂A是上海汉司针对金属类基材研究调配的一种复合型助剂，尤其能有效的提高对镀锌基材的粘接性。它由促进金属粘接的两种助剂复配而成，主要成分是改性氨基烷基多官能团低聚硅烷和改性环氧基烷基多官能团低聚硅烷。改性的低聚硅烷会与镀锌表面的基团反应，所以随着助剂A添加量的增加，增强了胶本体对镀锌的黏附力，从而提高了T剥离强度;但增加到一定量后，过量的助剂会降低胶本体的强度，导致T剥离强度也随之降低。所以复合助剂A添加量在0.5%左右比较合适。

2.4 复合催化剂B对操作时间和固化时间的影响

从表6结果可以看出：①加入复合催化剂A可以快速提高固化速度，但操作时间会相对缩短;②随着催化剂添加量的增加，同样初始固化条件下拉剪强度随之增高。

复合催化剂B是上海汉司针对加热固化工艺研究调配的复合型催化剂，在加热条件下可快速固化，同时保持较长的室温操作时间。它是由延迟性金属催化剂和延迟性胺类催化剂复配而成。根据电梯的操作工艺通常选择添加量为0.1%～0.2%为宜。

3 结论

综上结果，适用于电梯加强筋的配方如下：蓖麻油用量25%左右，聚酯3196用量在8%左右，树脂E用量在5%左右，树脂F用量在2%左右，碳酸钙用量在60%左右，汉司助剂A用量在0.5～0.8%，复合催化剂B用量在0.1～0.2%。可根据基材条件、成本要求、客户操作工艺等要求确定最终所需配方。

参考文献：

[1]李绍雄，刘益军.聚氨酯胶粘剂[M].北京：化学工业出版社，1998.

[2]刘益军.聚氨酯原料及助剂手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

作者简介：

孙冲（1980- ）女，汉族，辽宁省丹东人，毕业于中国海洋大学，硕士学历，应用化学专业，从事胶黏剂相关的研发、工艺和项目等工作十多年，参与公司多款胶黏剂的开发和工艺改进等。