影響高強度聚氨酯防水涂料拉伸性能因素的分析

伍明強(柳州鐵路工程質量檢測中心有限公司 廣西 柳州 545007)

聚氨酯防水涂料早在90年代就被應用于防水防漏工程,然而它真正被大多的檢測機構認識并研究，還是近幾年。2008年國家制定了四萬億經濟刺激計劃，其中兩萬億投向了鐵路、房建、交通等基礎建設。3.5MPa和6.0MPa類別的高強度聚氨酯防水涂料就在這個時候走進了檢測機構的視野。為能客觀、準確地評價其性能，本文結合檢測步驟，通過試驗對比，對其拉伸性能的影響因素進行了分析總結。

一、聚氨酯防水涂料的成膜原理

聚氨酯防水涂料，最主要的成膜原理是通過異氰酸酯或與含有羥基的化合物，或與含有活潑氫原子的化合物，或與水反應。有時為了實現交聯聚合，往往在其配料中引進三官能度或多官能度多元醇及異氰脲酸酯。按照固化方式不同，聚氨酯防水涂料可分為多組分化學反應固化型、單組分潮濕固化型、單組分空氣氧化型[1]。在高強度防水涂料檢測中，以雙組分居多,它們大多通過A組分（預聚體）和B組分（固化劑）的混合反應，溶劑揮發而成膜。

二、影響因素

國家標準GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》將多組分聚氨酯防水涂料分為Ⅰ型（1.90MPa）和Ⅱ型（2.45MPa）。目前高速鐵路上廣泛使用強度等級為3.5MPa和6.0MPa的聚氨酯涂料，它們不僅強度高、干燥時間短，防水性能、耐熱處理和耐化學處理性能也大大的提高。如何客觀、準確的檢測它們，就顯得尤為重要。下面將逐步對其影響因素進行分析。

1.涂膜成型方式

（1）要進行涂料拉伸性能的檢測首先要制備涂膜，依據國家標準GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》和 GB/T 167778-2008《建筑防水涂料試驗方法》,涂膜采用刮涂。筆者經過試驗，發現涂膜還可以采用刷涂。為了保證涂膜的最終厚度為1.5±0.2mm，采用刮涂成型時可以制作0.8mm、1.2mm和1.8mm的凸形刮刀，分三次將混合均勻的涂料倒入膜框后進行刮涂，待最后一次刮涂完畢立即放入涂料養護箱養護。刷涂采用洗衣用塑料刷子，分三次將混合均勻的涂料倒入膜框后進行刷涂，每次刷涂時來回反復小心刷勻以消除氣泡。待最后一次刷涂完畢，用1.8mm刮刀將試樣刮平后放入涂料養護箱養護。四天后脫模,反面繼續養護三天進行拉伸試驗。下面是6.0MPa聚氨酯防水涂料兩種不同成型方式的無處理拉伸性能的對比。

表1 刮涂成型和刷涂成型拉伸性能的對比

從表1可以看出，采用刷涂時得到的拉伸強度要比刮涂時要高出5.3%，斷裂伸長率要比刮涂時高出5.5%。觀察他們拉伸過程中表面拉扯情況，可以看到采用刮涂成型時涂膜表面氣孔比較多，比較大；采用刷涂成型時涂膜表面氣孔小而密集，所以拉伸強度值更高，斷裂伸長率更長。

（2）成膜次數

GB/T 19250-2003《聚氨酯防水涂料》和GB/T 167778-2008《建筑防水涂料試驗方法》規定樣品按生產廠的要求，一次或多次涂覆（最多三次，每次間隔不超過24 h），下表是不同的涂膜次數得到的拉伸性能結果。

表2 不同涂膜次數拉伸性能的對比

從表2可以看出，刷涂一次得到的拉伸強度只有5.78MPa，很容易造成對樣品的誤判；刷涂兩次與刷涂一次相比，拉伸強度增加了8.0%，伸長率也增加了18.3%；刷涂三次的效果達到了7.15MPa，比刷涂一次增加了23.7%，斷裂伸長率也增大到了609%，比刷涂一次增加了20.1%。刷涂四次和三次相比，強度和伸長率沒有繼續明顯增加。因此在刷涂時盡量考慮涂膜三次成型。

2.溫濕度的控制

前面提到，聚氨酯涂料的固化方式有三種，分別為多組份化學反應固化型、單組份潮濕固化型和單組份空氣氧化型。形態上，涂料由液體經反應，揮發水分后成為固體。下表是不同養護條件下拉伸性能的對比。

表3 不同養護條件下拉伸性能的對比

可以看到，溫濕度對6.0MPa高強度聚氨酯涂料的影響很大，在濕度不變條件下，溫度升高，一方面促進了組份間的反應，拉伸強度顯著提高，28℃，55%條件下養護拉伸強度達到了8.22MPa；另一方面斷裂伸長率隨著溫度的升高先增大后降低，是因為較低的溫度抑制了反應，組份間的聚合交聯緩慢，相反，高溫條件下，各組分積極反應，氣體連續不斷產生，有可能發展成較大的氣泡，使得斷裂伸長率有所降低。溫度不變，濕度增大，涂膜表面容易吸濕，產生的氣體不易逸出，反應進度降低，拉伸性能也會顯著降低。因此在養護過程中應控制養護的環境條件。

3.脫模劑的選擇

脫模劑的選擇也很重要,在制備涂膜時，使用市面上的脫模劑如硅油、石蠟等進行刷涂后，存在較難脫模現象，有時候還需要借助鏟刀進行涂膜，由于脫模時拉扯過涂膜，造成涂膜未進行檢測就已經受拉，再進行檢測時，強度和伸長率就會變得不準確。沈美榮、顧雪珍等人[2]在涂膜模具上先刷一層薄層油，然后將保鮮膜鋪至模具上，再進行涂膜。涂料固化后脫膜非常方便，省時省力，且不會破壞涂膜。筆者受此啟發，通過多次實驗，還發現塑料類產品作為脫模隔離層與涂料在常溫下不會發生反應，涂料固化后可以直接揭起。這樣訂做一個很厚的硬塑料模板，再將膜框固定在模板上，進行涂膜，更加的方便,又不損傷涂膜。

4.拉伸儀器的選擇

由于涂料的拉伸力值往往很小，多為10N～100N,因此需要選擇合適的拉伸儀器。而目前常見的拉伸儀器為1KN、5kN的萬能材料試驗機，精度多為I級，不能保證小數據的準確性。下面是500N萬能材料試驗機（精度0.5級）和1kN萬能材料試驗機（精度I級）時3.5MPa聚氨酯防水涂料的對比數據。

從表4可以看出，拉伸強度的檢測對儀器的要求非常高。使用5000N萬能材料試驗機時，涂料拉伸強度為4.04MPa，使用500N萬能材料試驗機時，涂料拉伸強度為3.77MPa，1000N儀器測定涂料的拉伸強度會使檢測結果偏高，高出7.2%，因此拉伸涂料時盡可能的考慮合適量程的拉伸儀器，避免檢測結果偏高。

結語

（1）影響聚氨酯防水涂料拉伸性能的主要因素有涂膜成型方式、成膜次數、溫濕度、脫模劑和拉伸儀器等。各種影響因素對檢測結果均起著至關重要的作用。

（2）樣品的涂膜和養護是關鍵。因此，在試驗中要在控制溫濕度的條件下，采用三次刷涂的方式制備涂膜，即可很好地控制樣品的試驗結果。

（3）在脫模劑的選擇中，采用保鮮膜方法或者厚硬塑料板法，既方便快捷又可保證涂膜的質量,為拉伸性能的測定提供可靠的試件。

（4）在拉伸儀器的選擇中，采用小量程儀器有利于提高檢測準確度。

[1]防水涂料配方設計與制造技術/楊炳元等編.—北京:中國石化出版社,2007.

[2]沈美榮，顧雪珍,金國華.聚氨酯防水涂料拉伸性能試驗影響因素分析.中國市政工程.2009,12.