一種貫通管路密封膠的快速拆除方法研究

苗新芳，劉建啟，肖博文，劉人龍，楊唐文

（中車青島四方機車車輛股份公司，山東 青島 266000）

在軌道車輛檢修、加改和優化過程中，經常需對配電盤上線口等位置線束、車上下貫穿管路等部件進行拆除以進行結構優化。國內外對于該類結構的密封常以雙組分聚氨酯密封膠加以固定和密封結構，以樂泰密封膠為主，是一類固化交聯的聚氨酯，固化后的粘合劑在常見溶劑（如乙二醇、無鉛汽油等）中需浸泡達500小時以上，才能被有效去除，同時由于膠層較厚且粘結強度較大且結構受限，使用傳統機械方法效率低下，而且易造成線束等部件損傷。因此，配制雙組分聚氨酯粘合劑的良溶劑是去除該密封膠的可行方法,且具有一定實際及理論意義。

1 實驗設備及方法

1.1 材料及設備

化學材料：樂泰U-09FL雙組分聚氨酯密封膠，聚烯烴無鹵阻燃線纜，化學溶劑。

實驗設備：電子天平、洛氏硬度計、紫外可見光譜儀、電子拉力機橡膠拉伸強度試驗機。

1.2 聚氨酯密封膠溶脹溶解機制和實驗

樂泰U-09FL密封膠為典型的雙組份固化交聯聚氨酯，其化學結構如圖1所示。組分A為聚異氰酸酯樹脂，組分B為多元醇硬化劑。當組分A與組分B均勻混合時，異氰酸酯與醇羥基進行聚合反應，形成氨基甲酸酯（—NHCOO—）共價鍵結構，以此形成AB雙組分交聯固化聚氨酯。

聚合物溶解是一個通過溶劑吸收使聚合物膨脹的過程，整個過程分為兩個階段：先是分子量小、擴散速率快的溶劑分子向高聚物中滲透，使高聚物體積膨脹，即溶脹，然后才是高聚物分子向溶劑中擴散、溶解，當聚氨酯密封膠被化學溶劑溶脹溶解時，可軟化密封膠并降低粘合力。密封膠的化學構成是上面介紹的交聯聚氨酯高分子，而無鹵阻燃線纜外層保護套主要化學成分為聚烯烴（聚乙烯）高分子材料，兩種材料的化學成分及化學性質具有很大差異。從高分子體系的溶脹溶解角度上講，聚氨酯分子內部由于含有強極性的氨基甲酸酯共價鍵結構，其內聚能要遠大于線纜的聚乙烯體系。交聯聚氨酯的溶解度參數（δ=10.0）大于聚乙烯的溶解度參數（δ=8.0)，根據“相似相容”原理，兩種高分子體系的良溶劑也是不同的，聚氨酯的良溶劑對于聚乙烯線纜來說是不良溶劑，對線纜的溶脹溶解作用較弱，進而可利用溶解度參數9.5＜δ＜10.5的溶劑實現聚氨酯密封膠的選擇性溶脹溶解。

圖1 樂泰密封膠組分化學結構

2 實驗結果討論

溶脹實驗中，等質量的塊狀固化雙組分聚氨酯密封膠分別浸泡在配置溶劑中1.5小時和12小時，分別測定溶脹前后塊狀聚氨酯的質量，并計算溶脹度，溶脹度大的溶劑為良溶劑。其計算公式如下：

溶脹度=（浸泡后質量-浸泡前質量）/浸泡前質量×100%

根據實驗需要，從聚氨酯的良溶劑中（四氫呋喃、氯甲烷、二氯甲烷、丙酮等）選擇單一組分，將密封膠塊分別浸泡在承裝了不同溶劑的5個玻璃容器中，根據以上所述溶脹度和軟化程度（力學性質）綜合考量溶劑的有效程度，結構由表1給出。表中“○”表示經過一定時間的單一組分或多組分溶劑浸泡后，洛氏硬度降低為原有雙組分聚氨酯密封膠的50%以下，并且溶脹度大于等于10%；“×”表示未能達到以上標準的情況。

從表1不難看出，塊狀聚氨酯密封膠在一些特定的良溶劑中浸泡1.5小時后發生溶脹，達到有效軟化易于去除的目的。再從四氫呋喃、二甲基溶纖劑、二氯乙烷、二氯甲烷、吡啶等聚氨酯良溶劑中，選擇多種組分溶劑，按比例配制即可得到混合溶劑。兩種溶解性能和使用范圍不同的溶劑(包括水)混合所得到的溶液，大幅改善了其溶解能力，使各溶劑的優點得到充分發揮，更有效地溶解和清除各種污垢。經過反復試驗，最終確定了由二氯甲烷、四氫呋喃和二丙酮醇等成分配比配方。在上述配方溶劑中，還加入體積分數10%～70%的液體石蠟，增加溶劑的粘稠度，大幅降低溶劑的揮發速率，從而減小毒性。化學溶劑法去除密封膠實驗操作前，選取4個柱形中空筒固定在支座上，筒底部用不干膩子密封并將聚烯烴無鹵阻燃線纜固定在不干膩子之中,隨后在中空筒內分別注入樂泰U-09FL雙組分聚氨酯粘合劑，常溫下自然干燥48小時。將所配置化學溶劑傾倒于筒內密封膠頂部，浸泡5小時，在溶劑的作用下，密封膠軟化，形成顆粒狀，同時降低了密封膠與鋼筒內壁的結合力，用力提拉線纜，即可將密封膠和線纜整體與管壁分離。在溶劑配方中，添加其他高分子增稠劑可以調配溶劑的粘度，以適應不同施工條件要求。

實驗數據表明：聚氨酯密封膠厚度為40mm的1：1線束模型溶脹時間為3小時，實際拆除時間為10分鐘；厚度為60mm的1：1線束模型溶脹時間為5小時，實際拆除時間為15分鐘。實際拆除時間是指除等待時間以外的真實拆除操作時間。

表1 樂泰U-09FL雙組分聚氨酯在部分單組份有機溶劑中的溶脹程度對比

3 線纜無損測試

3.1 化學性能測試

線纜浸泡于上述配方的試劑中12小時后取出，檢測實驗前后試劑中是否含有聚烯烴等電纜線皮成分，結果如圖2所示。通過試劑浸泡線纜前后峰位的對比，發現浸泡過的試劑中沒有出現新的峰值，說明沒有新物質的加入。這表明該溶劑未能溶解聚烯烴無鹵阻燃線纜中的有效成分。

3.2 力學性能測試

首先設置浸泡于聚氨酯溶解試劑前后的線皮對照實驗組。切割相同形狀大小的電纜線皮力學拉伸實驗標準樣2組，一組浸泡于密封膠良溶劑中12小時，另一組不浸泡。實驗在電子拉力機橡膠拉伸強度試驗機上完成，相應的載荷-形變曲線如圖3所示。可以看出，浸泡前后兩組線皮斷裂強度和彈性模量均在誤差范圍之內相同，兩組線皮的拉伸力學性能一致。這表明電纜線纜外皮經過試劑長時間浸泡后，力學性質沒有實質性改變。

圖2 浸泡實驗前后試劑紫外可見光譜吸收圖譜

圖3 線皮浸泡12小時前后載荷-形變曲線圖

4 結語

本文使用選擇性溶脹溶解法制作配方試劑在線纜不受損害的前提下，可以實現交聯聚氨酯密封膠與金屬車體快速分離。該方法簡單易行，可大幅度降低勞動強度，適用于上線口較小，缺乏操作空間且線纜走線復雜的情況。同時，該方法對于大多數的固化聚氨酯都有著廣泛的適用性，為快速溶解去除聚氨酯粘合劑提供了行之有效的方案。

參考文獻：

[1]瞿金清，涂偉萍，陳煥欽等，雙組分水性聚氨酯涂料的合成與表征， 高校化學工程學報，2002，（2）：212-216.