噴涂機器人用改性聚天門冬氨酸酯膩子制備及性能測試

關鍵詞：聚天門冬；氨酸酯膩子；自動化噴涂；異氰酸酯；抗沖擊性能

中圖分類號：TQ638；TU56+1.4 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0042-04

聚天門冬氨酸酯被廣泛用于制備緩釋藥物、藥物輸送系統和生物材料，由于其生物降解性，可以將該材料用于制備可降解的縫合線[1]。有較多學者對這一材料進行研究，如研究汽車底盤防護用聚天冬氨酸酯聚脲的綜合性能，該方法制備的材料具有較強的耐腐蝕性與抗石擊性能[2]；研究聚天冬氨酸酯聚脲面漆的研制，該方法制備了應用于跨海大橋橋面的面漆材料[3]。自動化噴涂機器人是一種應用于多種領域的自動化設備，其結合了機器人技術和噴涂技術，能夠以高效、精確和穩定的方式完成噴涂任務[4]。本文研究自動噴涂機器人用的聚天門冬氨酸酯膩子，對膩子材料進行制作與性能分析，從而獲取最佳噴涂用膩子材料。目前應用于軌道交通設施的自動噴涂機器人主要通過PLC電氣控制系統、機械手臂噴涂系統等內容組成，通過機械手臂，實現軌交設施表面的自動噴涂[5-6]。本文研制用于自動化噴涂機器人的聚天門冬氨酸酯膩子，以此幫助自動化噴涂機器人順利開展噴涂工作。

1聚天門冬氨酸酯膩子改性研制

1.1材料與方法

1.1.1試驗材料與儀器

制備用于噴涂的聚天門冬氨酸酯膩子材料試樣：F524聚天門冬氨酸酯，順締新材料（上海）有限公司；D2925聚天門冬氨酸酯，順締新材料（上海）有限公司；二環己基甲烷二異氰酸酯（HMDI），湖北科沃德化工有限公司；六亞甲基二異氰酸酯三聚體（HDI）3300，湖北科沃德化工有限公司；二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），湖北科沃德化工有限公司；甲苯二異氰酸酯（TDI），滄州大化；聚丙二醇1000（PPG1000），宜興市嘉騰化工有限公司；A-C629A助劑（PE蠟粉），東莞市鼎信塑膠原料有限公司；粉料，南京聚焦涂裝科技有限公司；顏料，雞澤縣通彩貿易有限公司。

1.1.2材料制備

（1）A組分：準備3個四口燒瓶，分別向其中定量加入TDI，之后依次將PPG1000緩慢滴入每一燒瓶中，保持溫度在60～70℃，當反應至—NCO含量達到6.2%時即可降溫，之后在每一燒瓶中分別加入HMDI、HDI、MDI，并進行充分混合，由此，完成A組分制備，其中制成的3種樣品中，—NCO含量為9%～11%。

（2）B組分：將表1中材料放入分散機中，經分散后制成B組分。

（3）膩子制備：按照GB/T9271—2008《色漆和清漆標準試板》標準制備噴涂機器人用膩子，將每一A組分分別與B組分按照—NCO當量與—NH當量混合均勻，并采用自動噴涂機器人在鋼板上進行噴涂，噴涂時的涂膜厚度為0.5～0.6mm，噴涂完成后，放置7d進行養護。經養護后，制成分別摻入HMDI、HDI以及MDI異氰酸酯的N1組、N2組、N3組膩子試樣，分別測試噴涂前與噴涂后的材料性能。

1.2材料測試

1.2.1基本性能測試

按GB/T23446—2009《噴涂聚脲防水涂料》指標檢測試樣的基本應用性能，其中包括表干時間、斷裂伸長率等指標，以確定試樣的基礎應用效果。

1.2.2黏度測試

膩子的黏度會在較大程度上影響后續噴涂的品質，若黏度過高[7]，在噴涂時會出現針孔問題，若黏度過低，則會出現掛流現象[8]，為此，黏度是衡量膩子性能的關鍵指標之一。

采用旋轉流變儀，對未進行噴涂的聚合物膩子試樣進行剪切黏度測試，在測試時剪切速率在0.1～100s-1。

1.2.3固化過程測試

測試未噴涂的3組膩子試樣在聚合過程中的雙鍵轉化率，取待測聚合物試樣10g左右，設置試驗溫度為25%，設定UV光源的光強為5mW/cm2，打開UV光源的延遲時間為5s，通過雙鍵轉化率反應聚合物在固化過程中的熱焓變化情況。

1.2.4收縮應力測試

通過實時—流變技術測試未噴涂試樣的固化收縮應力，若固化收縮應力越高，會增大噴涂材料的開裂機率，從而影響材料使用壽命[9]。在測試時，使用流變儀，并設為應變模式，應變設為0.5%，每間隔5s采集一次數據，當流變儀進行50s工作后，即可開啟UV光源。

1.2.5紫外光老化測試

該測試使用設備為QUV紫外老化試驗箱，測試試樣的光澤度變化。測試時，光照溫度設定為60℃，冷凝水溫度設置為40℃，每光照8h進行4h凝露，光照老化試驗共進行800h，完成抗老化性能驗證。

1.2.6附著力測試

測試噴涂后的試樣，對養護后的噴涂面采用1000號細砂紙打磨，之后利用膠粘劑拉拔頭粘接在涂層表面上，當表面固化后，通過小刀沿拉拔頭切割，并在水中浸泡24h，實現附著力測試。

1.2.7耐沖擊性測試

通過自動噴涂機器人噴涂膩子后，對試樣進行沖擊試驗，測試每組試樣的耐沖擊性能。

1.2.8酸性溶液浸泡測試

將試樣放入燒瓶中，并在其中不斷添加模擬酸雨的酸性溶液，對每組試樣進行連續浸泡，并采用PARA273A電化學系統，測試每組試樣的抗腐蝕性能，在測試時，頻率范圍為105～10-2Hz，在不同頻率下測試每組試樣。

2試驗結果與討論

2.1基礎性能分析

測試3組試樣的基礎性能，對比每組試樣的應用效果，對比結果如表2所示。

由表2可知，在3組試樣的基礎性能測試過程中，N3組試樣所需的凝膠時間與表干時間較長，說明該組試樣不易凝固，影響試樣應用效果，且該組試樣的耐磨性、抗拉強度等指標較弱，在噴涂后可能會導致表面脫落；在進行耐鹽霧、耐油性以及耐鹽酸介質試驗時，在3組試樣中僅N1組試樣并未發生銹蝕、氣泡以及變色問題，其他2組試樣均存在一定的異常現象。由此可以看出，N1組試樣的基礎應用性能相對較好。

2.2膩子剪切黏度分析分析

3組膩子試樣在不同剪切速率下的黏度變化情況，結果如圖1所示。

由圖1可知，在不同剪切速率下，每組試樣的剪切黏度并未出現波動變化，說明在剪切過程中試樣黏度均處于穩定狀態。3組試樣中，N3組試樣的剪切黏度保持最高水平，說明該組試樣在流動時會受到內部阻力；N2組試樣剪切黏度始終保持在90Pa·s左右，在3組試樣中最小，說明該組試樣在剪切過程中自由體積增大，導致黏度下降，N1組試樣黏度處于100Pa·s左右，在測試時不會輕易掛流，還能夠提高后續噴涂質量，為此，相較于其他2組試樣，N1組試樣的黏度處于最佳范圍。

2.3固化過程分析

釋放熱焓的實測值與理論值之比，即為雙鍵轉化率，本文通過雙鍵轉化率測試，評估試樣在固化時的性能變化，分析結果如圖2所示。

由圖2可知，隨光照時間提升，試樣均開始固化，從而釋放熱焓，當光照時間在160s時，所有試樣均已實現固化，同時，3組試樣的雙鍵轉化率較為接近，差異并不明顯，說明每組試樣的聚合能力均保持在較高標準。但N1組試樣的雙鍵轉化率要略高于其他2組試樣，因此該組試樣在固化過程中的聚合速率會高于其他試樣。

2.4固化收縮應力分析

測試每組膩子試樣在固化過程中的收縮應力變化，測試結果如圖3所示。

由圖3可知，在60s以前，3組試樣的固化收縮應力均為0N，隨著時間的增大，3組試樣固化應力開始迅速下降，其中，N3組試樣固化收縮應力最低達到-6～-7N；N2組試樣最低達到-7N左右。可以看出這2組試樣的收縮應力要高于N1組試樣。N1組試樣固化收縮應力下降幅度最大，說明該組試樣可利用鏈段運動來釋放固化時產生的應力，從而延長試樣壽命。

2.5耐紫外光老化性能分析

測試每組噴涂后試樣在不同老化時間下的光澤度變化，以此分析試樣的耐紫外光特性，分析結果如圖4所示。

由圖4可知，當老化時間逐漸加大，每組試樣的光澤度也會出現下降。在測試過程中，當未進行老化試驗時，3組試樣的光澤度均達到95%以上，而進行老化試驗后，3種試樣光澤度最低也保持在60%以上，說明經過800h的老化后，試樣仍然能保持較好的光澤。其中，N1組試樣光澤度下降幅度最小，當老化時間為800h時，該組試樣光澤度在75%以上。由此可以得出，N1組試樣的抗紫外光老化性能最強。

2.6附著力分析

測試試樣在未浸泡與浸泡24h后的附著力，具體如表3所示。

由表3可知，經測試后，3組試樣附著力均在4MPa以上，其中，N2組、N3組試樣附著力均為4.5MPa。當浸泡24h后，N3組試樣附著力下降更為明顯，說明該組試樣在浸泡后性能會受到一定影響，而N1組試樣在未浸泡前附著力為4.6MPa，經24h浸泡后仍然保持最高水平，因此該組試樣的附著性更高。

2.7耐沖擊性分析

測試3組試樣在沖擊過程中的耐沖擊性，測試結果如表4所示。

由表4可知，在耐沖擊強度的測試下，3組試樣都具有較高的耐沖擊能力，且柔韌性相對較好，但在較長時間的沖擊下，N2、N3組試樣出現輕微破損，但并不嚴重，而N1組試樣未出現破損問題。因此，N1組試樣耐沖擊效果更為明顯。

2.8防護能力分析

測試3組試樣在不同時間下的耐腐蝕效果，并利用BODE圖描述試樣阻抗模值變化情況，從而驗證試樣防護效果，測試結果如圖5所示。

由圖5可知，當頻率逐漸向高頻段發展時，每組試樣的阻抗模值均開始有所下降，在3組試樣中，N1組試樣在浸泡12h的阻抗模值最高，說明在該浸泡時間下，這一組試樣的防護性能最強。隨浸泡時間增加，各組試樣阻抗模值均下降，而N2、N3組試樣的阻抗模值均下降至較低水平，說明這2組試樣會在浸泡過程中受到嚴重腐蝕，導致其防護性能下降。

3結語

本文研究自動噴涂機器人用的聚天門冬氨酸酯膩子的制備及應用性能分析，為軌道交通設施用的自動化噴涂機器人制備不同聚天門冬氨酸酯膩子試件，并對比每種試件的應用效果，從中選取性能最佳的材料，將其用于后續自動化噴涂。在未來研究過程中，可繼續向該材料內添加改性劑，從而增強其環保效果。