綠色節能保溫硬泡聚氨酯板制備及粘接強度與性能測試

摘 要：為研究綠色建筑節能保溫硬泡聚氨酯板制備及剪切粘接強度性能測試，通過混合一定比例的聚醚多元醇與固化劑等原料制備建筑節能保溫硬泡聚氨酯板，在不同影響因素下測試剪切粘接強度性能。結果表明，硬泡聚氨酯板制備陳化時間為1 440 min時，可有效保障其導熱系數穩定、可靠，加工密度宜保持在57.5～60 g/m3，聚醚二元醇、三元醇的配比以1∶1、3∶2為宜，此時剪切粘接強度與斷裂伸長率均較高，在浸水、紫外線老化、凍融循環環境下，隨著粘接面積的增長，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度呈上升趨勢，說明制備的硬泡聚氨酯板節能保溫和剪切粘接強度性能較好。

關鍵詞：粘接面積；綠色建筑；節能保溫；硬泡聚氨酯板；剪切粘接強度

中圖分類號：

TQ328.3

文獻標志碼：

A文章編號：

1001-5922（2024）01-0053-05

Preparation and bonding strength and performance test of green energy-saving thermal insulation rigid foam polyurethane board

XU Ruoyi

（Pingmei Shenma Jiangong Group，Pingdingshan 467000，Henan China）

Abstract：To study the preparation and shear bond strength test of green building energy-saving thermal insulation rigid foam polyurethane board，the building energy-saving thermal insulation rigid foam polyurethane board was prepared by mixing a certain proportion of polyether polyol，curing agent and other raw materials，and the shear bonding strength was tested under different influence factors.The results showed that when the preparation and aging time of rigid foam polyurethane board was 1 440 min，it could effectively ensure the stability and reliability of its thermal conductivity coefficient，the processing density should be kept at 57.5～60 g/m3，and the ratio of polyether diol and ternary alcohol should be 1∶1 and 3∶2，respectively，at this time，the shear bonding strength and fracture elongation were both high，under the conditions of immersion，ultraviolet aging and freeze-thaw cycling，the shear bonding strength of rigid foam polyurethane board increased with the increase of the bonding area，indicating that the prepared rigid foam polyurethane board has good energy-saving thermal insulation and shear bonding strength performance.

Key words：bonding area;green building; energy saving thermal insulation;rigid foam polyurethane board;shear bonding strength

硬泡聚氨酯板是通過起始劑、催化劑聯合作用在高壓噴涂發泡形成的高分子聚合物，是一款全新的可以實現保溫、防水作用的合成材料［3］。為了更加廣泛和科學地將硬泡聚氨酯板應用在綠色建筑節能保溫設計中，有必要研究硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度性能影響因素。針對綠色建筑節能保溫硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度性能，對聚氨酯硬泡技術在綠色建筑節能應用中的導熱系數、粘合強度等性能進行了分析［5］，研究硬泡聚氨酯板粘接界面的粘接強度［6］。以上研究考慮的剪切粘接強度影響因素僅局限于內部，未對浸水、紫外線老化、凍融循環等外部因素進行分析。在此研究綠色建筑節能保溫硬泡聚氨酯板的制備及剪切粘接強度性能測試。

1 硬泡聚氨酯板的制備

1.1 實驗原料

制備所需原料：聚醚多元醇（自制）；交聯劑，雙丙酮丙烯酰胺（蘇州金運萊）；催化劑，新癸酸鉀（新典化工）；防水劑，環氧丙烷（濟南光訊）；泡沫穩定劑，二甲基環己胺（康迪斯化工）；發泡劑，十二烷基硫酸鈉（濟南潤輝）；固化劑，異氰酸酯（山東茂發）。

1.2 聚醚多元醇的制備

按照配方配置聚醚二元醇、三元醇，與起始劑、催化劑共同置入聚合反應釜，同時展開攪拌、加熱操作，對反應物料進行抽真空操作。當反應物料升溫至一定情況后，終止抽真空操作。在反應釜中加入一定量的防水劑，基于反應溫度與壓力的控制完成聚合反應，針對聚合得到的物料展開脫水、吸附過濾操作，制成聚醚多元醇［7-9］。

1.3 硬泡聚氨酯板的配方及制備

硬泡聚氨酯板配方如表1所示。

按照表1所示比例混合各項原料并通過電動攪拌器攪拌至均勻，然后將物料倒入模具等待發泡，在泡沫完全熟化后對其展開性能測定［10-13］。

設置4個粘接面積分別為50、100、150、200 m2的硬泡聚氨酯板試樣，用以后續試驗。

2 硬泡聚氨酯板剪切粘接強度性能試驗測定

2.1 實驗儀器

實驗儀器：ＪＢ９０－ＳＨ／２００３００５

３型攪拌器（佛山南北潮公司）；標準Ｍ１型天平（蓬萊天平配件廠）；ＷＳＳＦ－４１３型溫度計（江蘇微開測控公司）；ＦＬＴ．Ｈ型聚氨酯高壓發泡機（廣東弗雷特公司）；ＨＪ／ＣＱ－８０Ｃ型環境試驗箱（廣東鴻駿儀器公司）；ＴＨ－８１００型萬能材料試驗機（卡迪斯測控公司）。

2.2 試驗方法及標準

2.2.1 硬泡聚氨酯板節能保溫性能測試方法及標準

根據國家標準測試泡沫性能，通過萬能試驗機測試其力學性能，通過環境試驗箱測試其尺寸穩定性。性能指標如表2所示。

吸水率依據HGT 3856—2006進行測試［14-16］。節能保溫性能的核心指標之一為導熱系數［17-18］，已知硬泡聚氨酯板導熱系數的影響因素較多，對其展開分析。

熟化時間：硬泡聚氨酯板試件達到完全熟化需要的時間，測定標準為HB 5244—1993。

2.2.2 硬泡聚氨酯板剪切粘接強度性能測試方法及標準

研究硬泡聚氨酯板剪切粘接強度的影響因素，分別測試密度、聚醚配比、粘接面積等因素對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度性能的影響。為了提高測試的魯棒性，設置了浸水、紫外線和凍融循環3種測試條件。

凍融循環條件的實驗方法：對硬泡聚氨酯板試件進行浸水、冷凍以及凍融循環處理，設浸水的溫度為22 ℃，時間為8 d；冷凍溫度為-22 ℃，時間為8 d［19-20］；凍融循環共8次，先冷凍15 h，然后浸水15 h。在標準環境下測試浸水、冷凍以及凍融循環后硬泡聚氨酯板試件的拉伸模量與剪切粘接破壞面積，并對比未有任何處理的原始硬泡聚氨酯板試件。

測試指標剪切粘接強度：依據JC/T 547—2005進行測試。

斷裂伸長率是粘接強度的測試指標，通過萬能試驗機測試硬泡聚氨酯板拉伸破壞后的伸長長度，計算其斷裂伸長率。

3 結果與討論

3.1 制備的硬泡聚氨酯板基礎性能測試結果

硬泡聚氨酯板的基礎性能測試結果如表3所示。

由表2、表3可知，制備的硬泡聚氨酯板基礎性能全部達標，可以應用于后續試驗。

3.2 制備的硬泡聚氨酯板綠色節能保溫性能測試結果

3.2.1 陳化時間對導熱系數的影響

硬泡聚氨酯板常規條件下的陳化乳白、拉絲和不沾時間分別為4.5、11.5、16.5 s，硬泡聚氨酯板在乳化周期達到15 min時完成硬化處理。差異陳化時間對導熱系數的影響，結果如表4所示。

由表4可知，硬泡聚氨酯板在陳化時間為600～1 440 min時，導熱系數的增加量具有較大程度的變化，硬泡聚氨酯板的導熱系數增量高約5%，大于其他陳化時間的導熱系數增加量變化程度。由此可見，硬泡聚氨酯板陳化時間為1 440 min時，導熱系數較高，可以達到綠色建筑節能保溫要求。

3.2.2 密度對導熱系數的影響

密度對導熱系數影響如表5所示。

由表5可知，當密度由31.5 g/m3增至65.5 g/m3過程中，其導熱系數表現出先下降后提升又下降的發展趨勢，且在57.5 g/m3時達到最高點。

綜上所述，將陳化時間設置為1 440 min，密度保持在57.5 g/m3時，制備的硬泡聚氨酯板為合格的綠色建筑節能保溫硬泡聚氨酯板。

3.3 節能保溫硬泡聚氨酯板剪切粘接強度性能測試結果

3.3.1 密度對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度的影響

在實際應用過程中還要分析密度對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度性能的影響，結果如表6所示。

由表6可知，密度對硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度存在影響，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度跟隨密度的增加而提升。為保證硬泡聚氨酯板的整體性能與質量，結合表5數據，加工密度為57.5～60 g/m3時，剪切粘接強度性能較好。

3.3.2 聚醚配比對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度的影響

測試不同聚醚配比對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度性能的影響，結果如表7所示。

由表7可知，隨聚醚二元醇配比量的提升，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度減小，斷裂伸長率增加。當聚醚二元醇、三元醇的配比為1∶1、3∶2時，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度與斷裂伸長率均較高，所以聚醚二元醇、三元醇的配比以1∶1、3∶2為宜。

3.3.3 粘接面積對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度的影響

分析浸水、紫外線以及凍融循環3種條件下，粘接面積對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度的影響。

（1）浸水條件。

浸水條件下，粘接面積對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度的影響，結果如表8所示。

由表8可知，浸水時間越長，相同粘接面積的硬泡聚氨酯板剪切粘接強度總體呈增高態勢，斷裂伸長率下降；在同一浸水時間、粘接面積增加的情況下，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度隨粘接面積的增大而增大，斷裂伸長率隨粘接面積的增大而下降，說明硬泡聚氨酯板剪切強度基本不受浸水影響。

（2） 紫外線條件。

對硬泡聚氨酯板展開紫外線加速老化試驗，粘接面積對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度影響的結果如表9所示。

由表9可知，紫外線老化前后，粘接面積為50 m2的硬泡聚氨酯板剪切粘接強度增大、黏度變高、斷裂伸長率下降，粘接破壞形式為內聚破壞；紫外線老化后，隨粘接面積的增加，硬泡聚氨酯板的剪切粘接強度增大，說明硬泡聚氨酯板具有較強的抗紫外線性能。

（3） 凍融循環。

長時間凍融循環會破壞建筑外墻外保溫的硬泡聚氨酯板粘接界面，凍融測試不同處理形式下，粘接面積對硬泡聚氨酯板剪切粘接強度影響的結果如表10所示。

由表10可知，粘接面積相同的情況下，浸水處理的硬泡聚氨酯板剪切粘接強度值最小，凍融循環

次之，冷凍處理的硬泡聚氨酯板剪切粘接強度最大；相同處理條件下，硬泡聚氨酯板剪切粘接強度值跟隨粘接面積的增大而增大。由此可見，硬泡聚氨酯板剪切粘接強度性能受凍融循環條件影響較小。

4 結語

通過試驗研究綠色建筑節能保溫硬泡聚氨酯板剪切粘接強度性能，分析內部因素和外部因素對綠色建筑節能保溫硬泡聚氨酯板剪切粘接強度的影響。根據試驗結果可知在不同環境下建筑節能保溫硬泡聚氨酯板剪切粘接強度與粘接面積存在正向關系。制備的硬泡聚氨酯板能夠提高綠色建筑的節能保溫效果，且能夠抵御各種惡劣環境條件的腐蝕，達到較好的應用效果，令建筑結構更加安全穩固。

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