一種新門窗用雙組分聚氨酯組角膠制備及性能研究

關(guān)鍵詞：組角膠；聚氨酯；雙組分；剪切強(qiáng)度；邵氏硬度中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2025）05-0049-04

Abstract：Broken bridge aluminum doors and windows have been widely used in recent years due to their good heat insulation，sound insulation and corrosion resistance，and the bonding and fixing of theircornershave always been an important factor affecting their structural strength and service life.A two-component polyurethane group corner glue suitable for door and window corner code linking was prepared from polyfunctional polyether polyol，multifunctional isocyanate，fumed silica andotherraw materials.The efects of polyether polyols，thixotropic agents and plasticizers on hardness，shear strength and other physical properties were studied.The results showed that under the conditions of 94% polyether A，5% polyether H，1% polyether A，8% thixotropic agent and 4.8% plasticizer，the selfdeveloped polyurethane two-component angle adhesive had high shear strength，high shore hardnessand good application performance

Key words ： group corner glue ； polyurethane ；two-component； shear strength ； shore hardness

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會的進(jìn)步，人們對生活質(zhì)量的要求也在不斷提升。門窗作為建筑的重要組成部分，其功能性、美觀性和節(jié)能型等方面的要求也越來越高[1-2]。現(xiàn)代門窗行業(yè)發(fā)展近30年，歷經(jīng)鋼門窗、鋁合金門窗到斷橋鋁系統(tǒng)窗多個階段的發(fā)展。鋼門窗作為現(xiàn)代門窗的先驅(qū)，其堅固耐用的特點受到了廣泛歡迎，但隨著時間的推移，其易生銹、密封性較差的問題逐漸暴露出來；鋁合金門窗以優(yōu)秀的耐腐蝕能力取代了鋼門窗的市場地位，但其在保溫性能、隔音性能方面仍具有一定短板[3-5]。為解決上述問題，斷橋鋁系統(tǒng)窗應(yīng)運而生，它通過在鋁合金門窗內(nèi)部添加隔熱條、隔音層等方式，有效提升了門窗的防塵性、保溫性與靜謐性；通過組角膠等膠粘劑對窗角角碼處進(jìn)行固定，具備優(yōu)秀的耐濕熱、耐老化性能，受到了廣大消費者的歡迎，成為了現(xiàn)代門窗市場的主流產(chǎn)品[68] 。

組角膠作為現(xiàn)代門窗制造中不可或缺的一種專業(yè)膠粘劑，能夠為系統(tǒng)門窗的角部鏈接提供高效的解決方案，解決了傳統(tǒng)連接方式（鉚接、焊接）存在的諸如窗角開裂、錯位、變形、滲漏等問題，還能夠極大地提升門窗的整體性能和使用壽命[9-10]。組角膠主要分為單組分與雙組分2種，單組分組角膠使用便捷，但對空氣濕度有較高要求，在密封性能良好的角碼內(nèi)部可能產(chǎn)生固化速度慢、窗角開裂漏水等現(xiàn)象；雙組分組角膠在固化過程中則不依賴濕度，在市場環(huán)境中受眾更加廣泛，具備更強(qiáng)的地域適應(yīng)能力[1-3] 。

研究從聚氨酯的合成、配方調(diào)節(jié)入手，對組角膠產(chǎn)品的物理性能進(jìn)行規(guī)律性研究，分析其在系統(tǒng)窗角碼連接中的應(yīng)用效果，并探討如何通過技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用改進(jìn)提升組角膠產(chǎn)品的性能和應(yīng)用效果。

1 實驗部分

1.1 主要原材料及儀器

聚醚多元醇A（工業(yè)級，武漢力太化工有限公司）；聚醚多元醇C（工業(yè)級，濟(jì)寧棠邑化工有限公司）；聚醚多元醇H（工業(yè)級，日本三井化學(xué)株式會社）；多異氰酸酯固化劑（工業(yè)級，萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司）；納米碳酸鈣（工業(yè)級，河南義翔新材料科技有限公司）；氣相法 （工業(yè)級，湖北匯富納米材料股份有限公司）；有機(jī)錫催化劑（工業(yè)級，成都科隆化學(xué)品有限公司）；鄰苯二甲酸二辛酯（工業(yè)級，齊魯石油化工有限公司）。

HAC-DHL-200L雙行星攪拌機(jī)，廣東鴻安昌新能源裝備科技有限公司；CMT2203電子萬能試驗機(jī)，深圳美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；LX－A邵氏硬度計，山東萊州計量實驗工廠。

1.2 組角膠產(chǎn)品的制備

雙組分聚氨酯組角膠通常由甲乙組分組成，甲組分通常以端羥基聚合物為主，乙組分通常以端異氰酸酯基聚合物為主。其生產(chǎn)工藝流程見圖1。

1.2.1 組角膠甲組分的制備

將聚醚A、聚醚C、聚醚H投入反應(yīng)釜，充分?jǐn)嚢璨⑸郎刂? ；在 0.09MPa 的真空條件下保持真空度1h，除去水分與部分小分子聚醚；向反應(yīng)釜內(nèi)加人填料，繼續(xù)在 120degreeC 攪拌并保持真空度4.5h ；降溫至 ，加入功能助劑，攪拌并繼續(xù)保持真空度 ；關(guān)閉真空、加熱，灌裝出料。

1.2.2 組角膠乙組分的制備

將聚醚A、聚醚C、聚醚 H 投入反應(yīng)釜，充分?jǐn)嚢璨⑸郎刂? ；在 0.09MPa 的真空條件下保持真空度 ，除去水分與部分小分子聚醚；降溫至68 C ，關(guān)閉真空，加入異氰酸酯固化劑，升溫至 并持續(xù)攪拌反應(yīng)1h；降溫至 ，向反應(yīng)釜內(nèi)加入填料與功能助劑，繼續(xù)在 攪拌，開啟真空并保持 0.09MPa 真空度 ；關(guān)閉真空、加熱，灌裝出料。

1.3 性能測定

1.3.1組角膠剪切強(qiáng)度試件的制備

剪切強(qiáng)度試件基材，使用符合GB/T13477.1—2002《建筑密封材料試驗方法》要求的氧化鋁基材，規(guī)格為 100mm×25mm×3mm ，以GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定》要求制備剪切試樣。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)條件剪切強(qiáng)度的檢驗

組角膠的剪切性能，依據(jù)GB/T7124—2008中的要求，使用電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行檢驗，試驗速度為0 20±0.5） 。

1.3.3 邵氏硬度的檢驗

組角膠膠料的邵氏硬度，依據(jù)GB/T531.1—2008《硫化橡膠或熱塑膠性橡膠壓人硬度試驗方法》要求，使用邵氏硬度計進(jìn)行檢驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚醚多元醇對聚氨酯雙組分組角膠性能的影響

聚氨酯組角膠在門窗的組裝過程中主要起到密封和粘接的作用，要求其具備較高的硬度和韌性。硬度是為了提高組角膠的承壓能力，而韌性可以提高組角膠的剪切強(qiáng)度。工業(yè)上常使用聚醚多元醇或聚酯多元醇合成預(yù)聚體，但由成本、性能綜合考慮，選用聚醚多元醇制備組角膠產(chǎn)品[14-15]。研究表明，組角膠的硬度、韌性與聚醚多元醇的分子量、官能度高度相關(guān)，使用的聚醚多元醇分子量越小、官能度越高則組角膠的硬度越高、韌性越差。

選用聚醚A、聚醚C、聚醚H產(chǎn)品組合使用，3種聚醚多元醇性能參數(shù)見表1。

以選定的大分子量聚醚多元醇A為基礎(chǔ)，使用聚醚C、聚醚 H 調(diào)節(jié)性能參數(shù)。聚醚A與聚醚C均為3官能度聚醚，其對組角膠性能的綜合影響見表2。

由表2可知，隨著聚醚A用量的逐漸增加，組角膠固化后硬度逐漸增加，剪切強(qiáng)度則先增加后減小。分析認(rèn)為，這可能是因為聚醚A為3官能度聚醚，固化后能夠形成致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。因此，隨著用量增加，膠體固化后硬度與剛性逐漸增加；而剪切強(qiáng)度與膠體的剛性與柔性均具備較強(qiáng)的相關(guān)性，膠體剛性太強(qiáng)或太弱都會降低膠體的剪切強(qiáng)度，因此膠體固化后的剪切強(qiáng)度隨著聚醚A用量的增加而呈現(xiàn)先增加后減小。隨著聚醚C用量的增加，組角膠固化后硬度逐漸增加，剪切強(qiáng)度同樣先增加后減小。聚醚C為大分子量3官能度聚醚，其大分子量能夠有效提升組角膠柔韌性，少量添加即可避免其剛性過強(qiáng)導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降。聚醚A在用量 94%～98% 時，聚醚C在用量為 1%～1.5% 時，組角膠具備最佳的物理性能。

聚醚H用量對組角膠性能的影響見表3。

由表3可知，隨著聚醚H用量的逐漸增加，組角膠固化后硬度逐漸減小，剪切強(qiáng)度則先增加后減小。分析認(rèn)為，這可能是因為聚醚H為2官能度聚醚，在固化后不能形成致密的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，僅能起到增加膠體柔韌性的作用。隨著用量增加，使組角膠的交聯(lián)密度降低、柔韌性增加，使組角膠硬度降低、剪切強(qiáng)度增加。但隨著組角膠的交聯(lián)密度進(jìn)一步降低，又造成組角膠的剪切強(qiáng)度有所降低。

2.2 不同觸變劑對組角膠性能的影響

組角膠除了在粘接強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能要求外，在施工性能方面也需要滿足生產(chǎn)線的應(yīng)用要求，擠出的膠水需要快速的定型，不能隨意流淌，且停止施膠時，混合膠管口無流膠現(xiàn)象發(fā)生。因此要求組角膠具有較好的觸變性。不同觸變劑對組角膠性能的影響見表4。

由表4可知，氣相白炭黑在組角膠擠出性、觸變性、溫度敏感性方面性能都顯得優(yōu)異，因此實驗室選取氣相白炭黑為觸變劑。其用量對組角膠性能的影響見表5。

由表5可知，當(dāng)氣相白炭黑用量為 8% 時，組角膠產(chǎn)品擠出性、觸變性、溫度敏感性均表現(xiàn)優(yōu)秀，綜合性能較好。

2.3增塑劑用量對組角膠性能的影響

增塑劑是膠粘劑中必不可少的一部分，它可以有效改善膠體黏度，改善膠體的耐沖擊能力，提高產(chǎn)品工藝性能。本產(chǎn)品選用鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）增塑劑，其對雙組分組角膠硬度和彎曲變形的影響見表6。

由表6可知，隨著增塑劑用量的增加，雙組分組角膠的硬度逐漸降低，同時組角膠由脆變軟。當(dāng) w （增塑劑）為 4.8% 時，柔韌性較好。用量繼續(xù)增加時，組角膠變軟，另外，添加量不宜過多，固化后膠體表面會有油漬滲出。這主要是因為雙組分組角膠的分子量較低，增塑劑摻入到樹脂分子間時，沒有足夠束縛力，增塑劑容易析出。因此實驗室取u（增塑劑）為 4.8% ，具有較好的硬度，同時可以較好改善組角膠的柔韌性，又避免增塑劑添加量過多會有油漬析出，影響使用。

3結(jié)語

（1）粘接強(qiáng)度高，相較于德國衛(wèi)仕產(chǎn)品具備性能優(yōu)勢，剪切強(qiáng)度可達(dá) 10.17MPa ：

（2）硬度高，相較于德國衛(wèi)仕產(chǎn)品性能相當(dāng)，邵氏硬度最高可達(dá) 92HD ：

（3）具備良好的擠出性與觸變性，無滲出，具備優(yōu)秀的施工工藝性能。

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（責(zé)任編輯：蘇慢）