聚氨酯弹性体与金属粘接的研究 ZHANJ I E 2007, 28(3)
聚氨酯弹性体与金属粘接的研究
刘凉冰, 刘红梅, 贾林才, 张爱莲
(山西省化工研究所, 山西太原030021)
摘要:以浇注型聚酯或聚醚聚氨酯弹性体为柔性材料, 铁或铝金属为刚性材料, 采用5种粘合剂, 进行了粘接
实验。实验数据表明, 聚氨酯弹性体硬度较高时, 柔性材料与金属粘接的剥离强度最高可达31k /m,聚酯型聚氨酯弹性体与金属粘接比聚醚型聚氨酯弹性体的粘接性能好。
关键词:聚氨酯弹性体; 聚酯; 聚醚; 粘接; 剥离强度
中图分类号:TG496 文献标识码:A :- 性体之一, 低永久变形的力学性能, 、、耐低温性能, 还有设备投资少、操作工艺简单、加工方便等特点, 因此备受人们青睐。它主要应用于煤矿、机械、石油、汽车、纺织等领域中, 如筛板、胶辊、密封圈、减震器、轴套、旋流分离器等产品[1]。浇注型聚氨酯弹性体与金属粘接是制造聚氨酯产品中较为重要的一个环节, 直接关系到弹性体制品的使用寿命及安全性。
影响浇注型聚氨酯弹性体与金属粘接的主要因素有胶料配方、粘合剂及金属表面处理等[2]。通常的聚氨酯分为聚酯型和聚醚型聚氨酯弹性体, 硬度一般在邵氏A80～95, 粘合剂为Chem l ok 和Thixon 系列, 属于非异氰酸酯类的胶粘剂。山西省化工研究所研制的NA 21粘合剂是异氰酸酯类的, 也用于聚氨酯弹性体与金属的粘接。本文采用不同粘合剂对聚氨酯弹性体与金属粘接的性能进行探讨[3～5]。
2 结果与讨论
1 实验部分1. 1 主要原料
2. 1 不同粘合剂对聚氨酯弹性体与金属粘接强度影响1. 6 性能测试1. 5 金属表面处理
。
1. 4 试样制备过程
试样制备工艺流程图如下
:
金属表面处理工艺流程如下
:
剥离强度按G B /T7760—1987标准进行测试。
以T D I/MOCA /ODX2218弹性体为柔性材料, 分别取5种粘合剂与铁片、铝片进行粘接, 测其剥离强度, 数据结果如表
1所示。从表1可知, Che m l ok 2213/Chem l ok 2219粘合剂在与
聚酯ODX 2218(M n =2000) , C MA 21024(M n =1000) , 烟台华大化学有限公司; 聚四氢呋喃醚PT M G (M n =1000) , 工业品, 进口; 2, 42甲苯二异氰酸酯(T D I ) , 工业品, 进口; 3, 3′2二氯24, 4′2二氨基二苯甲烷(MOCA ) , 工业品, 张家港市塘桥日用化工有限公司; 金刚砂, 120目, 市售。
1. 2 粘合剂
NA 21双组分粘合剂, 山西省化工研究所; Thixon 2422单
铁片、铝片粘接时剥离强度最高, Thixon 2403/Thixon2404粘合剂剥离强度最低, 其他粘合剂粘接性能居中。铁片和铝片比较, 所有粘合剂与铁片粘接的剥离强度都高于与铝片粘接的强度。其原因是铝表面氧化膜较致密但粘接活性很低。
Tab. 1Bondi ng p r ope rty be t w een PU e l a st om e r and ir on o r a l um i ni um
组分粘合剂, Thixon 2403/Thixon2404双组分粘合剂, 进口;
Che m l ok 2218单组分粘合剂, Che m l ok 2213/Chem l ok 2219单组
表1 聚氨酯弹性体与铁、铝粘接性能粘合剂
NA 21Thixon 2422
Thixon 2403/Thixon2404Che m l ok 2218
Che m l ok 2213/Chem l ok 2219
分粘合剂, 上海洛德有限公司。
1. 3 预聚体的制备
剥离强度/(kN /m)
铁片铝片
15. 518. 113. 519. 623. 4
10. 416. 911. 816. 918. 4
将聚酯或聚醚在110℃、真空度0. 092MPa 条件下脱水
2h, 降温至60℃加入T D I, 于80℃反应2h 后, 取样分析预 收稿日期:2007-01-15
作者简介:刘凉冰(1958-) , 男, 高级工程师, 从事聚氨酯材料的研究与开发工作, 已发表论文20余篇。
・2
4・
研究报告及专论 粘 接 2007, 28(3)
2. 2 不同粘合剂对2种聚酯与铁粘接性能影响
料:(1) 纯聚氨酯树脂; (2) 聚氨酯与金刚砂混合[m (聚氨酯) /m (金刚砂) =70∶30]材料。表4给出了实验结果数据。比较表4中数据可知, 使用纯聚氨酯时, 涂刷底胶的金属剥离强度比磷化、喷砂处理的剥离强度高4倍和8倍以上。金属表面处理未涂底胶时, 混合材料的粘接性能高于纯聚氨酯的粘接性能。然而, 金属表面涂刷底胶后则相反, 即纯聚氨酯与金属粘接的剥离强度比混合材料粘接的剥离强度好。
Ta b. 4 Bond i ng p r ope rti e s be t w
ee n PU and m e ta ls trea te d
by d i ffe re nt m e thod s
为考查柔性材料对金属的粘接性能, 选取ODX 2218和
C MA 210242种聚酯, 后者生成的聚氨酯弹性体硬度高于前
者, 使用3种粘合剂进行粘接试验, 测试结果见表2。从表2看出, 不论何种粘合剂, 弹性体硬度高的剥离强度高。这可能是因为高硬度的弹性体, 硬段含量高, 增加了分子的极性, 提高了内聚强度和表面能, 所以粘接强度也高。
Tab. 2 Bondi ng p r op e rti e s be t w e e n di ffe re n t po l ye ste r a nd ir o n
表2 不同聚酯与铁粘接性能粘合剂
Thixon 2422Che m l ok 2218
Che m l ok 2213/Chem l ok 2219
剥离强度/(kN /m)
ODX 2218聚酯
18. 919. 6C MA 21024聚酯
30. 915
表4 喷砂、清洗
无无
Che m l ok 2218
/(kN /m) 3. 67. 331. 6
聚氨酯/金刚砂
18. 720. 527. 0
2. 3 聚氨酯弹性体通常分为聚酯型和聚醚型2大类。本实验采用聚酯C MA 21024和聚醚PT M G 2种多元醇制成聚氨酯弹性体, 选用3种粘合剂与金属粘接。粘接性能比较如表3所示。从表3得出, 不论使用何种粘合剂, 聚酯与金属粘接比聚醚与金属粘接的剥离强度都高。这归因于聚氨酯弹性体主链中的酯基比醚基极性大的缘故。
Ta b. 3 Bo ndi ng p r op e rti e s be t w e e n ir o n and po l ye s te r 2o r
po l ye the r 2ba se d PU e l a s t om e r
3 结论
(1) 在所有试验的粘合剂中, Che m l ok 2213/Chem l ok 2219
粘合剂剥离强度最高。
(2) 使用相同的粘合剂, 硬度较高的聚氨酯柔性材料比
硬度较低的柔性材料粘接性能好。
(3) 在浇注聚氨酯中, 聚酯型弹性体与金属粘接强度高
于聚醚型弹性体的粘接强度。
参考文献
[1]山西省化工研究所. 聚氨酯弹性体手册[M].北京:化学
表3 聚酯、聚醚聚氨酯与铁粘接性能粘合剂
Thixon 2422Che m l ok 2218
Che m l ok 2213/Chem l ok 2219
剥离强度/(kN /m) 聚酯
30. 931. 131. 5
工业出版社, 2001. 397-340.
[2]李绍雄, 刘益军. 聚氨酯胶粘剂[M].北京:化学工业出版
聚醚
21. 724. 325. 0
社, 1998. 12-40.
[3]狄西岩. 改性环氧底胶对不锈钢与聚氨酯橡胶粘接的影
响[J ].粘接, 2000, 21(3) :24-26.
[4]郝立新, 王刚, 赵菲. 浇注型端羟基聚丁二烯聚氨酯弹性
2. 4 金属表面处理对聚氨酯材料粘接性能的影响
体与钢的粘合[J ].粘接, 1997, 18(1) :13-15.
[5]王孝忠. 浇注型聚氨酯橡胶与金属粘合用底胶的研究及
选取3种试验条件:(1) 金属表面磷化处理; (2) 金属表面喷砂处理; (3) 金属表面涂刷底胶。同时, 使用2种柔性材
应用[J ].粘接, 1992, 13(3) :24-26.
Study on bond i n g between polyurethane el a stom ers and m et a ls
L I U L iang 2bing, L I U Hong 2mei, J I A L in 2cai, ZHANG A i 2lian
(Shanxi Pr ovincial I nstitute of Chem ical I ndustry, Taiyuan, Shanxi 030021, China )
Abstract:This experi m ent is about the adhesi on bet w een casted polyurethane elast omer and metals with five kinds of adhesives . The influence of adhesives on bonding p r opertieswas discussed . The experi m ent data showed that the peel strength of adhesi on for polyu 2rethane elast omer and metals has the highest value 31k N /m.The bonding p r operty of polyester polyurethane was better than that of poly 2ether polyurethane .
Key words:polyurethane elast omer; polyester; polyether; bonding; peel strength
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聚氨酯弹性体与金属粘接的研究 ZHANJ I E 2007, 28(3)
聚氨酯弹性体与金属粘接的研究
刘凉冰, 刘红梅, 贾林才, 张爱莲
(山西省化工研究所, 山西太原030021)
摘要:以浇注型聚酯或聚醚聚氨酯弹性体为柔性材料, 铁或铝金属为刚性材料, 采用5种粘合剂, 进行了粘接
实验。实验数据表明, 聚氨酯弹性体硬度较高时, 柔性材料与金属粘接的剥离强度最高可达31k /m,聚酯型聚氨酯弹性体与金属粘接比聚醚型聚氨酯弹性体的粘接性能好。
关键词:聚氨酯弹性体; 聚酯; 聚醚; 粘接; 剥离强度
中图分类号:TG496 文献标识码:A :- 性体之一, 低永久变形的力学性能, 、、耐低温性能, 还有设备投资少、操作工艺简单、加工方便等特点, 因此备受人们青睐。它主要应用于煤矿、机械、石油、汽车、纺织等领域中, 如筛板、胶辊、密封圈、减震器、轴套、旋流分离器等产品[1]。浇注型聚氨酯弹性体与金属粘接是制造聚氨酯产品中较为重要的一个环节, 直接关系到弹性体制品的使用寿命及安全性。
影响浇注型聚氨酯弹性体与金属粘接的主要因素有胶料配方、粘合剂及金属表面处理等[2]。通常的聚氨酯分为聚酯型和聚醚型聚氨酯弹性体, 硬度一般在邵氏A80～95, 粘合剂为Chem l ok 和Thixon 系列, 属于非异氰酸酯类的胶粘剂。山西省化工研究所研制的NA 21粘合剂是异氰酸酯类的, 也用于聚氨酯弹性体与金属的粘接。本文采用不同粘合剂对聚氨酯弹性体与金属粘接的性能进行探讨[3～5]。
2 结果与讨论
1 实验部分1. 1 主要原料
2. 1 不同粘合剂对聚氨酯弹性体与金属粘接强度影响1. 6 性能测试1. 5 金属表面处理
。
1. 4 试样制备过程
试样制备工艺流程图如下
:
金属表面处理工艺流程如下
:
剥离强度按G B /T7760—1987标准进行测试。
以T D I/MOCA /ODX2218弹性体为柔性材料, 分别取5种粘合剂与铁片、铝片进行粘接, 测其剥离强度, 数据结果如表
1所示。从表1可知, Che m l ok 2213/Chem l ok 2219粘合剂在与
聚酯ODX 2218(M n =2000) , C MA 21024(M n =1000) , 烟台华大化学有限公司; 聚四氢呋喃醚PT M G (M n =1000) , 工业品, 进口; 2, 42甲苯二异氰酸酯(T D I ) , 工业品, 进口; 3, 3′2二氯24, 4′2二氨基二苯甲烷(MOCA ) , 工业品, 张家港市塘桥日用化工有限公司; 金刚砂, 120目, 市售。
1. 2 粘合剂
NA 21双组分粘合剂, 山西省化工研究所; Thixon 2422单
铁片、铝片粘接时剥离强度最高, Thixon 2403/Thixon2404粘合剂剥离强度最低, 其他粘合剂粘接性能居中。铁片和铝片比较, 所有粘合剂与铁片粘接的剥离强度都高于与铝片粘接的强度。其原因是铝表面氧化膜较致密但粘接活性很低。
Tab. 1Bondi ng p r ope rty be t w een PU e l a st om e r and ir on o r a l um i ni um
组分粘合剂, Thixon 2403/Thixon2404双组分粘合剂, 进口;
Che m l ok 2218单组分粘合剂, Che m l ok 2213/Chem l ok 2219单组
表1 聚氨酯弹性体与铁、铝粘接性能粘合剂
NA 21Thixon 2422
Thixon 2403/Thixon2404Che m l ok 2218
Che m l ok 2213/Chem l ok 2219
分粘合剂, 上海洛德有限公司。
1. 3 预聚体的制备
剥离强度/(kN /m)
铁片铝片
15. 518. 113. 519. 623. 4
10. 416. 911. 816. 918. 4
将聚酯或聚醚在110℃、真空度0. 092MPa 条件下脱水
2h, 降温至60℃加入T D I, 于80℃反应2h 后, 取样分析预 收稿日期:2007-01-15
作者简介:刘凉冰(1958-) , 男, 高级工程师, 从事聚氨酯材料的研究与开发工作, 已发表论文20余篇。
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研究报告及专论 粘 接 2007, 28(3)
2. 2 不同粘合剂对2种聚酯与铁粘接性能影响
料:(1) 纯聚氨酯树脂; (2) 聚氨酯与金刚砂混合[m (聚氨酯) /m (金刚砂) =70∶30]材料。表4给出了实验结果数据。比较表4中数据可知, 使用纯聚氨酯时, 涂刷底胶的金属剥离强度比磷化、喷砂处理的剥离强度高4倍和8倍以上。金属表面处理未涂底胶时, 混合材料的粘接性能高于纯聚氨酯的粘接性能。然而, 金属表面涂刷底胶后则相反, 即纯聚氨酯与金属粘接的剥离强度比混合材料粘接的剥离强度好。
Ta b. 4 Bond i ng p r ope rti e s be t w
ee n PU and m e ta ls trea te d
by d i ffe re nt m e thod s
为考查柔性材料对金属的粘接性能, 选取ODX 2218和
C MA 210242种聚酯, 后者生成的聚氨酯弹性体硬度高于前
者, 使用3种粘合剂进行粘接试验, 测试结果见表2。从表2看出, 不论何种粘合剂, 弹性体硬度高的剥离强度高。这可能是因为高硬度的弹性体, 硬段含量高, 增加了分子的极性, 提高了内聚强度和表面能, 所以粘接强度也高。
Tab. 2 Bondi ng p r op e rti e s be t w e e n di ffe re n t po l ye ste r a nd ir o n
表2 不同聚酯与铁粘接性能粘合剂
Thixon 2422Che m l ok 2218
Che m l ok 2213/Chem l ok 2219
剥离强度/(kN /m)
ODX 2218聚酯
18. 919. 6C MA 21024聚酯
30. 915
表4 喷砂、清洗
无无
Che m l ok 2218
/(kN /m) 3. 67. 331. 6
聚氨酯/金刚砂
18. 720. 527. 0
2. 3 聚氨酯弹性体通常分为聚酯型和聚醚型2大类。本实验采用聚酯C MA 21024和聚醚PT M G 2种多元醇制成聚氨酯弹性体, 选用3种粘合剂与金属粘接。粘接性能比较如表3所示。从表3得出, 不论使用何种粘合剂, 聚酯与金属粘接比聚醚与金属粘接的剥离强度都高。这归因于聚氨酯弹性体主链中的酯基比醚基极性大的缘故。
Ta b. 3 Bo ndi ng p r op e rti e s be t w e e n ir o n and po l ye s te r 2o r
po l ye the r 2ba se d PU e l a s t om e r
3 结论
(1) 在所有试验的粘合剂中, Che m l ok 2213/Chem l ok 2219
粘合剂剥离强度最高。
(2) 使用相同的粘合剂, 硬度较高的聚氨酯柔性材料比
硬度较低的柔性材料粘接性能好。
(3) 在浇注聚氨酯中, 聚酯型弹性体与金属粘接强度高
于聚醚型弹性体的粘接强度。
参考文献
[1]山西省化工研究所. 聚氨酯弹性体手册[M].北京:化学
表3 聚酯、聚醚聚氨酯与铁粘接性能粘合剂
Thixon 2422Che m l ok 2218
Che m l ok 2213/Chem l ok 2219
剥离强度/(kN /m) 聚酯
30. 931. 131. 5
工业出版社, 2001. 397-340.
[2]李绍雄, 刘益军. 聚氨酯胶粘剂[M].北京:化学工业出版
聚醚
21. 724. 325. 0
社, 1998. 12-40.
[3]狄西岩. 改性环氧底胶对不锈钢与聚氨酯橡胶粘接的影
响[J ].粘接, 2000, 21(3) :24-26.
[4]郝立新, 王刚, 赵菲. 浇注型端羟基聚丁二烯聚氨酯弹性
2. 4 金属表面处理对聚氨酯材料粘接性能的影响
体与钢的粘合[J ].粘接, 1997, 18(1) :13-15.
[5]王孝忠. 浇注型聚氨酯橡胶与金属粘合用底胶的研究及
选取3种试验条件:(1) 金属表面磷化处理; (2) 金属表面喷砂处理; (3) 金属表面涂刷底胶。同时, 使用2种柔性材
应用[J ].粘接, 1992, 13(3) :24-26.
Study on bond i n g between polyurethane el a stom ers and m et a ls
L I U L iang 2bing, L I U Hong 2mei, J I A L in 2cai, ZHANG A i 2lian
(Shanxi Pr ovincial I nstitute of Chem ical I ndustry, Taiyuan, Shanxi 030021, China )
Abstract:This experi m ent is about the adhesi on bet w een casted polyurethane elast omer and metals with five kinds of adhesives . The influence of adhesives on bonding p r opertieswas discussed . The experi m ent data showed that the peel strength of adhesi on for polyu 2rethane elast omer and metals has the highest value 31k N /m.The bonding p r operty of polyester polyurethane was better than that of poly 2ether polyurethane .
Key words:polyurethane elast omer; polyester; polyether; bonding; peel strength
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