摘要

以二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯（HMDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）與聚己內(nèi)酯多元醇（PCL）、聚四氫呋喃醚二醇（PTME）、聚醚二醇為原料，合成了高透明聚氨酯膠粘劑，測試了膠粘劑的性能。使用高透明聚氨酯膠粘劑在有機玻璃上粘接高透明聚氨酯薄膜制成防護層，并對防護層進行耐熱、耐紫外老化、耐磨等性能測試。結(jié)果表明：膠粘劑具有良好的附著力和光學(xué)性能，還具有良好的耐熱性、耐紫外老化性能和較好的耐水性。防護層可以有效降低風(fēng)砂對有機玻璃表面造成的沖蝕磨損，具有優(yōu)異的耐風(fēng)砂防護效果。

關(guān)鍵詞

高透明；聚氨酯；膠粘劑；耐磨

引言

本文采用高透明聚氨酯樹脂膠粘劑粘貼高透明聚氨酯薄膜的方法，用于飛機前風(fēng)擋玻璃進行耐風(fēng)砂防護。

1 實驗

1.1 實驗原料

    實驗原料見表1。

1.2 膠粘劑的制備

    在裝有攪拌器、溫度計、冷凝管的三口燒瓶中按比例加入計量好的聚醚型多元醇，加熱真空脫水，然后降溫至90℃再緩慢加入二異氰酸酯單體和催化劑攪拌反應(yīng)至規(guī)定時間出料，制成預(yù)聚體組分A。將多元醇，擴鏈劑，紫外穩(wěn)定劑，抗氧劑按一定比例加入到三口燒瓶中，通入氮氣，加熱真空脫水后80℃攪拌2h，制成B 組分。膠粘劑的制備：組分A 和組分B 按照比例加入到容器中，使用三維高速混合機混合30s，常溫固化24h，80℃固化12h。

1.3 性能測試與表征

    黏度測試：采用美國博勒飛公司CAP2000+型椎板黏度計，25℃恒溫進行測試。透光率及霧度測試：采用美國PE 公司生產(chǎn)的Lambda850 型紫外光譜儀，使用積分球測量系統(tǒng)，掃描范圍380~780nm，狹縫寬度5.00nm。測試標準參照GB/T 2410-2008。力學(xué)性能測試：采用美國INSTRON公司生產(chǎn)的INSTRON-4467 型萬能材料試驗機測量，根據(jù)標準GB/T 528-2009，使用模具制得1 型啞鈴片樣條，采用拉伸模式測量樣品拉伸強度與斷裂伸長率。熱失重分析采用美國TA 公司的Q50 型熱重分析儀測量，在氮氣（N2）氛圍下進行測試，測試溫度范圍從室溫到600℃，升溫速率為10℃/min。表面耐磨性測試：采用吹砂試驗進行測量，實驗條件為40 目混合砂，風(fēng)速550m/s，含砂量5g/m3，樣品與出口的距離為15cm，噴砂角度為45°。圖1 為吹砂裝置示意圖。

2   結(jié)果與討論

2.1 高透明聚氨酯膠粘劑的合成

    傳統(tǒng)透明聚氨酯多采用芳香族多異氰酸酯，具有反應(yīng)活性高，價格低的優(yōu)點，但是芳香族多異氰酸酯毒性大，易被氧化且易黃變。脂肪族多異氰酸酯不含苯環(huán)，不易老化黃變，耐候性好。實驗選用脂肪族多異氰酸酯，二月桂酸二丁基錫為催化劑與聚四氫呋喃醚二醇、聚醚二元醇、聚己內(nèi)酯三元醇和小分子擴鏈劑反應(yīng)，合成高透明聚氨酯膠粘劑。配比如表2 所示。

2.2 高透明聚氨酯膠粘劑的性能

2.2.1 膠粘劑的性能

    聚氨酯膠粘劑的性能如表3 所示。52Y72 樹脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能和透光率，附著力較好。2.2.2 膠粘劑的試用期

    高透明聚氨酯膠粘劑的黏度- 時間曲線圖如圖2 所示。從圖中可以看出聚氨酯膠粘劑的初始黏度很低。起始反應(yīng)的黏度變化很慢，在2h后黏度開始明顯增加，確定膠粘劑的適用期為2h。

圖片

    表4 為適用期內(nèi)膠粘劑樹脂的性能。膠粘劑各組分在室溫條件下充分混合后，2h 內(nèi)測得的拉伸強度、斷裂伸長率和附著力相差不大。說明膠粘劑在適用期內(nèi)具有穩(wěn)定的力學(xué)性能和附著力。

2.2.3 膠粘劑的TG曲線

    52Y72 樹脂膠粘劑的熱失重曲線如圖3 所示。膠粘劑在250℃左右開始分解，270℃時失重3%，345℃時失重50%，408℃時失重90%，具有良好的耐熱性。

2.3 高透明聚氨酯膠粘劑的應(yīng)用

2.3.1 防護層制備

    按比例將膠粘劑原料加入到容器中，使用三維高速混合機混合30s，傾倒在11號航空玻璃表面，用涂膠輥將膠粘劑涂覆均勻，然后覆蓋自制聚氨酯薄膜再次滾壓均勻。常溫固化24h，80℃固化12h，測量各項性能，如表6 所示。

2.3.2.1 紫外老化

    將樣品放入紫外老化儀進行測試。主波段為310nm，環(huán)境溫度為65℃，對樣品進行單面輻照，照射時長為500h。表7 為樣品紫外老化前后的光學(xué)性能對比。

    從表7 中可以看出，相比于有機玻璃，使用膠粘劑粘貼薄膜的防護層樣品透光率降低了0.28%，霧度和黃變指數(shù)分別升高了0.11%和0.54%；經(jīng)紫外老化后，防護層樣品的透光率下降了1.25%，霧度和黃變指數(shù)分別升高了0.03%和1.95%。綜上，經(jīng)紫外老化后樣品仍具有優(yōu)異的光學(xué)性能。

2.3.2.2 耐磨性

    耐磨性采用吹砂試驗評價表面耐磨性，吹砂試驗前后的樣品放大圖片如下。    防護層吹砂試驗前后的效果如圖5所示，圖a是有機玻璃表面放大圖，有機玻璃的透光率為92.1%，表面有少量劃痕。這是因為有機玻璃表面硬度較小，僅相當(dāng)于鋁的硬度，耐磨性較差，表面容易被劃傷。圖b 是有機玻璃經(jīng)吹砂試驗后的表面放大圖，可以看到有機玻璃表面的磨損非常嚴重，表面凹凸不平，且透光率下降至32.4%。圖c 是防護層樣品的表面放大圖，透光率為91.82%，表面光滑，無劃痕。圖d是防護層樣品經(jīng)吹砂實驗后的表面放大圖，可以看出防護層吹砂后的表面較吹砂前粗糙，但明顯優(yōu)于有機玻璃，防護層吹砂后的透光率仍可達到79.2%。綜上，使用高透明聚氨酯膠粘劑粘貼透明聚氨酯薄膜可以有效降低風(fēng)砂對有機玻璃表面造成的磨損，耐風(fēng)砂防護效果非常好。

2.3.2.3 濕熱老化

圖片

    防護層濕熱老化后的性能如表8 所示。經(jīng)5 個周期的濕熱老化試驗后，外觀無變化，透光率和霧度沒有明顯變化，附著力沒有下降。表明膠粘劑具有較好的耐濕熱老化性能。

2.3.2.4 耐水性

    采用浸水試驗法，測試前用石蠟對樣品封邊。使用蒸餾水浸泡，浸泡時間為5d。實驗結(jié)束，將試樣從槽中取出，用濾紙吸干，以目視檢查樣品。樣品沒有出現(xiàn)失光、變色、起泡、起皺、脫落等現(xiàn)象，且樣品透光度和霧度沒有肉眼可見的變化，表明樣品具有良好耐水性。

2.3.2.5 高低溫實驗

   經(jīng)80℃高溫試驗100h后外觀光滑平整，且力學(xué)性能、光學(xué)性能和附著力均不受影響。經(jīng)-18℃低溫實驗100h 后外觀光滑平整，目視無透光率下降和霧度升高等問題。且力學(xué)性能和附著力均沒有下降。經(jīng)-55℃低溫試驗測得膠粘劑樹脂的外觀光滑平整，拉伸強度為7MPa，且透光率、霧度沒有明顯變化。

3 結(jié) 論

    （1）實驗以脂肪族多異氰酸酯和多元醇為原料合成了52Y72 高透明聚氨酯膠粘劑，具有優(yōu)異的光學(xué)性能和附著力。

    （2）經(jīng)吹砂試驗，使用高透明聚氨酯膠粘劑粘貼透明聚氨酯薄膜可以有效降低風(fēng)砂對有機玻璃表面造成的沖蝕磨損，經(jīng)吹砂試驗后的樣品透光率可達79.2%，具有優(yōu)異的耐風(fēng)砂防護效果。

    （3）膠粘劑具有良好的耐紫外老化性能和耐水性，較好的耐濕熱老化性。