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期刊专利论文

聚氨酯接缝材料力学特性与抗老化性能研究

来源:林中祥胶粘剂技术信息网2022年03月08日

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聚氨酯接缝材料力学特性与抗老化性能研究

陈红兵

(和田鼎晟工程试验检测有限公司
新疆和田848000)

来源:水利科技与经济  2021年8月 第27卷 第8期

摘要

由于聚氨酯接缝材料的良好密接效果,在工程建设中取得广泛应用。从聚氨酯接缝材料力学特性与抗老化性能等方面开展研究,室内力学试验结果表明:①随着粉煤灰掺量的增加,聚氨酯接缝材料的断裂伸长率逐渐减小。硬度与拉伸强度逐渐增大,粉煤灰掺量与硬度、断裂伸长率以及拉伸强度演化关系可以采用指数函数关系来描述;②根据数据分析软件建立粉煤灰掺量与力学参数的定量关系,材料硬度与断裂伸长率、拉伸强度的变化关系符合指数函数变化特征;③随着温度的升高,拉伸强度与断裂伸长率呈现相反的变化趋势,拉伸强度随温度升高近似呈现指数函数关系降低降幅可达26.70%,断裂伸长率随着温度升高逐渐提高,增幅可达89.10%。

关键词

聚氨酯接缝材料
粉煤灰掺量;力学特性;温度老化性能

引言

基于聚氨酯接缝材料的广泛应用,从聚氨酯接缝材料力学特性与抗老化性能开展室内试验研究,主要研究不同粉煤灰掺量条件下聚氨酯接缝材料的拉伸强度、断裂伸长率以及拉伸黏结强度等参数。同时,研究不同温度影响下聚氨酯接缝材料的抗老化性能。

1 实验

1试验设计
    聚氨酯接缝材料为双组分形式,包括甲组分与乙组分。其中,甲组分主要成分为聚醚多元醇(聚醚二元醇、聚醚三元醇等),在超声波作用下,在反应容器中历经7.5h反应。乙组分主要为异氰酸酯、粉煤灰、固化剂等,试验中考虑粉煤灰对聚氨酯接缝材料的影响,因此乙组分材料主要区别在于粉煤灰掺量的不同,其他材料保持一致。甲组分与乙组分的比例为1∶1。

    乙组分掺加的粉煤灰选择当地电厂生产的Ⅱ级粉煤灰,颜色为灰褐色,状态为粉末状,粉煤灰的主要成分包括SiO2、Fe2O3、CaO、Al2O3等。根据室内试验测定试验中所用的粉煤灰密度为2.10g/cm3,其他性能参数包括烧失量为6.80%,细度为12.50%,需水量比为95.50%。
    根据材料的配比不同,主要考虑粉煤灰掺量为10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%时,聚氨酯接缝材料的硬度、拉伸强度以及断裂伸长率。同时,分析不同温度条件抗老化性能。对于聚氨酯接缝材料力学性能的影响,主要是通过试验仪器得到粉煤灰掺量为10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%的硬度、断裂伸长率以及拉伸强度。针对不同温度影响下聚氨酯接缝材料抗老化性能,研究温度为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃和90℃条件下的断裂伸长率以及拉伸黏结强度的变化规律。

 

2   结果与讨论

2试验结果
2.1聚氨酯接缝材料力学特性

    粉煤灰含量对于聚氨酯接缝材料力学特性产生一定影响,因此主要考虑粉煤灰掺量为10%、20%、30%、40%、50%、60%和70%时,分析聚氨酯接缝材料的硬度、断裂伸长率以及拉伸强度的变化规律。见图1。

 

聚氨酯接缝材料力学特性与抗老化性能研究

 

    粉煤灰的掺量能够明显影响聚氨酯接缝材料的力学性质,随着粉煤灰掺量的增加,聚氨酯材料的硬度显著增强,同时材料拉伸强度增大。随着粉煤灰掺量的增加,聚氨酯接缝材料的断裂拉伸率逐渐减小。利用数学分析软件可以得到粉煤灰掺量与硬度、拉伸强度及断裂拉伸率的定量关系,演化关系可以采用指数函数关系来描述。

    不同粉煤灰掺量条件下,材料硬度与断裂拉伸率、拉伸强度的变化关系,见图2。由图2可知,变化规律符合指数函数变化特征,拟合效果较好。
 

聚氨酯接缝材料力学特性与抗老化性能研究

 

2.2聚氨酯接缝材料抗老化性能
    由于工程所处的环境比较复杂,对于聚氨酯接缝材料的抗老化性能提出更高的要求。环境温度的变化引起聚氨酯接缝材料老化,通过分析温度为30℃、20℃、10℃、0℃、-20℃、-40℃和-60℃条件下断裂伸长率以及拉伸强度的变化规律,得到不同温度条件下聚氨酯接缝材料抗老化性能。见图3。
 

聚氨酯接缝材料力学特性与抗老化性能研究

 

    根据图3可以得到,随着温度的升高,拉伸强度与断裂伸长率呈现相反的变化趋势。拉伸强度随温度升高近似呈现指数函数关系降低,降低幅度较小,从-60℃降低至30℃时,降幅约占26.70%。断裂伸长率随着温度升高逐渐提高,增加幅度明显高于拉伸强度,从-60℃降低至30℃时,断裂伸长率增幅约为89.10%。随着聚氨酯接缝材料所处温度的降低,聚氨酯接缝材料内部存在的孔隙等缺陷逐渐收缩,温度降低的程度越大,材料结构内部已经基本趋于稳定。当继续降低温度时,对于材料结构的影响较为微弱,聚氨酯接缝材料硬度及拉伸强度等参数几乎维持不变。

 
3 结 论

    针对聚氨酯接缝材料的力学特性及抗老化性能,主要考虑不同粉煤灰掺量以及不同温度作用下聚氨酯材料的力学特性,根据力学试验结果,可以得到如下结论:
    1)不同粉煤灰掺量聚氨酯材料硬度、断裂伸长率以及拉伸强度的变化规律,随着粉煤灰掺量的增加,聚氨酯接缝材料的断裂伸长率逐渐减小。硬度与拉伸强度逐渐增大,粉煤灰掺量与硬度、断裂伸长率以及拉伸强度演化关系可以采用指数函数关系来描述。不同粉煤灰掺量条件下材料硬度与断裂伸长率、拉伸强度的变化关系符合指数函数变化特征。
    2)不同温度作用下聚氨酯材料抗老化性能,随着温度的升高,拉伸强度与断裂伸长率呈现相反的变化趋势,拉伸强度随温度升高近似呈现指数函数关系降低,断裂伸长率随着温度升高逐渐提高。

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