关键词 聚氨酯密封胶室温固化物理性能工艺性能机械性能
1 前言
为使直九国产化工程顺利进行，中国航空工业第二集团公司550厂委托我所研制生产室温固化聚氨酯密封胶，以替代进口产品UR 3150。该厂曾用过其他国产材料，性能均达不到UR 3150水平。MF-1聚氨酯密封胶配方合理，工艺简单，在室温条件下固化4 d便可达到所需要的机械性能指标，可替代进口产品。
2 实验部分
2.1 原料
聚四甲撑醚二醇(PTMG)，相对分子质量1000，日本堡土谷公司；甲苯二异氰酸酯(TDI)，纯度＞99.5%，日本三井东亚公司；扩链剂，自配；蓖麻油(CTO)，一级品，国产。
2.2 合成方法
(1)A组分的合成
将一定量的PTMG、CTO在三口瓶中于110～120 ℃、余压666.6 Pa下真空脱水至水分质量分数小于0.05%，冷却至室温后加入到称量好的TDI中，于80℃反应2 h，分析NCO含量待用。
(2)B组分的配制
将低聚物多元醇和扩链剂按一定比例于室温下搅拌混合均匀待用。
(3)密封胶试片制备
将A、B组分按一定比例称好，在25 ℃下混合，充分搅拌1～2 min再真空脱泡3～5 min后倾入处理好的模具(25 ℃)中，凝胶后经硫化机冷压，试片脱模后入25℃烘箱中硫化，待测试。
2.3 性能测试
密度 按GB 533-91测试；
硬度 按GB 531-92测试；
拉伸强度、定伸强度、扯断伸长率及扯断永久变形 按GB 528-98测试；
冲击回弹 按GB 1681-88测试；
撕裂强度 按GB 529-96测试。〖LL〗
3 结果与讨论
表1 A组分官能度对粘度、工艺性能、机械性能的影响* A组分官能度A组分NCO质量分数/%粘度(25 ℃)/mPa·s25 ℃×4 d机械性能110 ℃×6 h机械性能A组分2组分混合后回弹/%邵A硬度伸长率/%拉伸强度/MPa300%定伸强度/MPa扯断永久变形/%撕裂强度/kN·m-1 回弹/%邵A硬度伸长率/%拉伸强度/MPa300%定伸强度/MPa扯断永久变形/%撕裂强度/kN·m-12.059.553 3003 950359259029.715.635114.4329240051.623.618121.72.109.454 5004 250319254027.316.235109.3309235047.826.018107.52.209.405 8005 350299246044.124.025108.8289435044.429.315113.02.309.556 2005 450289438040.728.12096.0279432042.040.215102.3
*用同一批B组分(25 ℃粘度为600 mPa·s)。
由表1可见，A组分官能度增加粘度增加，A、B组分混合后粘度呈增长趋势，胶液易产生气泡影响密封效果。从机械性能看，室温硫化4 d，不同官能度密封胶的机械性能均能达到技术指标。官能度为2.2和2.3时密封胶的拉伸强度、定伸强度明显高于官能度为2.1和2.05的，但热硫化后性能差别并不大。综合考虑，选择官能度为2.1较合适。
3.2 NCO 含量对工艺性能和机械性能的影响
鉴于该密封胶技术要求邵A硬度为90～95，选择NCO质量分数为8.97%、9.50％、10.09％进行试验，结果见表2。从机械性能看，NCO质量分数为10.09%时硬度偏高；从加工工艺看，NCO含量对凝胶速度有影响。根据性能要求，选择NCO质量分数为9.5%±0.1%。
表2不同NCO含量对工艺性能和机械性能的影响*
*A组分官能度为2.1，B组分配方不变。
3.3 A、B组分混合温度对性能的影响
考虑到南北方气温及冬夏气温的差异，本试验用同一批A、B组分做试验，考察了不同混合温度对性能的影响。试验结果表明，混合温度对凝胶时间及机械性能均有影响。温度过高则凝胶快，机械性能增长也快；温度过低(≤15 ℃)，物料粘稠操作不便，且凝胶太慢。适宜的混合温度为25～35 ℃。
3.4 A、B组分混合当量比对机械性能的影响
B组分中含活泼氢的-OH基、-NH2基可与A组分中的-NCO基团反应，2组分不同混合当量比对性能的影响见表3。由表3可见，混合当量比为0.8～1.0时，4 d后密封胶机械性能均能满足要求，即A、B组分质量比为100∶36.1～45.3均可。综合考虑，B/A组分当量比以0.92为宜。
表3A、B组分混合当量比对密封胶机械性能的影响*
n凝胶工艺顺利30 min凝胶A、B组分质量比100∶36.1100∶38.4100∶41.6100∶45.3
* A组分官能度2.1，NCO质量分数9.5%；各种性能值均为25 ℃×4 d后测得。
3.5 室温硫化时间对机械性能的影响（见表4）
从表4可见，该胶室温硫化4 d的机械性能就达到并超过了技术性能指标，12 d就基本达到了该密封胶的最终机械性能值。
表4室温(25 ℃)硫化时间对机械性能的影响*
* A组分官能度2.1，NCO质量分数为9.47%；B/A组分混合当量比为0.92。
3.6 与进口产品性能对比
经以上条件考察,确定了MF-1室温固化双组分聚氨酯密封胶基本配方：A组分官能度为2.1,NCO质量分数为9.5%±0.1%，B组分与A组分混合当量比为0.92。MF-1胶与进口样品性能对比见表5。从物理性能看，MF-1胶操作性优于进口样品，因为2组分质量比越接近，越容易混合均匀；从粘度数据看，MF-1胶A组分小于进口样品，B组分大于进口样品，但是2组分混合后的粘度小于进口样品，这样不仅容易混合，而且流动性好；从工艺性能看，MF-1胶凝胶时间较进口样品稍长，给操作带来很大的便利；从机械性能看，MF-1胶室温硫化4 d就可达到技术性能指标，进口样品则需要5 d。
表5与进口同类产品性能对比
*125 g混合物的性能。
4 结论
(1)采用提高A组分官能度、配制特殊扩链剂的方法制备的MF-1胶，在无催化剂的条件下便可室温硫化，4 d便达到所需要的机械性能指标，12 d就可达到最终性能指标。
(2)MF-1胶的各种性能均优于进口样品，且质量稳定。
(3)MF-1胶配方合理，工艺简单，A、B组分室温下均为液体，不结晶、不分层，使用方便。对A组分官能度、NCO含量及A、B组分混合比例、混合温度要求都不苛刻，配方的宽容度较大。
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