劉海容

(山西省化工研究所有限公司，山西 太原 030021)

高性能聚氨酯膠輥的試制

劉海容

(山西省化工研究所有限公司，山西 太原 030021)

以CMA－1024/CMA－785混合低聚物多元醇和2，4－TDI反應(yīng)合成(—NCO%)為4.8±0.15的聚氨酯預(yù)聚體，經(jīng)MOCA擴(kuò)鏈制得的聚氨酯彈性體為膠輥覆面層，Cilbond48C為過渡層黏合劑加工的聚氨酯膠輥性能良好。研究了低聚物多元醇結(jié)構(gòu)對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響以及黏合劑品種對(duì)聚氨酯彈性體和金屬粘接力的影響。

聚氨酯膠輥;黏合劑;低聚物聚酯多元醇

引言

聚氨酯彈性體和通用橡膠相比，具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐油耐磨性好、抗壓縮性突出、硬度范圍廣、低溫性能好、機(jī)械加工性能優(yōu)越、表面光潔度高以及與金屬的粘接強(qiáng)度高等特點(diǎn)，是合適的膠輥材料［1］。聚氨酯膠輥種類繁多，按應(yīng)用領(lǐng)域分為冶金膠輥、造紙膠輥、紡織印染膠輥、印刷膠輥、糧食加工膠輥等;按硬度分為軟質(zhì)膠輥(小于55)和硬質(zhì)膠輥(大于55)。

隨著鋼板冷軋效率和對(duì)鋼板表面質(zhì)量要求的提高，對(duì)冶金聚氨酯膠輥的要求也隨之提高，要求彈性好、壓變小、動(dòng)態(tài)生熱低、力學(xué)強(qiáng)度高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

聚ε己內(nèi)酯(Placcel 210N)，日本化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社大賽璐有機(jī)合成公司;聚己二酸乙二醇丙二醇酯二醇(ODX－150、ODX－218、CMA－1024、CMA－785)，煙臺(tái)華大化學(xué)工業(yè)有限公司;甲苯二異氰酸酯(2，4－TDI)，山東一諾威聚氨酯有限公司;3，3’－二氯－4，4’－二氨基二苯基甲烷(MOCA)，蘇州湘園特種精細(xì)化工有限公司，黏合劑(CiLBOND48C)，上海樂瑞固化工有限公司，黏合劑(THIXON422)，廣州市法雷爾貿(mào)易有限公司，黏合劑(Chemlok218):上海洛德化學(xué)有限公司，黏合劑(NA－1)，山西省化工研究所。

1.2 分析和性能測試

聚氨酯預(yù)聚體中異氰酸酯基含量的測定按HG/T－2409－1992規(guī)定進(jìn)行;力學(xué)性能采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試;邵爾硬度按硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法(GB/T 531.1－2008)規(guī)定進(jìn)行;拉斷伸長率和拉伸強(qiáng)度的測定按硫化橡膠或熱塑性彈性體拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定(GB/T 528－2009)進(jìn)行;撕裂強(qiáng)度按硫化橡膠或熱塑性彈性體撕裂強(qiáng)度的測定(GB/T 529－2008)進(jìn)行，采用直角形無割口試樣;硫化橡膠與金屬粘接180°剝離試驗(yàn)按GB/T 15254－1994進(jìn)行。

1.3 制備過程

1.3.1 聚氨酯預(yù)聚體的合成

1)低聚物多元醇的脫水

將在鼓風(fēng)加熱烘箱中熔化的低聚物多元醇按配方要求準(zhǔn)確稱量后加入到配置有攪拌器、溫度計(jì)、氮?dú)庀到y(tǒng)、真空系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)的脫水反應(yīng)釜中，在攪拌下逐步升溫至100℃ ～120℃，于真空度－0.080 MPa～－0.095 MPa下脫水2 h～3 h，脫水至低聚物多元醇水分，含量小于0.05%后冷卻到35℃ ～60℃充氮備用。

2)聚氨酯預(yù)聚體的合成

將預(yù)熱至25℃ ～35℃的2，4－TDI按配方量準(zhǔn)確稱量后加入到配置有攪拌器、溫度計(jì)、真空系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)的合成反應(yīng)釜中，開啟攪拌，緩慢將脫水釜中的低聚物多元醇加入到合成釜中。在低聚物加入過程中通過加料速度和冷卻水控制反應(yīng)物料的溫度不超過75℃以下。加料完畢后再逐步升溫至85℃ ～90℃反應(yīng)2 h～4 h(根據(jù)投料量及反應(yīng)物活性而定)。然后，真空脫泡1 h～2 h，取樣分析聚氨酯預(yù)聚體的—NCO%含量，與設(shè)計(jì)值接近時(shí)停真空、攪拌、充氮。將物料灌裝于干燥的包裝桶中充氮后待用或者直接加入到聚氨酯彈性體澆注機(jī)的預(yù)聚體釜中待用。

1.3.2 聚氨酯彈性體試樣的制備

稱取預(yù)聚體100 g加熱至75℃ ～85℃，加入計(jì)量的熔融擴(kuò)鏈劑MOCA(擴(kuò)鏈系數(shù)為0.95)，攪拌1 min左右，真空脫泡后傾入預(yù)熱至100℃ ～110℃的模具中，于110℃加壓成型后脫模。再經(jīng)100℃～110℃后硫化16 h，按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行溫度、時(shí)間調(diào)節(jié)后進(jìn)行性能測試。

1.3.3 粘接試樣的制備

根據(jù)黏合劑的使用說明，對(duì)被黏物進(jìn)行噴砂、清洗、涂黏合劑、晾干、預(yù)熱后置于模具中。將1.3.2中制備的膠料注入模具，待膠料達(dá)到凝膠時(shí)間后合模，于110℃加壓成型后脫模。再經(jīng)100℃ ～110℃后硫化16 h，按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行溫度、時(shí)間調(diào)節(jié)后進(jìn)行剝離性能測試。

1.3.4 模具的選擇

加工制造聚氨酯膠輥的模具，分立式和臥式2種，立式和臥式中又有整體和分體(哈夫)之分。至于選用哪種模具合適，應(yīng)根據(jù)模具造價(jià)高低、膠輥批量大小、膠輥直徑和長度等因素綜合考慮。本文選用現(xiàn)成的立式整體模具。

1.3.5 輥芯的處理及掛膠

1)輥芯處理

將輥芯噴砂處理后達(dá)到 SIS55900標(biāo)準(zhǔn)的Sa2.5～Sa3.0，再經(jīng)溶劑脫脂清洗、涂刷黏合劑并晾干。模具清理干凈后將脫模劑涂均勻。將處理好的模具和輥芯裝配后入110℃ ～120℃烘箱預(yù)熱，注意在裝配過程中防止輥芯表面接觸模具內(nèi)壁，影響?zhàn)ず闲阅堋?/p>

2)膠輥加工

將合成好的聚氨酯預(yù)聚體和熔化的MOCA分別加入到澆注機(jī)的A、B儲(chǔ)罐中，調(diào)整澆注機(jī)A、B系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，使預(yù)聚體和MOCA配比滿足配方的要求。根據(jù)工藝要求將澆注機(jī)調(diào)整到最佳的工作狀態(tài)。然后，將澆注機(jī)混合好的無泡的膠料灌注到預(yù)熱好的模具中，避免在澆注過程中沖濺起氣泡。澆注完畢后在110℃ ～120℃加熱烘箱中或在加熱的地坑中進(jìn)行硫化2 h～3 h，冷卻脫模，再在110℃ ～120℃下繼續(xù)硫化16 h以上，降溫到室溫后熟化一周。根據(jù)圖紙要求進(jìn)行車磨制得成品。車磨后發(fā)現(xiàn)的小缺陷如不影響使用，可以進(jìn)行修補(bǔ)，無需返工。

2 結(jié)果與討論

2.1 低聚物多元醇對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響

不同的行業(yè)、不同的工況環(huán)境對(duì)聚氨酯膠輥有不同的要求。本研究是為不銹鋼冷軋?jiān)囍频木郯滨ツz輥。該類膠輥的基本要求是硬度(邵氏 A)在85～95，耐熱性和耐磨性好。本研究選用聚ε己內(nèi)酯和聚己二酸乙二醇丙二醇酯二醇合成聚氨酯膠料。低聚物多元醇對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響見表1。

表1 低聚物多元醇對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響

從表1數(shù)據(jù)可以看出，從配方1#～5#，拉伸強(qiáng)度依次遞減，而拉斷伸長率依次遞增;配方1#～4#，撕裂強(qiáng)度基本接近，5#配方硬度低，因此在5個(gè)配方中伸長率最高，撕裂強(qiáng)度也最低。聚氨酯膠輥的標(biāo)準(zhǔn)(HG/T2697－2001)中規(guī)定了膠料的性能，對(duì)于邵氏A為90±5的聚氨酯彈性體的拉伸強(qiáng)度應(yīng)≥40 MPa，拉斷伸長率≥320%，撕裂強(qiáng)度≥70 kN/m。從表1數(shù)據(jù)看，各項(xiàng)指標(biāo)可滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。從材料價(jià)格、澆注工藝、力學(xué)性能等方面綜合考慮，我們選擇了配方2#作為試制膠輥的配方。

2.2 黏合劑品種的選擇［1］

聚氨酯膠輥的標(biāo)準(zhǔn)中未給出聚氨酯彈性體與金屬的黏合強(qiáng)度，只提供了用錘子敲檢驗(yàn)是否粘接牢靠的方法。輥芯和聚氨酯彈性體是否粘接牢靠是聚氨酯膠輥極其重要的技術(shù)指標(biāo)，決定著聚氨酯膠輥是否能夠滿足工藝要求。因此，選用合適的黏合劑品種，嚴(yán)格按粘接工藝進(jìn)行膠輥加工是保證膠輥質(zhì)量可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。表2列出了不同黏合劑的粘接強(qiáng)度。

表2 不同黏合劑的粘接強(qiáng)度

從表2可以看出，Chemlok－218、Thxion－422、Cilbond48C和NA－1作為金屬和聚氨酯彈性體的熱硫化黏合劑，其黏合強(qiáng)度差別不大，但是又各有特點(diǎn)。從成本、對(duì)硫化條件的寬容性等方面考慮，本文選擇Cilbond48C。

3 膠輥試制

采用上述優(yōu)選的原料配方和工藝條件，試制了直徑300 mm、長度2 200 mm和直徑250 mm、長度2 200 mm及直徑600 mm、長度2 200 mm的聚氨酯膠輥，安裝在太鋼不銹鋼股份有限公司的冷軋線上。經(jīng)近半年的運(yùn)行考核，運(yùn)行正常，現(xiàn)場反映良好。

4 結(jié)論

以CMA－1024/CMA－785混合低聚物多元醇和2，4－TDI反應(yīng)合成(—NCO%)為4.8±0.15的聚氨酯預(yù)聚體，經(jīng)MOCA擴(kuò)鏈制得的聚氨酯彈性體為膠輥覆面層，Cilbond48C為過渡層黏合劑加工的聚氨酯膠輥性能良好，可滿足冷軋鋼廠的使用要求。

［1］ 劉厚鈞.聚氨酯彈性體手冊(cè)［M］.第2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012:256.

Manufacture of polyurethane rollers with high performance

LIU Hairong

(Shanxi Chemical Research Institute Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030021，China)

The polyurethane elastomers were systhesized from MOCA and 4.8±0.15 prepolymer based on CMA－1024/CMA－785 mixed polyols and 2，4－TDI.Cilbond48C was adhesive layer.The performance of polyurethane rollers made from above materials were better.This paper studies the effects of polyol ester structure on the mechanical properties of polyurethane elastomer and effects of dhesive varieties on polyurethane elastomers and metal bonding.

polyurethane rollers;adhesives;polyester polyols

TQ334.1

A

1004－7050(2016)06－0033－03

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.10

2016－09－21

劉海容，女，1973年出生，2010年畢業(yè)于北京化工大學(xué)，主要從事聚氨酯制品生產(chǎn)工作。