馬翊翔

(中車永濟電機有限公司,山西 永濟 044502)

密封膠是一種用于填充接縫空隙的膏狀材料或高粘性流體物料[1],將聚氨酯材料用于密封膠的制備,研制出一種新型的高彈性密封劑,具有較強的防水、密封與粘接優(yōu)勢[2]。聚氨酯密封膠強度是作為聚氨酯密封膠主要性能參數(shù)之一,直接影響聚氨酯密封膠的使用性能[3]。聚氨酯密封膠強度性能受不同制備材料的影響,且不同材料對于聚氨酯密封膠強度的影響是同時存在且彼此關(guān)聯(lián)的[4]。基于此,為綜合考慮不同材料(影響因素)對于聚氨酯密封膠強度的共同作用,提出基于綜合評價法的聚氨酯密封膠強度分析方法,定量分析影響聚氨酯密封膠強度性能影響因素的定性描述,通過全面分析各影響因素,獲取更加可靠的聚氨酯密封膠強度分析結(jié)果。

1 聚氨酯密封膠制備

1.1 聚氨酯密封膠制備所用材料

主要材料:N220、330N聚醚多元醇(工業(yè)級),上海閔科新材料有限公司;DOP鄰苯二甲酸二辛脂(工業(yè)級),安徽合肥安邦化工有限公司;MDI二苯甲烷二異氰酸酯(工業(yè)級),廣州增茂化工科技有限公司;DBTDL二月桂酸二丁基錫(分析純),深圳拓建生物科技有限公司;PZ005惡唑烷類潛固化劑,河北普智偉業(yè)防水材料有限公司;ALT102二亞胺類潛固化劑,江陰萬千化學(xué)品有限公司;600目滑石粉,廣州市恒晟材料有限公司;800目輕質(zhì)碳酸鈣,廣州市恒晟材料有限公司;分散劑,青島集思高分子材料有限公司;消泡劑,廣東中聯(lián)邦精細化工有限公司;甲苯(分析純),國藥集團化學(xué)試劑有限公司;二正丁胺(分析純),國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 聚氨酯密封膠制備所用儀器

主要儀器為:50-5000三口燒瓶,鹽城協(xié)盈機械制造有限公司;蛇形-200mm冷凝管,成都典銳實驗儀器有限公司;PTHW-2000ML恒溫電熱套,上海予華儀器設(shè)備有限公司;RSP280抽真空設(shè)備,豪可德真空科技(上海)有限公司;CSXJ行星攪拌混合器,馳勒(上海)機械科技有限公司;DC-01控溫儀,上海方銳儀器有限公司;HWLY-2.2KW三軸研磨機,上海赫維機電設(shè)備有限公司;DWD-300M電子拉力數(shù)顯機,濟南中路昌試驗機制造有限公司;NDJ-8S旋轉(zhuǎn)黏度計,上海平軒科學(xué)儀器有限公司;TY9000紅外光譜儀,青島精誠儀器儀表有限公司。

1.3 聚氨酯密封膠制備過程

1.3.1密封膠預(yù)聚物制備

在三口燒瓶內(nèi)依照固定比例分別添加聚醚多元醇N220、聚醚多元醇330N和鄰苯二甲酸二辛脂,將抽真空設(shè)備溫度設(shè)定為115 ℃[5],將裝有混合試劑的三口燒瓶置入抽真空設(shè)備內(nèi)進行真空脫水操作,時間設(shè)定為105 min。取出三口燒瓶在其溫度降至60 ℃以下后,在其中添加計量的二苯甲烷二異氰酸酯,維持60 ℃不變,反應(yīng)時間設(shè)定為30 min。30 min后將其加熱到85 ℃,直到異氰酸酯的含量達到理論值[6],獲取密封膠預(yù)聚物。利用紅外光譜儀與甲苯-二正丁胺法檢測密封膠預(yù)聚物內(nèi)異氰酸酯基含量波動[7]。

1.3.2密封膠制備

按照一定的比例,將所制得的密封膠預(yù)聚體與滑石粉、輕質(zhì)碳酸鈣混合在一起,用行星式攪拌機進行攪拌。設(shè)定攪拌溫度為60 ℃,攪拌至試劑完全融合[8]。將分散劑、消泡劑及各種種類的潛固化劑加入到反應(yīng)液中,經(jīng)攪拌器攪拌60 min后出料,由此獲取聚氨酯密封膠樣本。添加不同類型潛固化劑樣本分別命名為樣本A(添加2種固化劑)、樣本B(添加惡唑烷類潛固化劑)和樣本C(添加二亞胺類潛固化劑)。

2 基于綜合評價法的強度分析方法設(shè)計

2.1 構(gòu)建模糊因素集合

構(gòu)建模糊數(shù)學(xué)綜合評價因素集合,選取具有代表性的、影響聚氨酯密封膠強度的因素(即聚氨酯密封膠制備的主要材料與環(huán)境)作為評價因子[9]。利用P={p1,p2,…,pi}表示聚氨酯密封膠強度模糊綜合評價因素集合,其中pi表示第i個聚氨酯密封膠強度評價因子。

2.2 確定評價標(biāo)準

用B表示聚氨酯密封膠強度指標(biāo)分級的集合,公式描述為B={b1,b2,…,bj},其中bj表示評價的第j級評價等級標(biāo)準,依據(jù)聚氨酯密封膠強度標(biāo)準分級[10],取j值為5。

2.3 構(gòu)建評價矩陣

參考聚氨酯密封膠使用的強度劃分規(guī)范,并且通過“三角模糊數(shù)”、“降半梯形模糊數(shù)”、“升半梯形模糊數(shù)”,構(gòu)建聚氨酯密封膠指標(biāo)因子的隸屬度函數(shù)[11]。相關(guān)規(guī)范內(nèi),第4級強度標(biāo)準值Zi4與第5級強度標(biāo)準值Zi5為臨界值。但該臨界值在本質(zhì)上為區(qū)分值,缺少第4級強度至與第5級強度間的過渡,導(dǎo)致隸屬度函數(shù)具有“間斷”或“重復(fù)”問題[12]。部分實際為第4級強度的聚氨酯密封膠強度評價結(jié)果為第5級強度,導(dǎo)致針對具有第5級強度標(biāo)準的聚氨酯密封膠評價無法構(gòu)建出第5級強度的隸屬度函數(shù)(包含Zi5-Zi4=0),分析結(jié)果易出現(xiàn)偏差的問題。設(shè)置Zi3為第3級強度標(biāo)準值,基于三角模糊數(shù)對第4級強度隸屬度函數(shù)進行優(yōu)化,設(shè)定約束條件:Zi5-Zi4=Zi4-Zi3,由此構(gòu)建第4級強度與第5級強度聚氨酯密封膠的隸屬度函數(shù)。

優(yōu)化后的聚氨酯密封膠強度評價隸屬度函數(shù)可保障聚氨酯密封膠強度評價過程中第1級強度至第5級強度指標(biāo)隸屬度關(guān)系存在連續(xù)性,更滿足聚氨酯密封膠使用強度規(guī)范。

在pi隸屬于第1級強度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(1)

式中:ri1表示第1級強度隸屬度函數(shù);xi表示所制備聚氨酯密封膠強度系數(shù);Zi1表示第一級強度標(biāo)準值;Zi2表示第2級強度標(biāo)準值。

在pi隸屬于第2級強度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(2)

式中:ri2表示第2級強度隸屬度函數(shù)。

在pi隸屬于第3級強度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(3)

式中:ri3表示第3級強度隸屬度函數(shù)。

在pi隸屬于第4級強度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(4)

式中:ri4表示第4級強度隸屬度函數(shù)。

在pi隸屬于第5級強度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(5)

式中:ri5表示第5級強度隸屬度函數(shù)。

依照模糊數(shù)據(jù)確定聚氨酯密封膠強度評價因子Pi對B的隸屬度,該隸屬度可用Ri=表示,用R={Ri1,Ri2,…,Rij}表示由P至B的模糊關(guān)系,通過矩陣形式描述Ri,得到:

(6)

式中:rij表示第j級強度隸屬度函數(shù)。

2.4 構(gòu)建權(quán)重矩陣

由于在聚氨酯密封膠強度分析過程中,因子集P內(nèi)不同評價因子pi的作用、貢獻以及影響等重要性水平有所差異,因此有必要對參與評價指標(biāo)因子實施賦權(quán)。本文采用客觀賦權(quán)法中的強度貢獻率法對聚氨酯密封膠強度影響的水平進賦權(quán)行[13],該賦權(quán)方法是一種動態(tài)/變權(quán)賦權(quán)法,不僅能夠突出主要強度指標(biāo)的影響,同時也兼顧單一強度指標(biāo)對聚氨酯密封膠的整體影響,式(7)～式(9)為權(quán)重計算公式:

(7)

(8)

(9)

2.5 模糊數(shù)學(xué)綜合評價

在確定P、B和R后,利用權(quán)重矩陣W構(gòu)建運算規(guī)則,即可構(gòu)建聚氨酯密封膠評價對象同各評價等級模糊綜合關(guān)系的隸屬度矩陣G:

G=WR|k|=(a1,a2,…,aj)

(10)

式中:k表示模糊運算參量;a表示聚氨酯密封膠強度影響因子隸屬于不同評價等級的程度值。

3 應(yīng)用與結(jié)果分析

3.1 構(gòu)建模糊因素集合

選取聚醚多元醇N220比重、聚醚多元醇330N比重、鄰苯二甲酸二辛脂比重、二苯甲烷二異氰酸酯比重、固化劑比重與溫度等聚氨酯密封膠制備材料與環(huán)境作為影響聚氨酯密封膠強度的主要影響因素,構(gòu)建模糊因素集合。

3.2 確定評價標(biāo)準

將聚氨酯密封膠強度劃分為5個等級,具體如表1所示。

表1 聚氨酯密封膠強度劃分結(jié)果

3.3 計算權(quán)重

計算各聚氨酯密封膠強度影響因素的權(quán)重值,所得結(jié)果如表2所示。

表2 各樣本內(nèi)不同影響因素權(quán)重值計算結(jié)果

由表2可知,本文所制備的3個聚氨酯密封膠樣本中,固化劑類型是影響聚氨酯密封膠強度的主要因素;二苯甲烷二異氰酸酯比重在各響應(yīng)因素內(nèi)所占權(quán)重最低。不同樣本的聚醚多元醇N220比重和聚醚多元醇330N比重所占權(quán)重均為一致,剩余各影響因素的權(quán)重差異較為顯著。

3.4 樣本強度分析結(jié)果

不同樣本強度性能分析結(jié)果如表3所示。

表3 不同樣本強度性能分析結(jié)果

由表3可知,聚氨酯密封膠強度分析結(jié)果最高的為A樣本,即添加兩種不同固化劑所制備的樣本,其強度綜合指數(shù)與強度等級分別為72.26和第2等級。與分別添加一種固化劑的2個聚氨酯密封膠樣本(B樣本和C樣本)相比,添加2種固化劑的聚氨酯密封膠樣本強度更高。

3.5 強度分析結(jié)果對比

根據(jù)電子拉力數(shù)顯機獲取的聚氨酯密封膠強度結(jié)果計算各樣本強度,對比本文方法所獲得的聚氨酯密封膠強度分析結(jié)果與利用電子拉力數(shù)顯機獲取的聚氨酯密封膠強度結(jié)果,所得結(jié)果如圖1所示。

圖1 強度分析結(jié)果對比

由圖1可知,本文方法對各聚氨酯密封膠強度的分析結(jié)果與電子拉力數(shù)顯機獲取的聚氨酯密封膠強度結(jié)果完全一致,說明本文方法具有可靠性。

4 結(jié)語

模糊數(shù)學(xué)綜合評價法對解決目標(biāo)分類、分類劃分標(biāo)準等模糊性概念的不確定問題具有較高的應(yīng)用性。考慮聚氨酯密封膠強度受不同制備材料的共同影響,且不同材料對聚氨酯密封膠強度的影響是同時存在且彼此關(guān)聯(lián)的?；诖吮疚难芯磕：龜?shù)學(xué)綜合評價法在聚氨酯密封膠強度分析中的應(yīng)用。制備三種不同聚氨酯密封膠樣本,通過分析發(fā)現(xiàn)影響聚氨酯密封膠強度的主要因素為固化劑類型,且本文方法分析結(jié)果與采用電子拉力數(shù)顯機獲取的結(jié)果完全一致。根據(jù)分析結(jié)果有針對性地完善聚氨酯密封膠制備過程中不同材料的使用量與使用環(huán)境,從整體上提升聚氨酯密封膠的強度性能。