關(guān)鍵詞：聚天門冬；氨酸酯膩子；自動化噴涂；異氰酸酯；抗沖擊性能

中圖分類號：TQ638；TU56+1.4 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0042-04

聚天門冬氨酸酯被廣泛用于制備緩釋藥物、藥物輸送系統(tǒng)和生物材料，由于其生物降解性，可以將該材料用于制備可降解的縫合線[1]。有較多學(xué)者對這一材料進行研究，如研究汽車底盤防護用聚天冬氨酸酯聚脲的綜合性能，該方法制備的材料具有較強的耐腐蝕性與抗石擊性能[2]；研究聚天冬氨酸酯聚脲面漆的研制，該方法制備了應(yīng)用于跨海大橋橋面的面漆材料[3]。自動化噴涂機器人是一種應(yīng)用于多種領(lǐng)域的自動化設(shè)備，其結(jié)合了機器人技術(shù)和噴涂技術(shù)，能夠以高效、精確和穩(wěn)定的方式完成噴涂任務(wù)[4]。本文研究自動噴涂機器人用的聚天門冬氨酸酯膩子，對膩子材料進行制作與性能分析，從而獲取最佳噴涂用膩子材料。目前應(yīng)用于軌道交通設(shè)施的自動噴涂機器人主要通過PLC電氣控制系統(tǒng)、機械手臂噴涂系統(tǒng)等內(nèi)容組成，通過機械手臂，實現(xiàn)軌交設(shè)施表面的自動噴涂[5-6]。本文研制用于自動化噴涂機器人的聚天門冬氨酸酯膩子，以此幫助自動化噴涂機器人順利開展噴涂工作。

1聚天門冬氨酸酯膩子改性研制

1.1材料與方法

1.1.1試驗材料與儀器

制備用于噴涂的聚天門冬氨酸酯膩子材料試樣：F524聚天門冬氨酸酯，順締新材料（上海）有限公司；D2925聚天門冬氨酸酯，順締新材料（上海）有限公司；二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯（HMDI），湖北科沃德化工有限公司；六亞甲基二異氰酸酯三聚體（HDI）3300，湖北科沃德化工有限公司；二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），湖北科沃德化工有限公司；甲苯二異氰酸酯（TDI），滄州大化；聚丙二醇1000（PPG1000），宜興市嘉騰化工有限公司；A-C629A助劑（PE蠟粉），東莞市鼎信塑膠原料有限公司；粉料，南京聚焦涂裝科技有限公司；顏料，雞澤縣通彩貿(mào)易有限公司。

1.1.2材料制備

（1）A組分：準備3個四口燒瓶，分別向其中定量加入TDI，之后依次將PPG1000緩慢滴入每一燒瓶中，保持溫度在60～70℃，當反應(yīng)至—NCO含量達到6.2%時即可降溫，之后在每一燒瓶中分別加入HMDI、HDI、MDI，并進行充分混合，由此，完成A組分制備，其中制成的3種樣品中，—NCO含量為9%～11%。

（2）B組分：將表1中材料放入分散機中，經(jīng)分散后制成B組分。

（3）膩子制備：按照GB/T9271—2008《色漆和清漆標準試板》標準制備噴涂機器人用膩子，將每一A組分分別與B組分按照—NCO當量與—NH當量混合均勻，并采用自動噴涂機器人在鋼板上進行噴涂，噴涂時的涂膜厚度為0.5～0.6mm，噴涂完成后，放置7d進行養(yǎng)護。經(jīng)養(yǎng)護后，制成分別摻入HMDI、HDI以及MDI異氰酸酯的N1組、N2組、N3組膩子試樣，分別測試噴涂前與噴涂后的材料性能。

1.2材料測試

1.2.1基本性能測試

按GB/T23446—2009《噴涂聚脲防水涂料》指標檢測試樣的基本應(yīng)用性能，其中包括表干時間、斷裂伸長率等指標，以確定試樣的基礎(chǔ)應(yīng)用效果。

1.2.2黏度測試

膩子的黏度會在較大程度上影響后續(xù)噴涂的品質(zhì)，若黏度過高[7]，在噴涂時會出現(xiàn)針孔問題，若黏度過低，則會出現(xiàn)掛流現(xiàn)象[8]，為此，黏度是衡量膩子性能的關(guān)鍵指標之一。

采用旋轉(zhuǎn)流變儀，對未進行噴涂的聚合物膩子試樣進行剪切黏度測試，在測試時剪切速率在0.1～100s-1。

1.2.3固化過程測試

測試未噴涂的3組膩子試樣在聚合過程中的雙鍵轉(zhuǎn)化率，取待測聚合物試樣10g左右，設(shè)置試驗溫度為25%，設(shè)定UV光源的光強為5mW/cm2，打開UV光源的延遲時間為5s，通過雙鍵轉(zhuǎn)化率反應(yīng)聚合物在固化過程中的熱焓變化情況。

1.2.4收縮應(yīng)力測試

通過實時—流變技術(shù)測試未噴涂試樣的固化收縮應(yīng)力，若固化收縮應(yīng)力越高，會增大噴涂材料的開裂機率，從而影響材料使用壽命[9]。在測試時，使用流變儀，并設(shè)為應(yīng)變模式，應(yīng)變設(shè)為0.5%，每間隔5s采集一次數(shù)據(jù)，當流變儀進行50s工作后，即可開啟UV光源。

1.2.5紫外光老化測試

該測試使用設(shè)備為QUV紫外老化試驗箱，測試試樣的光澤度變化。測試時，光照溫度設(shè)定為60℃，冷凝水溫度設(shè)置為40℃，每光照8h進行4h凝露，光照老化試驗共進行800h，完成抗老化性能驗證。

1.2.6附著力測試

測試噴涂后的試樣，對養(yǎng)護后的噴涂面采用1000號細砂紙打磨，之后利用膠粘劑拉拔頭粘接在涂層表面上，當表面固化后，通過小刀沿拉拔頭切割，并在水中浸泡24h，實現(xiàn)附著力測試。

1.2.7耐沖擊性測試

通過自動噴涂機器人噴涂膩子后，對試樣進行沖擊試驗，測試每組試樣的耐沖擊性能。

1.2.8酸性溶液浸泡測試

將試樣放入燒瓶中，并在其中不斷添加模擬酸雨的酸性溶液，對每組試樣進行連續(xù)浸泡，并采用PARA273A電化學(xué)系統(tǒng)，測試每組試樣的抗腐蝕性能，在測試時，頻率范圍為105～10-2Hz，在不同頻率下測試每組試樣。

2試驗結(jié)果與討論

2.1基礎(chǔ)性能分析

測試3組試樣的基礎(chǔ)性能，對比每組試樣的應(yīng)用效果，對比結(jié)果如表2所示。

由表2可知，在3組試樣的基礎(chǔ)性能測試過程中，N3組試樣所需的凝膠時間與表干時間較長，說明該組試樣不易凝固，影響試樣應(yīng)用效果，且該組試樣的耐磨性、抗拉強度等指標較弱，在噴涂后可能會導(dǎo)致表面脫落；在進行耐鹽霧、耐油性以及耐鹽酸介質(zhì)試驗時，在3組試樣中僅N1組試樣并未發(fā)生銹蝕、氣泡以及變色問題，其他2組試樣均存在一定的異常現(xiàn)象。由此可以看出，N1組試樣的基礎(chǔ)應(yīng)用性能相對較好。

2.2膩子剪切黏度分析分析

3組膩子試樣在不同剪切速率下的黏度變化情況，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在不同剪切速率下，每組試樣的剪切黏度并未出現(xiàn)波動變化，說明在剪切過程中試樣黏度均處于穩(wěn)定狀態(tài)。3組試樣中，N3組試樣的剪切黏度保持最高水平，說明該組試樣在流動時會受到內(nèi)部阻力；N2組試樣剪切黏度始終保持在90Pa·s左右，在3組試樣中最小，說明該組試樣在剪切過程中自由體積增大，導(dǎo)致黏度下降，N1組試樣黏度處于100Pa·s左右，在測試時不會輕易掛流，還能夠提高后續(xù)噴涂質(zhì)量，為此，相較于其他2組試樣，N1組試樣的黏度處于最佳范圍。

2.3固化過程分析

釋放熱焓的實測值與理論值之比，即為雙鍵轉(zhuǎn)化率，本文通過雙鍵轉(zhuǎn)化率測試，評估試樣在固化時的性能變化，分析結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨光照時間提升，試樣均開始固化，從而釋放熱焓，當光照時間在160s時，所有試樣均已實現(xiàn)固化，同時，3組試樣的雙鍵轉(zhuǎn)化率較為接近，差異并不明顯，說明每組試樣的聚合能力均保持在較高標準。但N1組試樣的雙鍵轉(zhuǎn)化率要略高于其他2組試樣，因此該組試樣在固化過程中的聚合速率會高于其他試樣。

2.4固化收縮應(yīng)力分析

測試每組膩子試樣在固化過程中的收縮應(yīng)力變化，測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，在60s以前，3組試樣的固化收縮應(yīng)力均為0N，隨著時間的增大，3組試樣固化應(yīng)力開始迅速下降，其中，N3組試樣固化收縮應(yīng)力最低達到-6～-7N；N2組試樣最低達到-7N左右?？梢钥闯鲞@2組試樣的收縮應(yīng)力要高于N1組試樣。N1組試樣固化收縮應(yīng)力下降幅度最大，說明該組試樣可利用鏈段運動來釋放固化時產(chǎn)生的應(yīng)力，從而延長試樣壽命。

2.5耐紫外光老化性能分析

測試每組噴涂后試樣在不同老化時間下的光澤度變化，以此分析試樣的耐紫外光特性，分析結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，當老化時間逐漸加大，每組試樣的光澤度也會出現(xiàn)下降。在測試過程中，當未進行老化試驗時，3組試樣的光澤度均達到95%以上，而進行老化試驗后，3種試樣光澤度最低也保持在60%以上，說明經(jīng)過800h的老化后，試樣仍然能保持較好的光澤。其中，N1組試樣光澤度下降幅度最小，當老化時間為800h時，該組試樣光澤度在75%以上。由此可以得出，N1組試樣的抗紫外光老化性能最強。

2.6附著力分析

測試試樣在未浸泡與浸泡24h后的附著力，具體如表3所示。

由表3可知，經(jīng)測試后，3組試樣附著力均在4MPa以上，其中，N2組、N3組試樣附著力均為4.5MPa。當浸泡24h后，N3組試樣附著力下降更為明顯，說明該組試樣在浸泡后性能會受到一定影響，而N1組試樣在未浸泡前附著力為4.6MPa，經(jīng)24h浸泡后仍然保持最高水平，因此該組試樣的附著性更高。

2.7耐沖擊性分析

測試3組試樣在沖擊過程中的耐沖擊性，測試結(jié)果如表4所示。

由表4可知，在耐沖擊強度的測試下，3組試樣都具有較高的耐沖擊能力，且柔韌性相對較好，但在較長時間的沖擊下，N2、N3組試樣出現(xiàn)輕微破損，但并不嚴重，而N1組試樣未出現(xiàn)破損問題。因此，N1組試樣耐沖擊效果更為明顯。

2.8防護能力分析

測試3組試樣在不同時間下的耐腐蝕效果，并利用BODE圖描述試樣阻抗模值變化情況，從而驗證試樣防護效果，測試結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，當頻率逐漸向高頻段發(fā)展時，每組試樣的阻抗模值均開始有所下降，在3組試樣中，N1組試樣在浸泡12h的阻抗模值最高，說明在該浸泡時間下，這一組試樣的防護性能最強。隨浸泡時間增加，各組試樣阻抗模值均下降，而N2、N3組試樣的阻抗模值均下降至較低水平，說明這2組試樣會在浸泡過程中受到嚴重腐蝕，導(dǎo)致其防護性能下降。

3結(jié)語

本文研究自動噴涂機器人用的聚天門冬氨酸酯膩子的制備及應(yīng)用性能分析，為軌道交通設(shè)施用的自動化噴涂機器人制備不同聚天門冬氨酸酯膩子試件，并對比每種試件的應(yīng)用效果，從中選取性能最佳的材料，將其用于后續(xù)自動化噴涂。在未來研究過程中，可繼續(xù)向該材料內(nèi)添加改性劑，從而增強其環(huán)保效果。