聚氨酯與各種基材粘接的常溫接著劑對粘接強度、耐老化性和耐候性的綜合影響研究
各位朋友，各位同行，以及所有對“粘”的世界充滿好奇的朋友們，大家下午好！
今天，我想和大家聊聊一個既熟悉又充滿挑戰(zhàn)的話題——聚氨酯常溫接著劑在不同基材上的粘接表現(xiàn)，以及它在時間長河中如何抵抗歲月的侵蝕，如何在風(fēng)吹日曬中保持“初心”。我們常說“千里姻緣一線牽”，這“線”放在工業(yè)領(lǐng)域，很多時候就是我們默默奉獻的接著劑。而聚氨酯接著劑，就像一位全能選手，在各行各業(yè)都扮演著舉足輕重的角色。
一、何為聚氨酯？“黏”從何來？
首先，讓我們來認(rèn)識一下今天的主角——聚氨酯。各位可能對這個名字有點陌生，但它卻無處不在。從你腳下的運動鞋底，到你柔軟舒適的沙發(fā)，甚至你汽車內(nèi)飾，都有它的身影。簡單來說，聚氨酯是一種高分子材料，就像樂高積木一樣，由許多小分子（異氰酸酯和多元醇）組合而成，通過化學(xué)反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予了聚氨酯優(yōu)異的物理機械性能，使其具有優(yōu)異的彈性、耐磨性、耐化學(xué)腐蝕性以及重要的——粘接性能。
那么，聚氨酯的“黏”性從何而來呢？這就像男女之間的吸引力，需要多種因素的共同作用。主要有以下幾點：
- 機械互鎖： 聚氨酯分子能夠滲透到基材表面的微小孔隙中，就像樹根扎入土壤，形成一種“咬合”狀態(tài)，提供初的抓力。
- 化學(xué)鍵合： 聚氨酯中的活性基團能夠與基材表面的某些官能團發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵，這是粘接力的核心。
- 范德華力： 聚氨酯分子與基材分子之間存在微弱的分子間作用力，雖然單個作用力很小，但數(shù)量巨大，也能貢獻一部分粘接力。
- 表面能匹配： 如果聚氨酯和基材的表面能相近，就更容易潤濕和鋪展，從而增加接觸面積，提高粘接效果。就像一滴水滴在光滑的玻璃上，能夠均勻鋪開。
二、基材“千姿百態(tài)”，粘接“各顯神通”
聚氨酯接著劑的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，它可以粘接各種各樣的基材。但不同的基材，就像性格各異的人，需要不同的“攻略”才能成功“拿下”。
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金屬：鋼鐵硬漢也溫柔
金屬材料，如鋼鐵、鋁合金等，以其高強度和良好的耐用性而聞名。然而，金屬表面通常比較光滑，且容易氧化，這給粘接帶來了一定的挑戰(zhàn)。為了提高聚氨酯在金屬上的粘接效果，通常需要對金屬表面進行預(yù)處理，如噴砂、化學(xué)處理等，以增加表面粗糙度，去除氧化層，并引入活性基團。
基材 表面處理方法 粘接強度（MPa） 耐老化性（等級） 耐候性（等級） 備注 鋼材 噴砂+磷化 18 4 3 磷化處理可提高耐腐蝕性 鋁合金 陽極氧化 15 3 2 陽極氧化可增加表面粗糙度 銅 酸洗 12 2 1 銅易氧化，需及時粘接 不銹鋼 噴砂 16 4 3 噴砂可增加表面積 -
塑料：輕盈身姿也牢固
塑料種類繁多，性能各異，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）等。不同塑料的表面能差異很大，對聚氨酯接著劑的適應(yīng)性也不同。對于低表面能的塑料，如PE和PP，通常需要進行表面活化處理，如火焰處理、等離子處理等，以提高其表面能，改善潤濕性和粘接性。
基材 表面處理方法 粘接強度（MPa） 耐老化性（等級） 耐候性（等級） 備注 PE 火焰處理 8 2 1 PE表面能低，需活化處理 PP 等離子處理 9 2 1 PP表面能低，需活化處理 PVC 無需處理 12 3 2 PVC易粘接 PC 擦拭 14 4 3 PC具有良好的粘接性能 -
木材：天然紋理也美麗
木材是一種天然材料，具有多孔性和粗糙的表面，這有利于聚氨酯接著劑的滲透和機械互鎖。但木材的含水率會影響粘接效果，因此需要控制木材的含水率在合適的范圍內(nèi)。
基材 表面處理方法 粘接強度（MPa） 耐老化性（等級） 耐候性（等級） 備注 松木 打磨 10 3 2 松木油脂含量高，影響粘接，需打磨 櫸木 無需處理 13 4 3 櫸木粘接性能良好 橡木 打磨 12 4 3 橡木紋理美觀 -
橡膠：柔軟身軀也堅強
橡膠具有良好的彈性，常用于制造密封件、減震器等。聚氨酯接著劑能夠與橡膠形成良好的粘接，但需要選擇合適的聚氨酯配方，以適應(yīng)橡膠的彈性變形。
基材 表面處理方法 粘接強度（MPa） 耐老化性（等級） 耐候性（等級） 備注 天然橡膠 擦拭 9 3 2 天然橡膠易老化，需添加抗氧化劑 丁腈橡膠 無需處理 11 4 3 丁腈橡膠耐油性好 硅橡膠 硅烷偶聯(lián)劑 7 2 1 硅橡膠表面能低，需使用硅烷偶聯(lián)劑
三、歲月是把“殺豬刀”，耐老化性大考驗
接著劑的使命不僅在于將兩個物體連接在一起，更在于在漫長的時間里，保持這種連接的穩(wěn)定和可靠。這就是我們所說的耐老化性。
接著劑的使命不僅在于將兩個物體連接在一起，更在于在漫長的時間里，保持這種連接的穩(wěn)定和可靠。這就是我們所說的耐老化性。
影響聚氨酯接著劑耐老化性的因素有很多，就像影響我們顏值的因素一樣復(fù)雜。主要包括：
- 溫度： 高溫會加速聚氨酯的分解，導(dǎo)致粘接強度下降。就像炎炎夏日，冰淇淋融化的速度會加快。
- 濕度： 潮濕的環(huán)境會促進聚氨酯的水解，導(dǎo)致粘接失效。就像雨季，木質(zhì)家具容易發(fā)霉。
- 紫外線： 紫外線會破壞聚氨酯的分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致變色、粉化、脆化等。就像長時間暴露在陽光下，皮膚容易曬傷。
- 化學(xué)介質(zhì)： 某些化學(xué)介質(zhì)，如酸、堿、溶劑等，會腐蝕聚氨酯，導(dǎo)致粘接強度下降。就像油漆接觸到強酸會脫落。
為了提高聚氨酯接著劑的耐老化性，可以采取以下措施：
- 選擇合適的聚氨酯配方： 選擇具有良好耐老化性的聚醚型或聚酯型聚氨酯。
- 添加抗氧化劑、紫外線吸收劑等： 這些添加劑就像防曬霜，可以保護聚氨酯免受外界因素的侵害。
- 進行表面涂層： 在聚氨酯表面涂覆一層保護層，可以隔離外界環(huán)境，延長使用壽命。
耐老化性等級劃分參考標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 16422.3-2014）
| 等級 | 性能變化 |
|---|---|
| 5 | 無明顯變化，性能幾乎沒有下降 |
| 4 | 略有變化，性能略有下降 |
| 3 | 有明顯變化，性能明顯下降，但仍能滿足使用要求 |
| 2 | 變化嚴(yán)重，性能嚴(yán)重下降，基本不能滿足使用要求 |
| 1 | 完全失效，性能喪失，無法滿足使用要求 |
四、風(fēng)吹雨打“不低頭”，耐候性是真英雄
耐候性是指材料抵抗自然氣候因素影響的能力，包括陽光、雨水、風(fēng)、溫度變化等。對于戶外使用的聚氨酯接著劑，耐候性至關(guān)重要。就像一位在戰(zhàn)場上沖鋒陷陣的戰(zhàn)士，需要經(jīng)受住各種惡劣環(huán)境的考驗。
影響聚氨酯接著劑耐候性的因素與耐老化性類似，但側(cè)重點略有不同。在耐候性方面，紫外線的影響尤為突出。紫外線會導(dǎo)致聚氨酯發(fā)生光氧化反應(yīng)，使其表面變黃、粉化、龜裂，終導(dǎo)致粘接失效。
為了提高聚氨酯接著劑的耐候性，除了添加紫外線吸收劑外，還可以采用以下方法：
- 選擇耐候性好的顏料： 在聚氨酯中添加耐候性好的顏料，可以吸收或反射紫外線，減少其對聚氨酯的損害。
- 采用表面氟化處理： 氟化處理可以在聚氨酯表面形成一層含氟的保護層，具有優(yōu)異的耐候性和耐化學(xué)腐蝕性。
- 使用耐候性好的罩面漆： 在聚氨酯表面涂覆一層耐候性好的罩面漆，可以提供額外的保護。
耐候性等級劃分參考標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 16422.2-2014）
| 等級 | 性能變化 |
|---|---|
| 5 | 無明顯變化，性能幾乎沒有下降 |
| 4 | 略有變化，性能略有下降 |
| 3 | 有明顯變化，性能明顯下降，但仍能滿足使用要求 |
| 2 | 變化嚴(yán)重，性能嚴(yán)重下降，基本不能滿足使用要求 |
| 1 | 完全失效，性能喪失，無法滿足使用要求 |
五、參數(shù)“明明白白”，選擇“心中有數(shù)”
在選擇聚氨酯接著劑時，除了考慮基材的類型和使用環(huán)境外，還需要關(guān)注一些重要的產(chǎn)品參數(shù)。這些參數(shù)就像體檢報告，可以幫助我們了解聚氨酯的“身體狀況”，從而做出明智的選擇。
- 粘度： 粘度是指流體抵抗流動的能力，直接影響聚氨酯接著劑的施工性能。粘度過高，不易涂布；粘度過低，容易流淌。
- 固化時間： 固化時間是指聚氨酯接著劑從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)所需的時間。固化時間過長，會影響生產(chǎn)效率；固化時間過短，可能導(dǎo)致施工困難。
- 拉伸強度： 拉伸強度是指材料在拉伸斷裂前所能承受的大應(yīng)力。拉伸強度越高，表明聚氨酯的抗拉能力越強。
- 剪切強度： 剪切強度是指材料在剪切斷裂前所能承受的大應(yīng)力。剪切強度越高，表明聚氨酯的抗剪切能力越強。
- 剝離強度： 剝離強度是指將兩種粘接材料分離所需的力。剝離強度越高，表明聚氨酯的粘接力越強。
- 邵氏硬度： 邵氏硬度是指材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。邵氏硬度越高，表明聚氨酯的硬度越大。
| 產(chǎn)品參數(shù) | 數(shù)值范圍 | 測試方法 | 影響因素 |
|---|---|---|---|
| 粘度 | 1000-100000 mPa·s | GB/T 2794 | 溫度、填料、分子量 |
| 固化時間 | 5分鐘-24小時 | GB/T 2795 | 溫度、濕度、催化劑 |
| 拉伸強度 | 5-50 MPa | GB/T 1040 | 聚氨酯類型、填料、交聯(lián)密度 |
| 剪切強度 | 2-30 MPa | GB/T 7124 | 基材、表面處理、聚氨酯類型 |
| 剝離強度 | 1-10 N/mm | GB/T 2791 | 基材、表面處理、聚氨酯類型 |
| 邵氏硬度 | 20A-80D | GB/T 531 | 聚氨酯類型、交聯(lián)密度 |
六、總結(jié)：粘接“無止境”，探索“永不停歇”
各位朋友，今天的分享就到這里。希望通過今天的講座，大家對聚氨酯常溫接著劑在不同基材上的粘接表現(xiàn)，以及它在耐老化性和耐候性方面的表現(xiàn)，有了一個更清晰、更深入的了解。
粘接技術(shù)是一個充滿挑戰(zhàn)和機遇的領(lǐng)域。隨著科技的不斷發(fā)展，新的基材、新的應(yīng)用場景層出不窮，對接著劑的性能提出了更高的要求。作為化工領(lǐng)域的從業(yè)者，我們肩負(fù)著重要的使命，需要不斷學(xué)習(xí)、不斷創(chuàng)新，開發(fā)出更高效、更環(huán)保、更耐用的聚氨酯接著劑，為各行各業(yè)的發(fā)展貢獻我們的力量。
后，我想用一句古詩來結(jié)束今天的講座：“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”。在粘接技術(shù)的道路上，我們還有很長的路要走，讓我們攜手并進，共同探索粘接的奧秘，創(chuàng)造更美好的未來！
謝謝大家！
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑，不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；
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NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比A-14活性低；
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NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲存時間長；
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NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強；
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NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動性和耐水解性；
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NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；
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NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來替代A-14，添加量為A-14的50-60%；
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NT CAT MB20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機錫相對較低；
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NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；
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NT CAT T-125 有機錫類強凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。