一种电梯加强筋适用的新型强力胶粘剂制备与施工工艺_刘涛.pdf

研究报告专论2023 年 2 月第 50 卷第 2 期doi:10.3969/j.issn.1001-5922.2023.02.009Vol.50 No.02，Feb.2023收稿日期:2022-01-28;修回日期:2023-02-07作者简介:刘涛(1964-)，男，高级工程师，研究方向:电梯技术;E-mail:liutao9546126 com。引文格式:刘涛，何斌，陈向俊 一种电梯加强筋适用的新型强力胶粘剂制备与施工工艺 J 粘接，2023，50(2):36-39一种电梯加强筋适用的新型强力胶粘剂制备与施工工艺刘涛1，何斌1，陈向俊2(1 西尼机电(杭州)有限公司，浙江 杭州310017;2 浙江省特种设备科学研究院，浙江 杭州310017)摘要:研究利用双组份聚氨酯胶粘剂制备了一种适用于电梯加强筋粘接的强力胶粘剂，通过对不同树脂、助剂及催化剂等添加量在粘接性能、固化时间及施工工艺等方面的差异性分析，证实将蓖麻油、聚酯 3196、树脂 E、碳酸钙用量控制为 25 8 5 60 能够获得最大的强力粘接性能，适用于电梯加强筋粘接。该方法成本低、环保性好，在实际应用过程中可结合材料、成本及需求等明确最终配方，具有较高推广价值。关键词:电梯加强筋;强力胶粘剂;制备;使用;催化剂中图分类号:TQ437+4文献标志码:A文章编号:1001-5922(2023)02-0036-04Preparation and construction technology of a new typeof strong adhesive suitable for elevator reinforcementLIU Tao1，HE Bin1，CHEN Xiangjun2(1 Sini Electromechanical(Hangzhou)Co，Ltd，Hangzhou 310017，China;2 Zhejiang Academy of Special Equipment Science，Hangzhou 310017，China)Abstract:A kind of strong adhesive suitable for the bonding of elevator reinforcement bars was prepared by usingtwo-component polyurethane adhesive The difference in bonding performance，curing time and construction processwas analyzed by adding different resins，additives and catalysts It is confirmed that the maximum strong bondingperformance can be obtained by controlling the dosage of castor oil，polyester 3196，resin E，and calcium carbonateto 25 8 5 60，which is suitable for the bonding of elevator reinforcement bars The method has low cost and is envi-ronmentally friendly In the actual application process，the final formula can be clarified in combination with materi-als，costs and requirements，and has high promotion valueKey words:elevator reinforcement;strong adhesive;preparation;use;catalyst电梯在满足实用性的同时也要求尽可能美观，达到实用性与美观性的统一，彰显城市风貌。在这一背景下，电梯行业粘接工艺得到了飞速的发展1。传统电梯加强筋粘接多采用焊接的方式，尽管能够满足粘接需求，但也存在成形不良、外观粗糙、塌陷等问题。随着工业技术的不断进步，粘接工艺不易变形、结合面应力分布均匀优势得以体现，且不会对零件产生热影响，逐渐取代了传统焊接工艺2。目前，在电梯加强筋粘接领域常用胶粘剂主要包括双面胶带、MS、丙烯酸、聚氨酯等，其中以聚氨酯胶粘剂应用优势最为鲜明，抗剥离与耐冲击性好，且具有一定的环保效益，操作简单3-5。对聚氨酯胶粘剂制备工艺研究有利于其在电梯加强筋粘接的推广应用。63研究报告专论1电梯加强筋的强力胶粘剂的制备1 1试验原料研究所用精炼蓖麻油，购自环宇新材料有限公司;工业级异氰酸酯，由武汉力太化工有限公司提供;工业级聚酯多元醇3 190，购自济南山海化工科技有限公司;植物油改性多元醇 E(简称树脂 E)，购自南通丸荣国际贸易有限公司;植物油改性多元醇 F(简称树脂 F)，购自洛阳宏恩新型建材有限公司;复合助剂 A 与复合催化剂 B，均由济南贝亚特化工科技有限公司提供;碳酸钙，购自钰然塑料制品有限公司。1 2试验设备便携式天平 PL602E/02，由上海坤权生物科技有限公司提供;SOWER 高速分散机，由汇龙混合设备公司提供;WDW 5D 数显电子式拉力试验机，购自沧州华恒试验仪器有限公司;数显粘度计指针旋转黏度仪，购自河北慧采科技有限公司。1 3制备方法在制备双组分聚氨酯胶粘剂主剂时，先将所选取的各类原料加入混合罐，选择 300 r/min 的速率进行低俗分散处理，时间以 5 min 为宜，然后将碳酸钙加入其中;按照上述速率及时间进行滴速处理，再调整为高速处理，以 1 000 r/min 为宜，分散时间控制在 25 min，出料保存在包装罐密封。制备测试件时，首先准备规格为 200 mm 25 mm 的 T 剥离试件，拉伸剪切试件长、宽分别为 100、25 mm。采用酒精对不锈钢及镀锌钢试件予以擦拭，确保油污完全清除，晾干后留作备用3。精密称取主剂与固化剂，混合均匀后，采用小刮板对不锈钢、镀锌钢试件待粘接面进行均匀刮涂处理。快速复合试件并妥善固定，将试件转移至烘箱中，温度调整为 60，10 min后取出;室温冷却 10 min 后卸去拉剪试件，并对拉剪强度予以测定。1 周后对剩余 T 剥离与拉剪试件常温状态下的强度予以测定。2结果与分析2 1不同树脂类型、用量对 T 剥离强度的影响2 1 1树脂 E、树脂 F 对 T 剥离强度的影响取5 组 T 剥离试件测试位移的集中区间，研究树脂 E、树脂 F 对 T 剥离强度的影响，结果如表1 所示。表 1树脂 E、树脂 F 对 T 剥离强度的影响Tab 1The effect of resin E and resin F on peel strength of T配方编号蓖麻油/%树脂 E/%树脂 F/%T 剥离强度/(Nmm1)测试位移/mm破坏模式a140003 15120 155AFa236405 63110 160AFa336047 3280 155AFa432807 32100 130AFa5320820 35AF注:AF 粘附破坏。下同。由表1 可知，将蓖麻油作为主体树脂，在其中加入适量树脂E 或树脂F 能够促进T 剥离强度的提升。随着树脂用量的增加，测试位移呈现出缩短趋势，提示当对某个点瞬间测试时 T 剥离未形成有效位移，a5 配方位移由于太短未取值。从破坏模式看，a1 a5 配方粘接面自镀锌面发生脱离。作为脂肪酸的甘油酯，蓖麻油羟基官能度为27，分子量为900 u 左右;蓖麻油的改性多元醇树脂F、树脂E 分子量约400 u，但官能度差异大，前者为3、后者为2。基于这一特性，将树脂 E、树脂F 与异氰酸酯反应，可获得刚性链段，减少柔性链段，T剥离强度升高，增强了对镀锌的粘接力，同时会缩短有效测试位移。与树脂 E 相比，树脂 F 官能度好，刚性高，加入少量便可提高 T 剥离强度。综上所述，剥离强度提升并不单纯依赖胶本体刚性及交联度 4。聚醚 240 与聚酯 3190 用量对 T 剥离强度的影响，结果如表 2 所示。表 2聚醚 240 与聚酯 3190 用量对 T 剥离强度的影响Tab 2The effect of the amount of polyether 240 and polyester 3190 on peel strength of T配方编号蓖麻油/%聚醚 240/%聚酯 3190/%T 剥离强度/(Nmm1)测试位移/mm破坏模式a638402 26165 200AFa738042 76170 200AFa832801 67175 200AFa932082 30165 200AF由表 2 可知，将蓖麻油作为主体树脂进行胶粘剂制作，T 剥离强度会随着聚醚 240、聚酯 3190 用量增加而降低，有效测试位移延长，以镀锌面脱离为主要破坏模式。作为聚环氧丙烷物质，聚醚 240 将丙二醇作为起始剂，分子量 2 000 u，羟基官能度 2，对二聚酸改性后获得聚酯 3190 分子量及官能度均与聚醚 240 相同。通过聚醚 240、聚酯 3190 的适量添加，柔性链段含量会提高，延长了测试位移，但也伴随镀锌粘接力的下降。在等量聚醚 240、聚酯 3190条件下，后者获得的 T 剥离强度明显高于前者，考虑聚酯 3190 主链存在丰富酯键，与镀锌附着力更高，可作为树脂复配优先选择。73研究报告专论2 1 2不同树脂复配 T 剥离强度分析采用多种树脂复配的方案，可在提升 T 剥离强度的基础上获得有效测试位移长度。不同树脂复配对 T 剥离强度的影响，结果如表3 所示。表 3不同树脂复配 T 剥离强度的影响Tab 3The effect of different combinations of resin on peel strength of T配方编号聚酯 3190/%树脂 E/%树脂 F/%T 剥离强度/(Nmm1)测试位移/mm破坏模式a104806 05150 195AFa114087 59105 155AFa128404 25235 255AFa138045 57195 225AFa146426 94220 255AF由表 3 可知，a10 a14 配方粘接面主要为镀锌面脱离的破坏模式。添加树脂 F 尽管能够促进 T剥离强度的提升;但会影响到测试位移，所以仅能少量添加。经过综合分析得知，a14 配方能够使得刚性链段与柔性链段达到平衡状态，获得最优方案。2 2碳酸钙对 T 剥离强度的影响碳酸钙用量越多，T 剥离强度降低越明显，测试位移会呈现出明显的缩短，自镀锌面脱离为其破坏模式;具体结果如表 4 所示。表 4不同碳酸钙含量对应 T 剥离强度分析Tab 4The effect of different contents of calciumcarbonate on peel strength of T配方编号碳酸钙用量%T 剥离强度Nmm1测试位移mm破坏模式a15307 84230 255AFa16407 43220 255AFa17507 12220 255AFa18606 89220 255AFa19705 67185 215AF由表 4 可知，主体树脂的含量会随着碳酸钙的增加而降低，同时伴随胶体内极性基团数量降低，使得镀锌基材附着力受到影响，导致 T 剥离强度下降，缩短了测试位移。当碳酸钙含量为 30%60%，T 剥离强度降低会受到一定的限制，基于成本因素，将碳酸钙用量控制为 60%为宜。2 3不同量复合助剂 A 的 T 剥离强度分析不同量复合助剂 A 对 T 剥离强度的影响，具体结果如表 5 所示。表 5不同量复合助剂 A 的 T 剥离强度分析Tab 5Analysis of effect of different amounts of compoundagent A on pee1 strength of T配方编号复合助剂 A%T 剥离强度Nmm1测试位移mm破坏模式a150 27 17225 255AF+CFa160 37 56240 255AF+CFa170 57 79240 255CFa180 77 72240 255CFa191 07 46235 255CF注:CF 内聚破坏。由表 5 可知，复合助剂 A 的添加能够促进 T 剥离强度的提升，当复合助剂 A 添加量增多后，T 剥离强度会呈现出先升高、后降低的变化，但不会影响测试位移;当助剂 A 含量增加后，粘附破坏会向内聚破坏转变。作为一种复合型助剂，复合助剂 A 在提升镀锌基材粘接性方面有着突出的效果，主要成分包括改性氨基烷基多官能团与环氧基烷基多官能团，其与镀锌表面会产生基团反应;当助剂 A 增加后，胶本体对镀锌粘附力也会得到增强，使得 T 剥离强度提升。需要注意的是，复合助剂 A 过量会导致胶本体强度下降，降低 T 剥离强度，将其添加量控制在 0 5%能够达到较好的效果。2 4复合催化剂 B 对操作及固化时间的影响复合催化剂 A 加入后固化速度得到了显著的提升，但会缩短操作时间，当催化剂添加量增加后，在初始固化条件下，抗剪强度会呈现出升高趋势。复合催化剂 B 对操作及固化时间的影响，具体结果如表 6 所示。表 6复合催化剂 B 对操作及固化时间的影响Tab 6Effect of compound catalyst Bon operation and curing time配方编号复合催化剂 B%操作时间min60 表干时间min抗剪强度MPaa1703818a200 0621111 23a210 101383 05a220 161064 36a230 20855 16a240 26646 53由表 6 可知，复合催化剂 B 经过加热处理能够达到固化状态，为室温操作提供更多的时间。复合催化剂 B 主要成分包括延迟性金属催化剂与胺类催化剂，基于电梯加强筋的工艺特点，将其添加量控制为 0 1%0 2%为宜。研究发现，在对电梯加强筋进行粘结剂制备时，碳酸钙用量最高为 60%;其次为蓖麻油为 25%，聚酯3196 用量控制为8%左右，树脂 E、树脂 F 用量分别为5%、2%左右。助剂 A 用量控制为0 5 0 8%左右，复合催化剂 B 剂量以 0 1 0 2%为宜。在应用中可结合基材条件、成本及工艺等确定最终方案，满足需求。83研究报告专论3电梯加强筋的强力胶粘剂的特点制备的胶粘剂，其外观为棕黄色粘稠液体，质量分数为20%25%，保质期为6 个月，黏度1 Pas，能够进行刷涂操作;如有必要可在其中加入稀释剂进行稀释处理。该研究制备的胶粘剂对多种天然材料尤其是电梯加强筋具有较高的粘接力;其在不同材料中粘接的剥离强度如表 7 所示。表 7强力胶粘剂对不同材料粘接的剥离强度Tab 7The peel strength of a strong adhesiveto different materials编号被粘材料剥离强度kNm1备注1EVA 泡沫底 橡胶围条2 6EVA 泡沫撕裂2EVA 泡沫底 橡胶底2 8EVA 泡沫撕裂3橡胶底 橡胶底3 6材料断裂4橡胶底 皮革3 8皮革撕裂5硫化橡胶 棉帆布4 2硫化橡胶断6电梯加强筋5 2金属方管4讨论电梯的厅、轿门门扇(门板)一般有钢板喷涂、钛金、发纹不锈钢、镜面不锈钢等几种;而不锈钢中也有很多是拉丝纹不锈铁做的。门扇(门板)均为实心的，中间通常还有一层隔音胶;另外还有一根以上的加强筋为空心的，门扇(门板)的一点间隙很小可以忽略不计6-8。在具体的粘接操作中，首先应对粘接基面进行清洁处理，保证待粘表面无油污、无水，避免其他可能影响粘接的污物;若表面存在污物，可采用脱脂棉、棉布蘸取适量的酒精对表面进行清洗，待完全干燥后，再进行粘接，或采用自动清洗的方式进行处理9-10。针对存在表面锈蚀或漆磨的情况，应先对粘接表面进行打磨处理，然后再用棉布蘸取清洗剂进行清洗处理，彻底干燥后进行粘接11-13。环境温度和湿度对密封胶表干及固化影响较大，建议施工环境温度 5 35，相对湿度50%70%;密封节点部分可用刮刀或硬质泡沫条进行修饰刮平，部分细部修饰的地方可用肥皂水抹平。如果应用中与聚氨酯粘接胶接触，则必须等聚氨酯胶完全固化后才能施工14-16。当进行强力胶粘剂对电梯加强筋进行粘接时，往往需要营造一个符合要求的温度环境，温度过高或过低均会对粘接效果产生一定的影响17-18。在进行粘接操作时，宜选择独立的空间，利用空调、温湿度表或电加热设备等营造标准的环境温度。电梯加强筋在室内静置时间尽可能足够长，保持产品温度与环境温度的一致。也可以对产品进行加热处理，待产品达到粘接所需的温度后，结合实际情况进行温度控制。在压力控制方面，可借助自动施压装置，维持粘接面平整19-20。在机械连接控制方面，应严格按照相关规定操作，掌握好拉铆强度，清理配钻时产生的铁屑，避免其在工件上残留，粘接时应合理选择中心位置。5结语综上所述，研究利用双组份聚氨酯胶粘剂制备的粘接剂，强度高、模量特性高，无需底涂，其在多种基材上均具有较好的粘接性，适用于电梯加强筋粘接。作为一种高强度粘接剂，其应用于电梯行业能够替代传统焊接工艺，达到粘接性能的需求，同时具有美观性，能够为施工提供便利，可操作性强，有广阔的发展空间。【参考文献】1 车运通 电梯生产中对粘接工艺的研究和对其关键参数的质量控制 J 中国电梯，2018，29(18):57-58 2 李吉明，余晓桃，欧静，等 电梯装配用单组分端硅烷基聚醚密封胶的研究 J 粘接，2020，41(1):14-18 3ANTOSIK A K，MOZELEWSKA K，CZECH Z，et al In-fluence of montmorillonite on the properties of siliconepressure-sensitive adhesives:Preparation of a double-si-ded tape based on the best compositionJ Silicon，2020，12(8):1887-1893 4 MUSAZZI U M，ORTENZI M A，GENNARI C，et al Designof pressure-sensitive adhesive suitable for the preparation oftransdermal patches by hot-melt 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