聚氨酯密封胶解析.docx

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聚氨酯密封胶解析

聚氨酯密封胶解析

1.概述

　　密封胶是用来填充空隙（孔洞、接头、接缝等）的材料。

无定形密封胶是密封材料的主体，种类有有机硅（包括改性有机硅）类、聚氨酯类、聚硫橡胶类、丙烯酸酯类、SBR橡胶类、丁基橡胶类、沥青、油性嵌缝胶类等，最早使用的密封胶有沥青类、油性嵌缝胶等。

而用于填充须经受震动或热涨冷缩等所致具有伸缩性的间隙，则必须采用弹性密封胶。

30多年来，弹性密封胶在建筑、土木、汽车、船舶、电气通讯等许多工业、民用领域中的应用越来越广泛，其中建筑用密封胶需求量最大。

弹性密封胶是将粘接和密封两种功能集于一身的产品。

其中性能较好的三类高档弹性密封胶分别是有机硅密封胶、聚硫密封胶和聚氨酯密封胶。

表1列出几种弹性密封胶的性能。

表2为弹性密封胶所要求的性能项目。

　　表1几种弹性密封胶的种类与特性

　　特性\种类

　硅氧烷

改性硅氧烷

　聚硫

　　　聚氨酯

单组分双组分

单组分

双组分

基础聚合物

端烷氧基

（端烷酰基）聚

有机硅氧烷

端烷氧

基硅烷基

聚醚

端-SH

液态聚硫

橡胶

端-NCO

基PU预聚

体

端-NCO

预聚体；

聚醚

固化后键特征

　硅氧键

醚键/硅氧键

双硫键

氨酯键/脲键

　氨酯键等

固化前性质

　贮存稳定性

　低温操作性

　固化时依动性

△-○　　○

　○　　○

　△　　○

　　○

　　○

　　○

　　○

　△-○

　△-○

△-○

　○

　△-○

　○

　△-○

　○

固化后性能

　填隙后收缩率

　粘接性（底涂）

　耐候性

长期使用温度，t

　复原性

　耐油性

允许收缩率，％

　　小

○　　　○

○　　　○

　-40-150

○　　　○

○　　　○

15-20　25

　　小

　　○

　△-○

　-30-90

　△-○

　△-○

　　20

小

　　○

　△-○

　-20-80

　　△

　　○

　　15

　　小

　　○

　△-○

　-40-90

　△-○

　　△

　15-20

　小

　　○

　△-○

　-40-90

　△-○

　　△

　15-20

○优良，△中。

　表2密封胶所要求的性能

按时间划分

　　　性　　能

按时间划分

　　性　　能

　施工前

贮存稳定性

低温贮存稳定性（不冻结）

固化后

共有性能

耐候性

耐臭氧性

　施工中

混合性（对双组分而言）

可使用时间（即适用期）

操作性

挤出性

不下垂性

耐药品性、耐水性

耐热、耐寒性

拉伸粘接性能

加热失重（与固含量有关）

可被涂布性

　固化中

不粘时间（表干时间）

固化性（固化中依动性）

初期耐水性

颜色与基材相近、色差小

不侵入被粘面

对人畜无毒

　固化后

固化后的依动性

对底涂剂适应性广

　　表3美国1995年部分密封胶的产量

密封胶名称

　性能评价

　产量，kt

　销售额，M＄

有机硅

　　高

　　20.4

　　122

聚氨酯

　　高

　　20.4

　　66

聚硫

　　高

　　18.1

　　65

丙烯酸丁酯

　　中

　　17.2

　　48

丁基胶

　　中

　　20.0

　　51

醋酸乙烯酯

　　中

　　15.9

　　17

油性密封胶

　　低

　　18.1

　　18

沥青基密封胶

　　低

　　33.1

　　29

　　表3可看出，美国1985年聚氨酯密封胶的产量与有机硅密封胶相当。

90年代其聚氨酯密封胶产量已超过了有机硅，1990年聚别为15kt和19kt，而1995年欧洲聚氨酯密封胶产量达10.8万t。

　　聚氨酯密封胶之所以发展快，需求大，是因为它具有优良的性能。

聚氨酯密封胶的特点有：

（1）优良的耐磨性；

（2）低温柔软性；（3）性能可调节围广；（4）机械强度大；（5）粘接性好；（6）弹性好，具有优良复原性，可适合于动态接缝；（7）耐候性好，使用寿命可长达15-20年；（8）耐油性优良；（9）耐生物老化；（10）价格适中。

　　当然，聚氨酯密封胶也有一些缺点。

如：

不能长期耐热；浅色配方易受紫外光老化；单组分胶贮存稳定性受包装与外界影响较大、通常固化较慢；高湿热环境下固化可能产生气泡和裂纹；许多场合需底涂剂。

　　聚氨酯密封胶一般分为单组分和双组分两种基本类型，单组分为湿气固化型，双组分为反应固化型。

单组分密封胶施工方便，但固化较慢；双组分有固化快、性能好的特点，但使用时需配制，工艺复杂一些。

两者各有其发展前途。

　　按是否有流动性，聚氨酯密封胶可分为不垂挂型（non-sagging）和自流乎型（self-leveling）。

不垂挂型用于垂直面、倾斜面、天花板等场合，固化之前不会由于胶条自重而发生偏移、滑动或流动；而自流平型专门用于水平场合。

按使用后的性状还可分为不干型、半干型和全固化弹性体型。

　　大多数单、双组分聚氨酯密封胶产品的技术指标见表6。

　　表6常见聚氨酯密封胶的性能指标

　　项　目

技术指标

　　项　目

技术指标

固化前的性能

固含量，％

密度，g·cm-1

挤出性（20℃）①，s

下垂度（50℃），mm

不粘时间，h

固化速率，mm.d-1

贮存期，d

适用期（20℃）②，h

90以上

1.2—1.6

4—15

0—3

0.2—10

2—8

180

1—10

50％模量，MPa

拉伸粘接强度，MPa

伸长率，％

撕裂强度，N·m-1

邵氏A硬度

固化收缩率

长期使用温度，℃

耐候性

耐疲劳性

0.1-0.6

0.6-8

300-900

60-280

20-60

小

-40-90

优良

优良

固化后的性能

复原性

优良

　　①挤出性为JISA5758标准，即以0.1MPa挤压力，从口径13.5mm、容积约207ml的弹筒状PE材质胶管中挤出全部密封胶所需的时间，一般5℃时挤出性不超过20s。

该值是衡量作业性的一个指标。

　　②指双组分聚氨酯密封胶配胶后的可使用时间。

　　聚氨酯密封胶的主要用途是土木建筑业、交通运输业等。

如在日本，约75％-80％的聚氨酯密封胶用于建筑，15％用于汽车、机械制造等，5％用于土木与其他用途。

　　在建筑方面的具体应用有：

混凝土预制件等建材的连接与施工缝的填充密封，门窗的木框四周与墙的混凝土之间的密封嵌缝，建筑物上轻质结构（如幕墙）的粘贴嵌缝，阳台、游泳池、浴室等设施的防水嵌缝，空调与其他体系连接处的密封，隔热双层玻璃、隔热窗框的密封等。

　　聚氨酯密封胶在汽车方面的应用有：

车窗（主要是风挡玻璃）的装配密封，车身与其他部件的装配等。

在土木方面，聚氨酯密封胶用于高等级道路、桥梁、飞机跑道等有伸缩性的接缝的嵌缝密封，与混凝土、质、PVC等材质下水道、地下煤气管道、电线电路管道等管道接头处的连接密封，地铁隧道与其他地下隧道连接处的密封等。

　　聚氨酯密封胶还可用于电缆（如地下电缆）的柔性接头、电子元器件的灌封，以防尘抗震；用于隔热体系如冷藏车、冷库保温层与低温容器的粘接密封等等。

　　聚氨酯密封胶的发展迄今已有30多年的历史。

50年代后期已有人开展聚氨酯密封胶的研究，60年代后期日本和美国已有几个品种的聚氨酯密封胶实现了工业化生产。

例如，聚氨酯密封胶工业发达的日本，分别于1967年、1970年开始将单、双组分聚氨酯密封胶工业化，20多年来，聚氨酯密封胶已取代了用量最大的聚硫密封胶的位置，主要用于建筑等领域。

日本于1N9年制订了包含聚氨酯密封胶在的建筑用密封胶标准）赐A5758，并于1986年、192年两次修订。

据1988年“粘合剂时代指南”统计，美国和加拿大有100多个聚氨酯密封胶的生产厂家。

日本有43家密封胶生产厂、72个牌号的聚氨酯密封胶产品。

德国、瑞士等欧洲国家也有不少生产厂家。

　　我国的密封胶工业起步较晚，1986年密封胶总产量为2．9万吨，其部分为沥青等低档产品。

有机硅、聚硫、聚氨酯等高档密封胶基本上是近10年才开始研制、引进和生产的。

　　我国开发聚氨酯密封胶始于70年代，1975年建筑工程研究所研制出焦油型（黑色）聚氨酯密封膏、彩色聚氨酯密封胶，1983年建材研究研制出双组分浅色聚氨酯密封胶，并经“六五”攻关，建成200t/a生产线；“七五”期间沙市建材厂从国外引进设备生产聚氨酯密封胶，1987年形成700t/a生产能力。

这些密封胶以双组分焦油型为主，因焦油型密封胶与防水材料价格低、性能适中。

全国年生产能力约数千吨。

已用于不少重点建筑工程如毛主席纪念堂、亚运村。

单组分聚氨酯密封胶研究和开发较迟，这是由于单组

分密封胶技术难度较高，故大多数汽车生产线所需的风挡玻璃用单组分聚氨酯密封胶依靠进口。

80年代末90年代初，黎明化工研究院经“七五”攻关，研制出聚氨酯密封胶。

化工厂从西欧引进了2000t/a聚氨酯、有机硅、丙烯酸系列密封胶生产线，其中单组分聚氨酯密封胶AM系列已于1995年投产，据称是国同类密封胶生产规模最大、档次最高的。

目前全国已有10多个厂、院（所）研制、生产聚氨酯密封材料。

　　虽然在三大密封胶中，相对而言聚氨酯密封胶的价格较低，约为有机硅密封胶的一半或稍多，但与低档密封胶相比，价格还不算低，因为我国国民生活水平与发达国家相比差距还较大，工业水平也不很高，也许短期高档密封材料还不可能像美、日、欧那样普遍使用。

但我国工业发展较快，对聚氨酯密封胶的需求将越来越大，目前我国聚氨酯密封胶的消耗量与发达国家还差得很远，故应进一步加强对聚氨酯密封胶的研制，努力提高质量，开发适用新品种，积极推广应用。

　　聚氨酯密封胶的原料质量与其使用目的见表7。

聚氨酯密封胶的主成分为聚氨酯预聚物，其原料为活性氢化合物与异氰酸酯化合物。

填料、增塑剂与触变剂等添加剂必须是对异氰酸酯非反应性的。

　　表7聚氨酯密封胶配方成分

　　种类

　　原料（举例）

　　使用目的

聚氨酯预聚体

聚醚多元醇与二异氰酸酯

（TDI与MDI等）

单组分胶的基础预聚物；

双组分胶的主剂

活性氢化合物

多元醇、芳族多元胺等

双组分胶的固化剂

填料、体质颜料

CaCQ3、TiQ2、粘土、滑石粉、炭黑、SiO2、PVC糊等

增量、补强、增稠、调色

（其他）颜料

氧化铁。

锌钡白、氧化锑，硫化锑、酞菁绿等

使胶与基材同色

增塑剂

邻苯二甲酸酯类氯化石蜡

降低粘度，改善作业性与物性

溶剂

甲苯，二甲苯

凋整粘度

催化剂

二月桂酸二丁基锡、辛酸铅、辛酸亚锡、叔胺类

加快预聚体制备反应；促进固化

触变剂

气相SiO2、表面处理CaCQ3

防止胶条坍落（抗下垂）

稳定剂

抗氧剂、UV吸收剂等

抗老化，提高耐候性

发泡抑制剂

分子筛、无水石膏、CaO等

吸收原料水分与所产生的CQ

密封胶配方成分1.聚氨酯预聚体

　　单组分湿固化聚氨酯密封胶是由端NCO基预聚体与填料、添加剂组成，其组成比例大致如下：

　　　预聚体　　35-65　触变剂　0—5

　　　填料与颜料20-40　催化剂　0—0．5

　　　增塑剂　　5—25　稳定剂　0—0．5

　　　溶剂　　　0—10　其他　　0—5

　　双组分聚氨酯密封胶由主剂和固化剂两个组分组成。

其中主剂一般为端NCO基预聚体，固化剂一般由聚醚多元醇等活性氢化合物、填料、触变剂等添加剂组成，其组成比例大致为：

　　　聚醚多元