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双组分聚氨酯结构胶在电扶梯前沿板上的应用

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-02-14
徐 骏  赵有中  姚其胜
( 上海康达化工新材料股份有限公司上海胶粘剂工程技术研究中心 上海 201419)
摘  要:电扶梯广泛应用于人们的日常生活中,前沿板是其中的重要结构组件。近几年国内研究人员开发出了适应电扶梯轻量化且粘接性能优异的聚氨酯结构胶。介绍了电扶梯前沿板的工艺要求、材质构造和粘接工艺,并研究了双组分聚氨酯结构胶的施胶量对粘接强度的影响,单位面积用胶量为 1.0 kg·m-2 时粘接力可达最强,经济性最优。
关键词:双组分;聚氨酯;结构胶;电扶梯;前沿板
随着城市化进程的逐步加大,大型商场及轨道交通的蓬勃发展,对电扶梯的需求也是越来越大。电扶梯亦称自动扶梯,是一种以运输带方式运送行人的运输工具,广泛应用于百货商场、超市、宾馆、写字楼、机场及城市交通等领域。
图1为电扶梯的前沿板,即过渡乘客从静止部分到动作部分的部件,起到支撑乘客和安装扶手入口的功能 [1]。 前沿板由表面材料和补强材料所组成,通常前沿板表面材料的材质有铝合金和不锈钢,补强材料采用的是厚实的钢板。图 2 为电扶梯结构图。

一般电扶梯的设计、生产人员根据所用金属材料的特性,力求组件结构简单化、标准化和制作方法的统一化,以便电扶梯前沿板的高效率化生产。同时,借助高刚性补强材料及采用薄型表面材料,来满足电扶梯轻量化且节能的要求 [2]。胶接结构与焊接相比,不存在薄弱的热影响区,密封良好、受力均匀、制造成本低廉,且适应性较大。于是,表面材料和补强材料之间的粘接就不可避免的需要一种粘接性能好、固化收缩率低,并能常温固化、 操作简便且耐候性能佳的结构胶黏剂 [3-4]。
所谓结构胶黏剂,就是那种能够代替螺栓、铆钉或者焊接等形式,用来粘合金属、塑料、玻璃、木材等结构 部件,并能长时间承受很大载荷,且性能仍可信赖的胶黏剂 [5~7]。这以丙烯酸酯胶、环氧胶、聚氨酯胶等几大系 列为代表,其中,聚氨酯(PU)胶黏剂具有耐水、耐油、耐冲击、柔韧性好、粘接强度大、抗震性能好等优点,在国民经济中获得了较为广泛的应用 [8~10]。
针对电扶梯前沿板产品,市场不仅要求其开发的品种多,而且要求开发出的产品能适应电扶梯轻量化的要求。双组分聚氨酯结构胶因其良好的粘接性、耐久性、耐疲劳性和耐冲击性能,可广泛应用于电扶梯前沿板的粘接工艺中,成为电梯工业中不可缺少的一员 [11]。新型双组分无溶剂聚氨酯结构胶可不使用底涂剂,减少施工环境的溶剂排放,对环境友好,利于职工健康,并能简化生产工艺,同时降低生产成本 [12,13]。
本文介绍了电扶梯前沿板的工艺要求、材质及构造、对胶黏剂的要求、前沿板用胶黏剂的种类及特点、粘接工艺以及双组分聚氨酯结构胶的施胶量对粘接强度的影响。
1  电扶梯前沿板的工艺要求
电扶梯前沿板的工艺要求包括以下几个部分:(1)作为承载乘客进出电扶梯的结构件,刚性必须要高;(2) 在搬运及安装过程中不会因冲撞而变形;(3)兼顾轻量化,便于施工;(4)外表面美观光亮,平整度好;(5) 耐震动性能好;(6)若遇火灾,不会产生有毒气体;(7)耐用性好。
2  电扶梯前沿板的材质及构造
电扶梯的前沿板由表面材料和补强材料所组成,通常前沿板表面材料的材质有铝合金和不锈钢,多为有厂家 LOGO 及图案的规则排列,以达到美观及防滑的效果。由于不锈钢板材制造工艺的发展进步,其轻量化程度逐步赶上铝合金板材,又兼顾了更好的刚性和耐磨性,市面上大部分前沿板都以不锈钢板作为表面材料。前沿板的补强材料采用的是厚实的钢板,起到承重及坚实基础的效果。两者之间以结构胶进行面粘接,为了不破坏表面的整 体图案,铆钉加固只能位于四角。通过面粘接的部件形成了夹层结构,中间层为固化后的高分子胶,具有一定的抗震、减震效果。
3  电扶梯前沿板对胶黏剂的要求
电扶梯前沿板对胶粘剂的要求包括:(1)能够适用于各种金属材质的板材,如钢板、铝合金板、不锈钢板等;(2) 常温施胶,初粘力好,弹性粘接;(3)快固,30 min内定位,24 h内完全固化;(4)抗震效果好,固化收缩率低; (5)耐湿性、耐蠕变性好,耐疲劳性能优异;(6)工艺简单,便于操作;(7)对环境友好。
4  电扶梯前沿板用胶黏剂的种类及特点
电扶梯前沿板的粘接通常使用双组分丙烯酸酯 AB 胶或双组分聚氨酯结构胶,都能基本满足上述要求。由于其具有各自的特性,以下对这两种胶的不同特性进行对比,见表 1。

由表1 可知,在粘接的力学性能上,丙烯酸酯 AB 胶的拉伸剪切强度更大,刚性强度优于双组分聚氨酯胶,但就柔韧性及抗震性能(剥离强度及抗冲击性)还是双组分聚氨酯胶更好。在施胶的工艺操作方面,丙烯酸酯 AB 胶因其预处理简单及粗放式配胶,具有明显的优势。在定位速度方面,丙烯酸酯 AB 胶更快,但双组分聚氨酯胶因其固化速度可调,亦能满足电扶梯前沿板的流水线生产工艺。而在环境保护方面,丙烯酸酯 AB 胶必然会释放刺激性气味,对流水线的生产工人影响很大,双组分聚氨酯胶是无溶剂配方,环保无气味,更适合现代化工业的实际应用。
5  电扶梯前沿板粘接工艺
图 3 所示的是双组分聚氨酯(PU)结构胶粘接电扶梯前沿板的工艺过程。

6  聚氨酯胶的施胶量对粘接强度的影响
对于胶接来说,在外力的作用下,破坏是由胶层、被粘物和界面这 3 个环节中的薄弱环节开始,通常胶接接头的典型破坏类型分 3 种,见图 4。

图4 中界面破坏是胶层与被粘物全部脱开,发生的目视可见的破坏现象,因胶黏剂形成的粘附力不够,是结构粘接最弱的一种类型,前沿板粘接中通常不会遇到此种情况。
对于电扶梯的生产厂家而言,前沿板的用胶量多少决定了生产成本,而且在轻量化方面,结构胶的用量也是越少越好。但当粘接面上的用胶量过少时,大部分结构胶用于填充经打磨后产生的粗糙面上的微小孔隙,只有少量结构胶对粘接面产生化学键并产生应力,所以施胶量不应过少。
为确定前沿板粘接面的用胶量最佳值,研究人员在模拟现场工艺条件下,采用了经过打磨的钢试片与不锈钢试片,以双组分聚氨酯结构胶加以粘接,进行了拉伸剪切试验,结果见图 5。

由图 5 可知,当单位面积用胶量(指双组分胶混合后的用量)约为 1.0 kg/m2 时,钢 / 不锈钢的拉伸剪切强度可达最大值;若用胶量增加,拉伸剪切强度反而有所下降。这是因为当用胶量过大时,钢板与不锈钢板的粘接面之间填充了过厚的胶层,发生拉伸剪切时只产生了胶层破坏(即内聚破坏),也就是说,只体现了胶层的本体强度,这也不能体现胶黏剂最大的粘附力。而当用胶量适中的时候,粘接面产生的是以内聚破坏为主的混合破坏,除了内聚破坏还发生了界面破坏,所产生的应力来自于胶层的本体强度和界面应力之和,是最为理想的粘接效果。综上所述,在电扶梯前沿板的粘接工艺中,推荐使用双组分聚氨酯结构胶的单位面积用胶量为 1.0 kg·m-2,此时粘接力可达最强,经济性最优。
7  结语
随着科技日新月异,电梯工业的快速发展,电扶梯前沿板的设计也会向多样化及轻量化发展,相对应的胶黏剂、粘接工艺和打胶设备也将随之进一步发展。
参  考  文  献
[1]    李志敏,高起鹏,杨新建.浅谈电梯的组成 [J].科技致富向导 ,2011(12):48-49.
[2]    李少纲,葛超明.浅谈电梯节能技术的推广 [J].能源与节能 ,2011(6):41-42.
[3]    朱俊.聚氨酯胶粘剂主要应用领域现状及发展趋势 [J].化学工业 ,2013,31(11):34-38.
[4]    蔡小燕,杜郢,任筱芳.无溶剂双组分聚氨酯胶粘剂的研究进展 [J].粘接 ,2012,33(3):81-83.
[5]    程时远,李盛彪,黄志强.胶粘剂 [M].3 版.化学工业出版社 ,2008:15-25.
[6]    李绍雄,刘益军.聚氨酯胶粘剂 [M].北京 : 化学工业出版社 ,1998:340-341.
[7]    孔宪志,孙东洲,祝铁军,等.J-189 双组分聚氨酯胶粘剂的研制 [J].粘接 ,2004,25(1):19-21.
[8]    SUDArYANTO,TAKASHI N,SeIJI A,et al.Incorporation of methyl groups into hard segments of segmented polyurethane: micro-phase separation and adhesive properties[J].Int J of Adhesion and Adhesives,2001,21:71-77.[
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[11]  张秀珍.聚氨酯结构胶粘剂的应用及其技术进展 [J].聚氨酯工业 ,1996(3):9-14.
[12]  张斌 ,孙明明 ,张绪刚 ,等.室温固化无溶剂双组分聚氨酯结构胶的研究 [J].湖南大学学报 :自然科学版 ,2007,34(11):61-64.
[13]  徐骏,姚其胜.环保无溶剂型双组分聚氨酯结构胶的研制 [J].中国胶粘剂 ,2013(7):29-33.
Application of Two-Component Polyurethane Structure Adhesive in escalator Comb Base
XU Jun1,2,ZHAO Youzhong1,2,YAO Qisheng1,2
(1.Shanghai Kangda New Material Co.
Ltd,Shanghai 201419,China )
(2.Shanghai e ngineering r esearch Center of Adhesive,Shanghai 201419,China )
Abstract: escalator used in people's daily life widely,in which the comb base is an important structural component.In recent years,polyurethane structural adhesive with good adhesive properties has been developed,which is adaptive lightweight of the escalator.The process requirements,material structure and bonding process of escalators comb base were described.The effects of two-component polyurethane structural adhesive dosage on bonding strength were investigated.The strongest adhesive force and optimum economic were obtained when unit area with adhesive amount was 1.0 kg/m2.
Keywords: two-component;polyurethane (PU);structure adhesive;escalator;comb base
作者简介: 徐骏    男,1978 年出生,硕士,主要从事高分子材料特别是聚氨酯胶粘剂方面的研究与开发。

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