綜合評(píng)價(jià)法在聚氨酯密封膠強(qiáng)度檢驗(yàn)中的應(yīng)用

馬翊翔

(中車(chē)永濟(jì)電機(jī)有限公司,山西 永濟(jì) 044502)

密封膠是一種用于填充接縫空隙的膏狀材料或高粘性流體物料[1],將聚氨酯材料用于密封膠的制備,研制出一種新型的高彈性密封劑,具有較強(qiáng)的防水、密封與粘接優(yōu)勢(shì)[2]。聚氨酯密封膠強(qiáng)度是作為聚氨酯密封膠主要性能參數(shù)之一,直接影響聚氨酯密封膠的使用性能[3]。聚氨酯密封膠強(qiáng)度性能受不同制備材料的影響,且不同材料對(duì)于聚氨酯密封膠強(qiáng)度的影響是同時(shí)存在且彼此關(guān)聯(lián)的[4]?；诖?為綜合考慮不同材料(影響因素)對(duì)于聚氨酯密封膠強(qiáng)度的共同作用,提出基于綜合評(píng)價(jià)法的聚氨酯密封膠強(qiáng)度分析方法,定量分析影響聚氨酯密封膠強(qiáng)度性能影響因素的定性描述,通過(guò)全面分析各影響因素,獲取更加可靠的聚氨酯密封膠強(qiáng)度分析結(jié)果。

1 聚氨酯密封膠制備

1.1 聚氨酯密封膠制備所用材料

主要材料:N220、330N聚醚多元醇(工業(yè)級(jí)),上海閔科新材料有限公司;DOP鄰苯二甲酸二辛脂(工業(yè)級(jí)),安徽合肥安邦化工有限公司;MDI二苯甲烷二異氰酸酯(工業(yè)級(jí)),廣州增茂化工科技有限公司;DBTDL二月桂酸二丁基錫(分析純),深圳拓建生物科技有限公司;PZ005惡唑烷類(lèi)潛固化劑,河北普智偉業(yè)防水材料有限公司;ALT102二亞胺類(lèi)潛固化劑,江陰萬(wàn)千化學(xué)品有限公司;600目滑石粉,廣州市恒晟材料有限公司;800目輕質(zhì)碳酸鈣,廣州市恒晟材料有限公司;分散劑,青島集思高分子材料有限公司;消泡劑,廣東中聯(lián)邦精細(xì)化工有限公司;甲苯(分析純),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;二正丁胺(分析純),國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 聚氨酯密封膠制備所用儀器

主要儀器為:50-5000三口燒瓶,鹽城協(xié)盈機(jī)械制造有限公司;蛇形-200mm冷凝管,成都典銳實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;PTHW-2000ML恒溫電熱套,上海予華儀器設(shè)備有限公司;RSP280抽真空設(shè)備,豪可德真空科技(上海)有限公司;CSXJ行星攪拌混合器,馳勒(上海)機(jī)械科技有限公司;DC-01控溫儀,上海方銳儀器有限公司;HWLY-2.2KW三軸研磨機(jī),上海赫維機(jī)電設(shè)備有限公司;DWD-300M電子拉力數(shù)顯機(jī),濟(jì)南中路昌試驗(yàn)機(jī)制造有限公司;NDJ-8S旋轉(zhuǎn)黏度計(jì),上海平軒科學(xué)儀器有限公司;TY9000紅外光譜儀,青島精誠(chéng)儀器儀表有限公司。

1.3 聚氨酯密封膠制備過(guò)程

1.3.1密封膠預(yù)聚物制備

在三口燒瓶?jī)?nèi)依照固定比例分別添加聚醚多元醇N220、聚醚多元醇330N和鄰苯二甲酸二辛脂,將抽真空設(shè)備溫度設(shè)定為115 ℃[5],將裝有混合試劑的三口燒瓶置入抽真空設(shè)備內(nèi)進(jìn)行真空脫水操作,時(shí)間設(shè)定為105 min。取出三口燒瓶在其溫度降至60 ℃以下后,在其中添加計(jì)量的二苯甲烷二異氰酸酯,維持60 ℃不變,反應(yīng)時(shí)間設(shè)定為30 min。30 min后將其加熱到85 ℃,直到異氰酸酯的含量達(dá)到理論值[6],獲取密封膠預(yù)聚物。利用紅外光譜儀與甲苯-二正丁胺法檢測(cè)密封膠預(yù)聚物內(nèi)異氰酸酯基含量波動(dòng)[7]。

1.3.2密封膠制備

按照一定的比例,將所制得的密封膠預(yù)聚體與滑石粉、輕質(zhì)碳酸鈣混合在一起,用行星式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。設(shè)定攪拌溫度為60 ℃,攪拌至試劑完全融合[8]。將分散劑、消泡劑及各種種類(lèi)的潛固化劑加入到反應(yīng)液中,經(jīng)攪拌器攪拌60 min后出料,由此獲取聚氨酯密封膠樣本。添加不同類(lèi)型潛固化劑樣本分別命名為樣本A(添加2種固化劑)、樣本B(添加惡唑烷類(lèi)潛固化劑)和樣本C(添加二亞胺類(lèi)潛固化劑)。

2 基于綜合評(píng)價(jià)法的強(qiáng)度分析方法設(shè)計(jì)

2.1 構(gòu)建模糊因素集合

構(gòu)建模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)因素集合,選取具有代表性的、影響聚氨酯密封膠強(qiáng)度的因素(即聚氨酯密封膠制備的主要材料與環(huán)境)作為評(píng)價(jià)因子[9]。利用P={p1,p2,…,pi}表示聚氨酯密封膠強(qiáng)度模糊綜合評(píng)價(jià)因素集合,其中pi表示第i個(gè)聚氨酯密封膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)因子。

2.2 確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

用B表示聚氨酯密封膠強(qiáng)度指標(biāo)分級(jí)的集合,公式描述為B={b1,b2,…,bj},其中bj表示評(píng)價(jià)的第j級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),依據(jù)聚氨酯密封膠強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)[10],取j值為5。

2.3 構(gòu)建評(píng)價(jià)矩陣

參考聚氨酯密封膠使用的強(qiáng)度劃分規(guī)范,并且通過(guò)“三角模糊數(shù)”、“降半梯形模糊數(shù)”、“升半梯形模糊數(shù)”,構(gòu)建聚氨酯密封膠指標(biāo)因子的隸屬度函數(shù)[11]。相關(guān)規(guī)范內(nèi),第4級(jí)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值Zi4與第5級(jí)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值Zi5為臨界值。但該臨界值在本質(zhì)上為區(qū)分值,缺少第4級(jí)強(qiáng)度至與第5級(jí)強(qiáng)度間的過(guò)渡,導(dǎo)致隸屬度函數(shù)具有“間斷”或“重復(fù)”問(wèn)題[12]。部分實(shí)際為第4級(jí)強(qiáng)度的聚氨酯密封膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)結(jié)果為第5級(jí)強(qiáng)度,導(dǎo)致針對(duì)具有第5級(jí)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的聚氨酯密封膠評(píng)價(jià)無(wú)法構(gòu)建出第5級(jí)強(qiáng)度的隸屬度函數(shù)(包含Zi5-Zi4=0),分析結(jié)果易出現(xiàn)偏差的問(wèn)題。設(shè)置Zi3為第3級(jí)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,基于三角模糊數(shù)對(duì)第4級(jí)強(qiáng)度隸屬度函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)定約束條件:Zi5-Zi4=Zi4-Zi3,由此構(gòu)建第4級(jí)強(qiáng)度與第5級(jí)強(qiáng)度聚氨酯密封膠的隸屬度函數(shù)。

優(yōu)化后的聚氨酯密封膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)隸屬度函數(shù)可保障聚氨酯密封膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)過(guò)程中第1級(jí)強(qiáng)度至第5級(jí)強(qiáng)度指標(biāo)隸屬度關(guān)系存在連續(xù)性,更滿(mǎn)足聚氨酯密封膠使用強(qiáng)度規(guī)范。

在pi隸屬于第1級(jí)強(qiáng)度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(1)

式中:ri1表示第1級(jí)強(qiáng)度隸屬度函數(shù);xi表示所制備聚氨酯密封膠強(qiáng)度系數(shù);Zi1表示第一級(jí)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;Zi2表示第2級(jí)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

在pi隸屬于第2級(jí)強(qiáng)度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(2)

式中:ri2表示第2級(jí)強(qiáng)度隸屬度函數(shù)。

在pi隸屬于第3級(jí)強(qiáng)度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(3)

式中:ri3表示第3級(jí)強(qiáng)度隸屬度函數(shù)。

在pi隸屬于第4級(jí)強(qiáng)度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(4)

式中:ri4表示第4級(jí)強(qiáng)度隸屬度函數(shù)。

在pi隸屬于第5級(jí)強(qiáng)度的條件下,隸屬度函數(shù)公式描述如下:

(5)

式中:ri5表示第5級(jí)強(qiáng)度隸屬度函數(shù)。

依照模糊數(shù)據(jù)確定聚氨酯密封膠強(qiáng)度評(píng)價(jià)因子Pi對(duì)B的隸屬度,該隸屬度可用Ri=表示,用R={Ri1,Ri2,…,Rij}表示由P至B的模糊關(guān)系,通過(guò)矩陣形式描述Ri,得到:

(6)

式中:rij表示第j級(jí)強(qiáng)度隸屬度函數(shù)。

2.4 構(gòu)建權(quán)重矩陣

由于在聚氨酯密封膠強(qiáng)度分析過(guò)程中,因子集P內(nèi)不同評(píng)價(jià)因子pi的作用、貢獻(xiàn)以及影響等重要性水平有所差異,因此有必要對(duì)參與評(píng)價(jià)指標(biāo)因子實(shí)施賦權(quán)。本文采用客觀(guān)賦權(quán)法中的強(qiáng)度貢獻(xiàn)率法對(duì)聚氨酯密封膠強(qiáng)度影響的水平進(jìn)賦權(quán)行[13],該賦權(quán)方法是一種動(dòng)態(tài)/變權(quán)賦權(quán)法,不僅能夠突出主要強(qiáng)度指標(biāo)的影響,同時(shí)也兼顧單一強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)聚氨酯密封膠的整體影響,式(7)～式(9)為權(quán)重計(jì)算公式:

(7)

(8)

(9)

2.5 模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)

在確定P、B和R后,利用權(quán)重矩陣W構(gòu)建運(yùn)算規(guī)則,即可構(gòu)建聚氨酯密封膠評(píng)價(jià)對(duì)象同各評(píng)價(jià)等級(jí)模糊綜合關(guān)系的隸屬度矩陣G:

G=WR|k|=(a1,a2,…,aj)

(10)

式中:k表示模糊運(yùn)算參量;a表示聚氨酯密封膠強(qiáng)度影響因子隸屬于不同評(píng)價(jià)等級(jí)的程度值。

3 應(yīng)用與結(jié)果分析

3.1 構(gòu)建模糊因素集合

選取聚醚多元醇N220比重、聚醚多元醇330N比重、鄰苯二甲酸二辛脂比重、二苯甲烷二異氰酸酯比重、固化劑比重與溫度等聚氨酯密封膠制備材料與環(huán)境作為影響聚氨酯密封膠強(qiáng)度的主要影響因素,構(gòu)建模糊因素集合。

3.2 確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

將聚氨酯密封膠強(qiáng)度劃分為5個(gè)等級(jí),具體如表1所示。

表1 聚氨酯密封膠強(qiáng)度劃分結(jié)果

3.3 計(jì)算權(quán)重

計(jì)算各聚氨酯密封膠強(qiáng)度影響因素的權(quán)重值,所得結(jié)果如表2所示。

表2 各樣本內(nèi)不同影響因素權(quán)重值計(jì)算結(jié)果

由表2可知,本文所制備的3個(gè)聚氨酯密封膠樣本中,固化劑類(lèi)型是影響聚氨酯密封膠強(qiáng)度的主要因素;二苯甲烷二異氰酸酯比重在各響應(yīng)因素內(nèi)所占權(quán)重最低。不同樣本的聚醚多元醇N220比重和聚醚多元醇330N比重所占權(quán)重均為一致,剩余各影響因素的權(quán)重差異較為顯著。

3.4 樣本強(qiáng)度分析結(jié)果

不同樣本強(qiáng)度性能分析結(jié)果如表3所示。

表3 不同樣本強(qiáng)度性能分析結(jié)果

由表3可知,聚氨酯密封膠強(qiáng)度分析結(jié)果最高的為A樣本,即添加兩種不同固化劑所制備的樣本,其強(qiáng)度綜合指數(shù)與強(qiáng)度等級(jí)分別為72.26和第2等級(jí)。與分別添加一種固化劑的2個(gè)聚氨酯密封膠樣本(B樣本和C樣本)相比,添加2種固化劑的聚氨酯密封膠樣本強(qiáng)度更高。

3.5 強(qiáng)度分析結(jié)果對(duì)比

根據(jù)電子拉力數(shù)顯機(jī)獲取的聚氨酯密封膠強(qiáng)度結(jié)果計(jì)算各樣本強(qiáng)度,對(duì)比本文方法所獲得的聚氨酯密封膠強(qiáng)度分析結(jié)果與利用電子拉力數(shù)顯機(jī)獲取的聚氨酯密封膠強(qiáng)度結(jié)果,所得結(jié)果如圖1所示。

圖1 強(qiáng)度分析結(jié)果對(duì)比

由圖1可知,本文方法對(duì)各聚氨酯密封膠強(qiáng)度的分析結(jié)果與電子拉力數(shù)顯機(jī)獲取的聚氨酯密封膠強(qiáng)度結(jié)果完全一致,說(shuō)明本文方法具有可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)解決目標(biāo)分類(lèi)、分類(lèi)劃分標(biāo)準(zhǔn)等模糊性概念的不確定問(wèn)題具有較高的應(yīng)用性?？紤]聚氨酯密封膠強(qiáng)度受不同制備材料的共同影響,且不同材料對(duì)聚氨酯密封膠強(qiáng)度的影響是同時(shí)存在且彼此關(guān)聯(lián)的。基于此本文研究模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法在聚氨酯密封膠強(qiáng)度分析中的應(yīng)用。制備三種不同聚氨酯密封膠樣本,通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)影響聚氨酯密封膠強(qiáng)度的主要因素為固化劑類(lèi)型,且本文方法分析結(jié)果與采用電子拉力數(shù)顯機(jī)獲取的結(jié)果完全一致。根據(jù)分析結(jié)果有針對(duì)性地完善聚氨酯密封膠制備過(guò)程中不同材料的使用量與使用環(huán)境,從整體上提升聚氨酯密封膠的強(qiáng)度性能。