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喷涂聚脲弹性体技术及在运动场地建设中的应用展望


喷涂聚脲弹性体技术及在运动场地建设中的应用展望
张春燕 1 (聊城大学体育学院 钟明宝 2 山东 聊城 252059)

现代生活质量的提高,尤其是我国城市化的进程加快,人们对运动设施需求量越来大, 要求也越来越高, 在科技高速发展的现代社会与市场经济的发展中, 应用于运动场地的材料 也会越来越多,在运功场地的地面铺设中,近年来兴起的一种适应环保需求

而研制、开发的 一种新型绿色材料——喷涂聚脲弹性体 (Spray Polyurea Elastomer, 以下简称 SPUA) SPUA 。 技术是继高固体分涂料、水性涂料、光固化(UV)涂料、粉末涂料等之后研制的一种新型 无溶剂、无污染的喷涂技术,是喷涂工业技术的一次革新,该技术可广泛应用于石油化工、 防水工程、道具制作、车间地坪、体育设施工程等领域,其优异的物理力学性能及适用性能 将给建设、机械、化工矿山等行业带来全新的发展,尤其是出色的防滑,耐磨性能,能有效 地防止运动员滑倒或摔伤,提高运动成绩,且外观非常均匀,美观实用。作为一种绿色与高 科技含量的喷涂聚脲弹性体, 必将在我国运动设施建设中呈现出十分广阔的应用前景。 本文 主要通过该技术的基本性能特点和施工工艺介绍, 促进该技术在体育场地设施中的推广与应 用,为提高体育设施的科技含量,更好的服务于人们对体育运动和健身活动。 1 SPUA 的研发历程 SPUA 技术的发展,德国、美国发源地,最早开发喷涂聚氨酯(SPU)以及聚氨酯/聚脲 弹性体技术的是 Bayer、BASF、Futura 和 Uniroyal 公司。20 世纪 80 年代中期,Austin 在实 验室,研发成功 SPUA 技术。20 世纪 90 年代,美国率先开发并投入商业应用,显示出其优 异的综合性能,经过不断的总结和提高。目前,北美地区已逐步淘汰 SPU/SPUA 体系,正 全面推广 SPUA 体系,澳大利亚、日本和韩国在九十年代分别引进该技术,并相继投入商 业应用。由于研发 APUA 配方和工艺的难度比较大,澳大利亚及东南亚一般采用从设备到 原料全盘进口、或合资建厂的办法。我国海洋化工研究院在 1995 年首先开展 APUA 技术的 前期探索研究工作, 随后几年国内厂家开始购置设备, 进行产品设计和开发具有自主知识产 权的 APUA 配方体系,并已推出适合我国国情中、低价位水平为 SPUA(A)系列化产品和 具有自主知识产权的关键原材料A621 系列端氨基聚醚, 2003 年 1 月通过了国家经贸委组织 有关专家的技术鉴定,达到国际先进水平, 为我国“喷涂聚脲弹性体技术”的大规模推广和 普及提供了可靠的保证,并在青岛、上海、大连等工程中成功应用。 2 SPUA 的基本性能 SPUA 材料的主要原料是由异氰酸酯组份(简称 A 组份)与氨基化合物组份(简称 R 组份)反应生成的一种弹性体物质。其中的 R 组份必须是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组 成,在端氨基树脂中,不得含有任何羟基成分和催化剂,但可以含有便于颜料分散的助剂。 根据喷涂聚氨酯(脲)弹性体技术所用材料的组成和特性的不同,该领域的喷涂技术从聚氨 酯(PU) 、聚氨酯/聚脲(PU/PUA) 、纯聚脲(PUA)到现在的喷涂 3 个阶段。SPUA 技术是 在聚氨酯反应注射成型 (RI)技术的基础上发展起来的, 结合了聚脲树脂的反应特性和 RIM 技术的快速混合、 快速成型的特点, 可以进行施工现场各类大面积形状复杂的表面涂层处理。 采用这种工艺技术, 基于聚脲树脂的反应特点, 通过调整反应体系中材料的配比得到不同性

作者简介: ,女,高级讲师,主要研究方向为体育法学与体育建筑 作者简介:1 张春燕(1968-) 工作单位:山东,聊城大学体育学院(252059)
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钟明宝(1967-) ,男,副教授,主要研究方向为运动训练学 电子邮箱:zmb6711@sina.com

工作单位:山东,聊城大学体育学院(252059) 联系电话:13696350155

能和不同固化时间涂层,不同柔性、韧性到硬度较大的各类耐冲击磨损涂层,其固化时间可 以调节,从几秒到很长时间。SPUA 喷涂的聚脲弹性体涂层的主要性能特点如下: 1)不含催化剂,可以实现所需要的快速固化时间;可在任意曲面、斜面及垂直面上喷 涂成型,不产生流挂现象,可在 5s 左右达到凝胶(一般在 30~50s 左右),1 min 即可达到步 行强度,对水分和湿气不敏感,施工时不受环境温度、湿度的影响,可以在潮湿环境和接口 上固化而不影响其性能,在-28℃左右施工不影响其施用性。 2)100%的高固含量,无任何溶剂和影响强度的助剂,无污染,对环境影响小,是真正 的不含有机挥发物的绿色产品。
3)具有非常优异的柔韧性、耐磨性及本体拉伸强度等物理力学性能。对钢材、铝、混凝土、沥青等底材有 着非常良好的连接强度,自身的耐老化性能也十分突出。

4)优良的耐高、低温性能,在-25℃~150℃温度范围内能具有良好的热稳定性能,可以 长期使用。 5)可以根据配方调节得到从软橡胶(邵 A 硬度 30)到硬质弹性体(邵 D 硬度 65)的 不同性能的材料。 6)可以加入各种颜料制成不同颜色制品,可掺入其它填料如短玻璃丝纤维等对材料进 行增强。 7)采用专用施工设备,施工效率高。 SPUA 材料有着非常优越的物理力学性能, 分别见表 1、 2 和表 3 所示。 表 其中用 UVB313 灯进行抗紫外线连续耐老化试验,试验温度为 5 0 度,试验时间为 3871 小时,耐老化 性能无与伦比。SPUA 材料的多种优良性能,无不与 SPUA 材料稳定的分子结构有关。 表1 聚脲弹性体的综合物理力学性能 物理力学性能 拉伸强度(MPa) 邵氏硬度 撕裂强度 (KN/m) 伸长率 (%) 与砼粘接( MPa) 表2 性能指针 10—27.5 30A-65D 43.9-105.4 420—1000 >2.8 物理力学性能 性能指针 与铝板的粘接(喷砂处理) >13.7 与铝的粘接 MPa >13.7 耐磨性能 小于 45 冲击性能 大于 50

聚脲弹性体的低温物理力学性能( 聚脲弹性体的低温物理力学性能(零下 20 度) 性能指针 >10 43.9--105.4 100--500 聚脲弹性体涂层的耐老化性 老化前 13.5 76.4 134 力学性能 13,5 84.4 110

物理力学性能 拉伸强度(MPa) 撕裂强度 (KN/m) 伸长率 (%) 表3 物理力学性能 拉伸强度(MPa) 撕裂强度 (KN/m) 伸长率 (%) 3

SPUA 技术的施工工艺 喷涂聚脲弹性体技术是在聚氨酯反应注射成型技术的基础上发展起来的, 结合了聚脲树 脂的反应特性和 RIM 技术的快速混合、快速成型的特点。采用这种工艺技术,通过调整反 应体系中材料的配比得到不同性能和不同固化时间涂层, 不同柔性、 韧性到硬度较大的耐冲 击磨损涂层,其固化时间可以调节,从几秒到很长时间。喷涂聚脲弹性体技术的关键主要有 两方面,一是氨基聚醚、液态胺扩链剂与异氰酸酷的反应原理及其工业化,二是喷涂所需要 的专业化设备。

3.1 设备要求 由于 A ,R 组分的化学活性极高,混合后粘度会迅速增大,SPUA物料的固化速度 极快, 对喷涂设备的要求远远超过对SPU和SPU/SPUA, 如果没有适当的混合及成型 设备,这一反应是不可控制的。设备概括起来有五方面:1)平稳的物料输送系统;2)精确 的物料计量系统;3)均匀的物料混合系统;4)良好的物料雾化系统;5)方便的物料清洗 系统。具体为 H-35 主机 1 台,GX-7-400 喷枪 1 把,抽料泵 2 支,洗枪罐 1 个,加热保温管 18~93 米;10 公斤、0.8 立方米空压机 1 台,10 公斤、0.8 立方米油水分离器 1 台,5 吨保 温集装箱车 1 辆,10~15KW 发电车 1 辆。 3.2 操作方法 喷涂设备由 H 系列主机和 GX-7 系列喷枪组成。 施工时将主机配置的 2 支抽料泵分别插 入装有 A、R 原料桶内,借助主机产生的高压(24Mpa)将原料推入喷枪混合室,进行混合、 雾化后喷出。在到达基层的同时,涂料几乎已近凝胶,5~10s 后,涂层完全固化。一次喷 涂厚度为 1.5mm 左右,达到规定厚度只需反复喷涂(间隔 5s 以上) ,涂层总成膜厚度不限。 可根据用户的要求喷涂不同色彩的材料。一些工程(如乒乓球、羽毛球等球类比赛场地)对 材料的抗湿滑性有较高的要求。若采用普通橡胶、塑料或涂料等材料,由于运动员比赛时大 量出汗,易产生湿滑现象,不仅影响比赛正常进行,还会造成人员受伤。SPUA 材料在潮湿 状态下的摩擦系数与干燥状态的相差较小,且可利用喷涂技巧人为制造均匀的“自防滑”粗 糙表面,产生良好的抗湿滑性能。由于表面颗粒与基材材质的组成一致,使喷涂得到的防滑 结构具有良好的耐磨性,长期使用不会脱落,其性能明显优于人工铺撒橡胶粒的防滑结构, 特别适合于防滑要求较高的场所。 3.3 工艺流程 1) 基础处理:运动场地面基础一般为水泥基础或沥青混凝土基础。基面需坚实、完 整、清洁、无尘土、无疏松结构。混凝土表面的水泥浮浆、油脂等需用钢刷、凿锤、喷砂等 方法除去。裂缝、空洞需事先修补好。 2) 检查找平层干燥度,彻底清除表面灰尘,保证防水层良好附着,喷涂聚脲涂层必 须要在相对干燥的接口上才有很好的粘结力。 3) 在干燥、清洁的基层上喷涂 1 道封闭底漆。 4) 喷涂 SPUA 聚脲弹性体厚度约为 1.5mm,原料体系、主机压力及喷枪移动速度视 涂层性质(如厚度、耐老化等)确定。网球场、排球场、篮球场等一般厚度为 4~10mm。 可根据用户要求施工。 5) 用聚氨酯密封剂封边处理。 6) 对有要求的工程在 SPUA 材料表面铺撒金刚砂、石英砂和橡胶粒等防滑粒料。也 可通过调节喷涂工艺, 即通过调节体系的凝胶时间和喷枪角度, 获得具有均匀颗粒的自防滑 毛面,以满足特殊工程的防湿滑要求。这是传统的手工浇注法望尘莫及的。 7) 施工缝、端头缝、穿墙管等不必单独处理,可连续喷涂。施工结束后不必养护,一 般 1~2min 即可上人行走,2h 投入使用。 3.4 注意事项 1)通过对聚脲喷涂弹性体技术的研究和应用,人们发现在拥有好的配方基础上,用好 SPUA 技术关键在于要解决好两个方面的问题, 即基底接口的底涂处理和喷涂机具操作工艺 的掌握。 2)在 SPUA 材料表面铺撒防滑粒(如金刚砂、橡胶粒、石英砂等)的场合,可选用不 含 DETDA 的“漫体系’(slow-system),该体系中的胺扩链剂使用化学活性较低的仲胺或 位阻型伯胺,以降低反应速度,延长凝胶时间,保证有足够的时间,使喷涂材料流平,铺撒 防滑粒料。

4 SPUA 技术发展展望 SPUA 采用成套喷涂设备,输出量大,可连续操作,施工方便,施工效率高;而且几秒 钟凝胶,几分钟即可达到步行强度,喷涂结束后 10 分钟后可达到步行强度,12 小时即可投 入正常使用,可在最短的时间使用,停工时间短;同时,SPUA 材料对水分、湿气小敏感, 施工不受环境温度、湿度的影响。在基层干燥的情况下,无论是北方寒冷季节还是南方梅雨 季节,都可正常施工,对环境条件要求低。因此,SPUA 料能够在较短的时间里在国内外广 泛使用,与其具有优异的施工性能密不可分。 基于 APUA 技术的基本性能,对运动场地设施的建设带来极大的便利。首先,运动场 地的建设具有周期长的特点, 在施工过程中会遇到天气的变化, 特别是南方的多雨和北方的 冰雪,传统的技术于施工工艺往往会造成工期的延长,也会影响施工的质量。SPUA 技术能 较好的克服由此而带的施工困难,为施工技术带来极大的便利。第二,SPUA 的材料具有通 过调整反应体系中材料的配比得到不同柔性、韧性、硬度和颜色的涂层,适应体育运功中不 同项目对场地设施的要求,具有很大的使用范围。第三,SPUA 技术在运动场地的建设中, 具有明显抗湿滑性, 具有良好的防滑效果, 能减少运动过程中因汗水等原因而造成的不必要 的运动损伤。第四,在 SPUA 技术的施工过程或投入使用后,涂层均不产生有害物质和刺 激性气味,是一种绿色材料,对环境保护极为有益。第五,SPUA 具有固化效果,通过简单 的施工方法,将材料从空中落下,形成均匀的防滑颗粒,同时也具有明显的消光效果,有利 于灯光球场和电视转播。因此,如果推广应用 SPUA 技术,必将促进体育运动场地和设施 建设质量的提高,满足人们对体育运动环境的需求,同时也会带动 SPUA 技术的不断完善 和发展。 5 参考文献(略) 参考文献(


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