聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的耐老化性能分析

2020-12-28邹业兵

合成材料老化与应用 2020年6期

徐伟，邹业兵，聂琦

（江西中医药大学体育教学部，南昌江西330004)

塑胶跑道中包含混合聚醚、颜料、助剂以及填料等。塑胶跑道具有良好的平整度、高抗压强度、高硬度以及柔韧性稳定等特点。以上优势的存在使其更加适合运动员速度以及技能的提升，同时也能够减少坠落对于运动员身体的影响。塑胶跑道［1-2］主要是通过橡胶等聚氨酯等材料研制而成，表现出了一定的弹性以及颜色，同时它还具备一定的抗紫外线能力以及抗老化能力，是全球公认的最佳户外运动地面材料。塑胶跑道主要具有如下特点：（1）它是体育科学以及材料科学结合的优秀代表；（2）聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道制造的过程能够全面满足参与者在跑道上的专业需求；（3）聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道［3-4］能够全面通过国际田径跑道的物理性能以及化学性能；（4）聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道包含独立的表面浮雕以及底部凹槽设计，它能够提供对应的减震以及能量回流系统。

本文阐述了聚氨酯合成材料塑胶跑道的制备工艺，重点针对其耐老化性能进行分析探讨，相比传统的塑料跑道，新型的聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道具有较强的抗老化性能。

1 聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的制备

1.1 原材料

图1 给出了聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的工艺生产流程图。

图1 聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的工艺生产流程图Fig.1 Process flow chart of polyurethane rubber synthetic material plastic runway

（1）预聚体

主要为淡黄色透明黏稠液体，游离异氰酸根含量大约在8.6 到9.6 之间，比重大约为1.16，在23℃温度下，粘度大约为40000 厘泊。

（2）色浆

外观是橘红色或者草绿色的粘稠混合料，其中水分大于0.1%，细度低于80μm，在21℃的温度下粘度约为5000 厘泊，其比重大约为1.27。

（3）面胶粒

其中包含橘红色或者草绿色的不规则聚氨酯弹性颗粒，直径大约为3mm～4mm。

（4）黑胶粒

废弃轮胎的胶粒［5-6］，干燥、无纤维以及杂质，粒度大约为11～15 目。

（5）2- 乙基乙酸铅

主要为淡黄色粘稠液体，比重大约为1.14，含铅量大约在39% 以上。

1.2 胶浆的制备以及塑胶跑道铺设

（1）胶浆的制备

在现场施工的过程中，需要将120 份色浆和40 份预聚体分别加入到反应设备中，将其在常温下进行搅拌，再在其中加入2- 乙基乙酸铅的邻苯二甲酸二异辛酯溶液为催化剂，以50 r/min～60 r/min 的速度搅拌2 min～3 min 左右，就能够获取均匀胶浆。

（2）塑胶跑道铺设

塑胶跑道的胶层中包含三种不同的结构，将步骤（1）中的胶浆倒入沥青混凝土基层中，通过工具将其进行摊铺平整［7-9］，经过固化后则能够形成全胶型胶层。假设在上述胶浆中加入40 份黑胶粒，搅拌2 min 之后，倒出摊铺成型，也就是所谓的混合型胶层。双层胶层主要是由上、下两层组成，其中上层为全胶层，下层在施工过程中，需要在胶浆中加入40%～60%的黑胶粒，将其碾压成型。三种胶层都应该在表面未固化前撒上胶粒，将其作为防滑层。胶层在固化之后［10-12］，面胶粒的嵌入深度为颗粒高度的二分之一到三分之二之间，塑胶跑道铺设后固化之后就能够进行使用。

为了使聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道全天候使用，运动场地必须具有良好的排水系统，在沥青混凝土基板下面存在稳定的垫层。

2 聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的耐老化性能分析

为了验证聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的耐老化性能，选取三种不同的指标,与传统跑道进行对比分析。

（1）耐磨性

对比两种不同类型塑胶跑道的耐磨性，设定耐磨性为常数，其中耐磨性的取值越高，则说明其具有较强的耐磨性，具体对比结果见表1。

表1 聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道耐磨性变化情况Table 1 Change of wear resistance of polyurethane rubber synthetic material plastic track

分析表1 数据可知，相比传统的塑胶跑道，聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道耐磨性最高达到98.5dt/dV，最低为88.7dt/dV，高于传统的塑胶跑道，且随着时间增长其耐磨性提升率越明显。

（2）耐光照老化时间

表2 给出两种不同塑胶跑道的耐老化光照时间对比。

表2 聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的耐老化光照时间变化情况Table 2 Variation of aging-resistant light time of polyurethane rubber synthetic material plastic track

分析表2 数据可知，随着聚氨酯橡胶合成材料粘度的增大，塑胶跑道的耐老化性能也不断增大，聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道最大耐光照老化时间为2.37 年，大于传统跑道的1.41 年，说明聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的耐光照老化时间较长，耐光照老化性能较好。

（3）冲击弹性保持率

对比两种塑胶跑道的冲击弹性保持率，结果见表3。

表3 聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的冲击弹性保持率Table 3 Impact elastic retention rate of polyurethane rubber synthetic material plastic track

综合分析表3 数据可知，随着聚氨酯橡胶合成材料粘度的增大，塑胶跑道的冲击弹性保持率一直保持稳定状态，而传统塑胶跑道的冲击弹性保持率逐渐下降。聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的冲击弹性保持率平均值为85.4%，传统塑胶跑道的冲击弹性保持率平均值为77.4%，聚氨酯橡胶合成材料塑胶跑道的冲击弹性保持率明显好于传统的塑胶跑道。使用聚氨酯橡胶合成塑胶跑道具有较高的弹性和硬度，更适用于各项田径运动。