Polyuretaanielastomeeri, joka tunnetaan myös nimellä polyuretaanielastomeeri, on synteettinen polymeerimateriaali, jonka pääketjussa on enemmän uretaaniryhmiä. Se koostuu yleensä oligomeereistä, kuten polyesteristä, polyeetteristä ja polyolefiinista. Se muodostuu lisäämällä ja polymeroimalla asteittain polyoleja, polyisosyanaatteja ja dioleja tai diamiiniketjun jatkajia. Se on elastinen materiaali yleiskumin ja muovin välillä, eli sillä on korkea kumin elastisuus ja muovin korkea lujuus. Sillä on suuri venymä ja laaja kovuusalue; sen kulutuskestävyys, bioyhteensopivuus ja veren yhteensopivuus ovat erityisen erinomaisia. Samalla sillä on myös erinomainen öljynkestävyys, iskunkestävyys, alhaisen lämpötilan kestävyys, säteilynkestävyys ja kuormituksenkestävyys, lämmöneristys, eristys ja muut ominaisuudet. Siksi polyuretaanielastomeerien käyttöalueet ovat hyvin laajat. Siitä on tullut korvaamaton ja arvokas materiaali kansantaloudessa ja ihmisten elämässä.
Polyuretaanielastomeerillä on laaja valikoima ominaisuuksia, mikä liittyy läheisesti sen rakenteeseen ja sen rakenne riippuu monista tekijöistä, kuten reaktanteista, reaktioajasta, reaktiolämpötilasta ja pienetkin muutokset vesipitoisuudessa voivat aiheuttaa polyuretaanielastomeerit Valtava ero mekaanisissa ominaisuuksissa .
1. Yleiskatsaus polyuretaanielastomereihin
Polyuretaanielastomeeri, joka tunnetaan myös nimellä polyuretaanikumi, kuuluu erityiseen synteettiseen kumiin ja on eräänlainen elastinen polymeeri, joka sisältää enemmän uretaaniryhmiä (-NHCOO-) molekyylin pääketjussa. Se on tyypillinen monilohkokopolymeerimateriaali. . Polyuretaanielastomeerit valmistetaan yleensä polyadditioreaktiolla käyttämällä raaka-aineina polymeeripolyoleja, isosyanaatteja, ketjunjatkajia, silloitusaineita ja pieniä määriä apuaineita. Molekyylirakenteen osalta polyuretaanielastomeeri (PUE) on lohkopolymeeri, ja sen molekyyliketju koostuu yleensä kahdesta osasta. Normaalissa lämpötilassa yksi osa on erittäin elastisessa tilassa, jota kutsutaan pehmeäksi segmentiksi; Kiteistä tilaa kutsutaan kovaksi segmentiksi. Yleensä pehmeä segmentti koostuu pitkästä joustavasta polymeeripolyoliketjusta, ja kova segmentti koostuu isosyanaatista ja ketjunjatkajista. Pehmeä segmentti ja kova segmentti on järjestetty vuorotellen muodostamaan toistuvia rakenneyksiköitä. Polyuretaanimolekyylin pääketju sisältää uretaaniryhmän lisäksi polaarisia ryhmiä, kuten eetteri-, esteri- tai urearyhmän. Koska näitä polaarisia ryhmiä on suuri määrä, polyuretaanimolekyyliin ja molekyylien väliin voi muodostua vetysidoksia ja pehmeä segmentti ja kova segmentti ovat termodynaamisesti yhteensopimattomia, mikä saa aikaan kovan segmentin ja pehmeän segmentin muodostumisen. segmentin mikrodomain ja tuottaa mikroskooppisen faasierotusrakenteen. Lineaariset polyuretaanit voivat myös muodostaa fysikaalisia ristisidoksia vetysidoksen kautta. Näiden rakenteellisten ominaisuuksien ansiosta polyuretaanielastomeerien kulutuskestävyys ja sitkeys ovat erinomaiset, ja ne tunnetaan nimellä "kulumista kestävä kumi" [1], ja koska polyuretaaniraaka-aineita on monia erilaisia, raaka-aineiden valikoimaa ja suhdetta voidaan säätää syntetisoimaan tuotteita erilaisia suorituskykyominaisuuksia. Polyuretaanielastomeerien valmistuksessa käytetään laajalti kansantalouden alalla. Vaikka polyuretaanielastomeerin tuotanto ei muodosta pientä osaa polyuretaanituotteista, sen monipuolisuus ja laaja käyttöalue ovat vertaansa vailla muihin materiaaleihin verrattuna. Polyuretaanielastomeerilla on erinomaiset kokonaisominaisuudet ja sen moduuli on tavallisen kumin ja muovin välillä. Sillä on seuraavat ominaisuudet: ①Suuri lujuus ja elastisuus, se voi ylläpitää suurta joustavuutta useilla kovuusalueilla (Shore A10-Shore D75); ②Samalla kovuudella sillä on suurempi kantavuus kuin muilla elastomeereilla; ③ Erinomainen kulutuskestävyys, sen kulutuskestävyys on 2-10 kertaa luonnonkumin kulutuskestävyys; ④ Hyvä väsymiskestävyys ja tärinänkestävyys, sopii korkeataajuisiin poikkeutussovelluksiin; ⑤ Korkea iskunkestävyys; ⑥ Aromaattisen polyuretaanin kestävyys Erinomainen säteilyn, hapenkestävyys ja otsoninkestävyys; ⑦ Erinomainen rasvan ja kemikaalien kestävyys; ⑧ Yleensä vaadittu alhainen kovuus voidaan saavuttaa ilman pehmittimiä, joten pehmittimen siirtymisestä ei aiheudu ongelmia; ⑨ Muovaus ja alhaiset käsittelykustannukset; ⑩Tavallista polyuretaania ei voi käyttää yli 100 asteen lämpötilassa, mutta kaava kestää korkeita 140 asteen lämpötiloja. Normaaleissa olosuhteissa polyuretaanielastomeerituotteilla on metallimateriaaleihin verrattuna etuja: kevyt paino, häviönkestävyys, alhainen ääni, alhaiset käsittelykustannukset ja korroosionkestävyys; verrattuna kumiin, polyuretaanielastomeerien kulutuskestävyys, leikkauskestävyys, repeytymiskestävyys, korkea kantavuus, kaadettava, juomakelpoinen, läpinäkyvä tai läpikuultava, otsoninkestävyys, kovuusalue ja muita etuja; Muoveihin verrattuna polyuretaanielastomeerien etuna on haurauden puuttuminen, elastisuusmuisti, kulutuskestävyys jne. Polyesterielastomeerien käsittelymenetelmiä on useita, uusia teknologioita ja uusia lajikkeita ilmaantuu jatkuvasti, ja käyttömahdollisuudet ovat hyvin laajat [2] .
2. Polyuretaanielastomeerin käsittelytekniikka
Laboratoriossa polyuretaanielastomeerit syntetisoidaan yleensä käsinvalavilla esipolymeerimenetelmillä, mukaan lukien yksivaiheinen menetelmä, esipolymeerimenetelmä ja puoliesipolymeerimenetelmä.
Yksivaiheinen menetelmä on lisätä kaavaan di-isosyanaattia, polyolia, katalyyttiä ja muita apuaineita kerralla ja kaada se muottiin nopean sekoituksen jälkeen polyuretaanielastomeerituotteen valmistamiseksi. Vaikka yksivaiheisella menetelmällä saadulla tuotteella on huono suorituskyvyn tasaisuus ja toistettavuus ja se voi tuoda reaktiojärjestelmään suuren määrän ilmakuplia, joten tuotteessa on suuri määrä tuotteita, tämän menetelmän prosessi on yksinkertainen, säästää energiaa ja alentaa kustannuksia, joten tätä menetelmää käytetään pääasiassa sitä käytetään vaahdotusteollisuudessa, mutta sitä käytetään harvoin valettujen polyuretaanielastomeerien valmistuksessa [3]. Tällä hetkellä eräiden uusien muovausprosessien, kuten reaktioruiskuvalutekniikan (RIM) syntymisen myötä, yksivaiheista menetelmää on myös kehitetty nopeammin.
Esipolymeerimenetelmällä valmistettu polyuretaanielastomeeri on jaettu kahteen vaiheeseen, joten sitä kutsutaan myös kaksivaiheiseksi menetelmäksi. Ensin oligomeerialkoholi ja ylimääräinen polyisosyanaatti saatetaan reagoimaan esipolymeerin muodostamiseksi, jonka päätyryhmässä on NCO-ryhmä, ja sitten polymeeri saatetaan reagoimaan ketjunjatkajan kanssa valun aikana polyuretaanielastomeerin valmistamiseksi. Tätä menetelmää käytetään enimmäkseen polyuretaanin elastisuuden valmistuksessa. Haittana on, että esipolymeeri on herkkä lämpötilalle, vaatii paljon laitteistoa valun aikana ja sillä on pitkä prosessi. Ero puoliesipolymeerimenetelmän ja esipolymeerimenetelmän välillä on se, että esipolymeeriin lisätään seoksena joitain polyesteripolyoleja tai polyeetteripolyoleja, ketjunjatkajia, kemiallisia lisäaineita jne. Toisin sanoen kaavan oligomeeripolyoli jaetaan osiin, yksi osa saatetaan reagoimaan di-isosyanaatin ylimäärän kanssa esipolymeerin syntetisoimiseksi ja toinen osa sekoitetaan ketjunjatkajaan ja lisätään injektion aikana. Vapaan NCO:n massaosuus saadussa esipolymeerissä on suhteellisen korkea, yleensä 0.12-0,15 (12 prosenttia - prosenttia), joten tätä esipolymeeriä kutsutaan usein "kvasesipolymeeriksi". Puoliesipolymeerimenetelmän ominaisuudet: ① Esipolymeerikomponentin viskositeetti on alhainen ja se voidaan säätää vastaamaan kovetusaineen sekakomponentin viskositeettia; ② Suhde on myös lähellä (eli sekoitusmassasuhde voi olla 1:1). Tämä ei ainoastaan paranna sekoituksen tasaisuutta, vaan myös parantaa joitakin elastisuusominaisuuksia. Tällä menetelmällä teollistuminen on helppo toteuttaa: edellä mainituista kolmesta menetelmästä yleisesti ottaen esipolymeerimenetelmällä valmistetun polyuretaanielastomeerin suorituskyky on paras ja yksivaiheisella menetelmällä huonoin. Tämä johtuu siitä, että yksivaiheisessa menetelmässä polymerointi- ja ketjunpidennysreaktiot suoritetaan samanaikaisesti. Reaktion myöhemmässä vaiheessa systeemin viskositeetin jyrkän kasvun vuoksi molekyyliketjun aktiivisuutta säätelee diffuusioreaktio, reaktio ei ole täydellinen ja saadun polyuretaanielastomeerin molekyylipaino on suhteellinen. pieni. Rakenne ei ole tasainen, mikä vaikuttaa polyuretaanielastomeerin suorituskykyyn. Esipolymeerimenetelmässä polyuretaaniesipolymeerin reaktio sekä polyuretaaniesipolymeerin ja ketjunjatkajan välinen reaktio suoritetaan vaihe vaiheelta, ja ne ovat kaikki kontrolloitavissa olevia reaktioita. Reaktio on suhteellisen perusteellinen ja saatu polyuretaani elastinen. Bulkkimolekyylipaino on suhteellisen suuri ja rakenne suhteellisen tasainen, mikä edistää vetysidosten muodostumista makromolekyylien välille, mikä parantaa polyuretaanielastomeerin suorituskykyä. Puoliesipolymeerimenetelmällä valmistetun polyuretaanielastomeerin ominaisuudet ovat esipolymeerimenetelmän ja yksivaiheisen menetelmän välissä ja reaktiolämpötila on matala, mikä soveltuu teolliseen tuotantoon. Tässä artikkelissa käsitellään polyuretaanielastomeerien rakenteen ja ominaisuuksien välistä suhdetta, jotka kaikki syntetisoidaan esipolymeerimenetelmällä.
3. Polyuretaanielastomeerien rakenne ja ominaisuudet
Polyuretaanielastomeerien mekaaniset ominaisuudet liittyvät suoraan polyuretaanielastomeerien sisäiseen rakenteeseen, ja niiden mikrorakenteeseen ja morfologiaan vaikuttaa voimakkaasti polaaristen ryhmien välinen vuorovaikutus, kuten pehmeiden ja kovien segmenttien tyyppi, rakenne ja morfologia. Polyuretaanielastomeerien mekaaniset ominaisuudet ja lämmönkestävyys. Viime vuosina on alettu tutkia polyuretaanielastomeerien mekaanisten ominaisuuksien ja niiden aggregoituneiden rakenteiden ja mikrorakenteiden välistä suhdetta.
a. Polyuretaanielastomeerin mikrofaasierotusrakenne
Polyuretaanin ominaisuuksiin vaikuttaa pääasiassa makromolekyyliketjun morfologinen rakenne. Polyuretaanin ainutlaatuinen joustavuus ja erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet selittyvät kaksifaasisella morfologialla. Mikrofaasierotteluaste ja polyuretaanielastomeerien pehmeiden ja kovien segmenttien kaksifaasinen rakenne ovat kriittisiä niiden suorituskyvyn kannalta. Kohtalainen faasierotus on edullinen parantamaan polymeerin ominaisuuksia. Mikrofaasierotuksen erotusprosessi on se, että kovan ja pehmeän segmentin välinen napaisuusero ja itse kovan segmentin kiteisyys johtavat niiden termodynaamiseen yhteensopimattomuuteen (sekoittumattomuuteen) ja taipumukseen spontaaniin faasien erottumiseen, joten kova segmentti on helppo. aggregoitua yhteen muodostaen domeeneja, jotka hajaantuvat pehmeiden segmenttien muodostamaan jatkuvaan faasiin. Mikrofaasierotusprosessi on itse asiassa kopolymeerijärjestelmän elastomeerin kovan segmentin erotus- ja aggregaatio- tai kiteytysprosessi.
Amerikkalainen tutkija Cooper ehdotti ensimmäisenä polyuretaanin mikrofaasierotuksen ilmiötä. Sen jälkeen tehtiin paljon tutkimustyötä polyuretaanin rakenteesta [4]. Myös polyuretaanin kiviainesrakenteen tutkimus eteni ja muodosti suhteellisen täydellisen rakenteen. [5]-järjestelmän mikrofaasirakenneteoria: Lohkopolyuretaanijärjestelmässä kovan ja pehmeän segmentin mikrofaasierottelu indusoituu segmentin ja pehmeän segmentin termodynaamisesta yhteensopimattomuudesta. Kovien segmenttien välisten segmenttien vetovoima on paljon suurempi kuin pehmeiden segmenttien välissä olevien segmenttien vetovoima. Kovat segmentit ovat liukenemattomia pehmeän segmentin faasiin, mutta jakautuvat siihen muodostaen epäjatkuvan mikrofaasirakenteen (meri-saarekerakenne). Sillä on fyysinen yhdistävä ja vahvistava rooli pehmeässä segmentissä. Mikrofaasierotusprosessissa kovien segmenttien välinen lisääntynyt vuorovaikutus helpottaa kovien segmenttien erottamista järjestelmästä ja aggregoitumista tai kiteytymistä edistäen mikrofaasien erotusta. Tietysti muovifaasin ja kumifaasin välillä on tietty yhteensopivuus, ja muovisten mikroalueiden ja kumisten mikroalueiden väliset faasit sekoitetaan läpivirtausfaasin muodostamiseksi. Samaan aikaan on ehdotettu myös muita mikrofaasierotukseen liittyviä malleja, kuten Seymour [6] ja muut ehdottivat, että kova segmentti ja pehmeä segmentti rikastetut alueet muodostavat jatkuvan silloitetun verkon keskenään. Paik Sung ja Schneide [7] ehdottivat realistisempaa mikrofaasierotusrakennemallia: mikrofaasien erotusaste uretaanissa on epätäydellinen, ei täysin mikrofaasien rinnakkaiseloa, mutta sisältää sekalaisia pehmeäsegmenttiyksiköitä. Mikroalueen segmenttien välillä tapahtuu sekoittumista, mikä vaikuttaa tietyssä määrin materiaalin morfologiaan ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Pehmeä segmentti sisältää kovia segmenttejä, mikä voi johtaa muutokseen pehmeän segmentin lasittumislämpötilassa. Kirkkaasti parannettu, kaventaen alhaisissa lämpötiloissa käytettävien materiaalien valikoimaa. Pehmeiden segmenttien sisällyttäminen kovien segmenttien alueisiin voi alentaa kovien segmenttien alueiden lasittumislämpötilaa, mikä vähentää materiaalin lämmönkestävyyttä.
b. Polyuretaanielastomeerien vetysidoskäyttäytyminen
Vetysidoksia on typpiatomeja sisältävien ryhmien ja voimakkaan elektronegatiivisuuden omaavien happiatomien ja vetyatomeja sisältävien ryhmien välillä. Ryhmien koheesioenergia liittyy ryhmien koheesioenergian kokoon. Segmenttien välillä on enimmäkseen vahvoja vetysidoksia. Raporttien mukaan useimmat imiiniryhmistä polyuretaanin makromolekyylien eri ryhmissä voivat muodostaa vetysidoksia, ja suurin osa niistä muodostuu kovan segmentin imiiniryhmistä ja karbonyyliryhmistä ja pieni osa muodostuu eetterin hapen kanssa. pehmeässä segmentissä. muodostuu ryhmä tai esterikarbonyyli. Verrattuna molekyylin sisäisten kemiallisten sidosten sidosvoimaan vetysidosvoima on paljon pienempi. Kuitenkin suuri määrä vetysidoksia polaarisissa polymeereissä on myös yksi tärkeimmistä suorituskykyyn vaikuttavista tekijöistä. Vetysidokset ovat palautuvia. Alhaisemmissa lämpötiloissa seksuaalisten segmenttien tiivis sijoittuminen edistää vetysidosten muodostumista: korkeammissa lämpötiloissa segmentit saavat energiaa ja käyvät läpi lämpöliikettä, segmenttien ja molekyylien välinen etäisyys kasvaa ja vetysidokset heikkenevät tai jopa katoavat. Vetysidoksilla on fysikaalisen silloittamisen rooli, mikä voi tehdä polyuretaanirungosta suuremman lujuuden, kulutuskestävyyden, liuotinkestävyyden ja pienemmän vetolujuuden pysyvän muodonmuutoksen. Mitä enemmän vetysidoksia on, sitä vahvemmat ovat molekyylien väliset voimat ja sitä suurempi on materiaalin lujuus. Vetysidosten määrä vaikuttaa suoraan järjestelmän mikrofaasidifferentioitumisasteeseen [8].
c. Kiteisyys
Lineaarinen polyuretaani, jolla on säännöllinen rakenne, polaarisemmat ja jäykemmät ryhmät, enemmän molekyylien välisiä vetysidoksia ja hyvä kiteisyys, on parantanut joitakin polyuretaanimateriaalin ominaisuuksia, kuten lujuutta ja liuotinkestävyyttä. Polyuretaanimateriaalien kovuus, lujuus ja pehmenemispiste kasvavat kiteisyyden kasvaessa, kun taas venymä ja liukoisuus pienenevät vastaavasti. Joissakin sovelluksissa, kuten yksikomponenttisissa kestomuovisissa polyuretaaniliimoissa, tarvitaan nopeaa kiteytymistä alkutarttuvuuden saavuttamiseksi. Jotkut termoplastiset polyuretaanielastomeerit vapautuvat nopeammin korkean kiteisyytensä ansiosta. Kiteiset polymeerit muuttuvat usein läpinäkymättömiksi taittuneen valon anisotropian vuoksi. Jos kiteisiin lineaarisiin polyuretaanimakromolekyyleihin lisätään pieni määrä haarautuneita tai riippuvia ryhmiä, materiaalin kiteisyys heikkenee. Kun silloitustiheys kasvaa tietyssä määrin, pehmeä segmentti menettää kiteisyytensä. Kun materiaalia venytetään, vetojännitys tekee pehmeän segmentin molekyyliketjun orientoituneeksi ja säännöllisyys paranee, polyuretaanielastomeerin kiteisyys paranee ja materiaalin lujuus paranee vastaavasti. Mitä vahvempi kovan segmentin napaisuus on, sitä suotuisampi on polyuretaanimateriaalin hilaenergian paraneminen kiteytymisen jälkeen. Polyeetteripolyuretaanissa kovan segmentin sisällön kasvaessa polaariset ryhmät kasvavat, kovan segmentin molekyylien välinen voima kasvaa, mikrofaasien erotusaste kasvaa, kovan segmentin mikrodomeeni muodostaa vähitellen kiteytymistä ja kiteisyys kasvaa kovan segmentin mukana. sisältö. Lisää materiaalin lujuutta vähitellen.
d. Pehmeän segmentin rakenteen vaikutus polyuretaanielastomeerin ominaisuuksiin
Oligomeeriset polyolit, kuten polyeetterit ja polyesterit, muodostavat pehmeät segmentit. Pehmeä segmentti muodostaa suurimman osan polyuretaanista, ja erilaisista oligomeeripolyoleista ja di-isosyanaateista valmistetun polyuretaanin ominaisuudet ovat erilaiset. Polyuretaanielastomeerien taipuisa (pehmeä) segmentti vaikuttaa pääasiassa materiaalin elastisiin ominaisuuksiin ja vaikuttaa merkittävästi sen alhaisiin lämpötiloihin ja vetoominaisuuksiin. Siksi pehmeän segmentin Tg-parametri on erittäin tärkeä, ja toiseksi kiteisyys, sulamispiste ja jännityksen aiheuttama kiteytyminen ovat myös tekijöitä, jotka vaikuttavat sen lopullisiin mekaanisiin ominaisuuksiin. Polyuretaanielastomeerit ja polyesteristä valmistetut vaahdot, joilla on vahva napaisuus, koska pehmeillä segmenteillä on paremmat mekaaniset ominaisuudet. Koska polyesteripolyolista valmistettu polyuretaani sisältää suuren polaarisen esteriryhmän, ei vain vetysidoksia voi muodostua kovien segmenttien välille, vaan myös pehmeän segmentin polaariset ryhmät voivat olla osittain vuorovaikutuksessa kovien segmenttien kanssa. Polaariset ryhmät muodostavat vetysidoksia, jolloin kova segmenttifaasi voi jakautua tasaisemmin pehmeän segmentin faasiin, joka toimii elastisena silloituspisteenä. Jotkut polyesteripolyolit voivat muodostaa pehmeän segmentin kiteytyksen huoneenlämpötilassa, mikä vaikuttaa polyuretaanin ominaisuuksiin. Polyesteripolyuretaanimateriaalin lujuus, öljynkestävyys ja lämpöhapettava vanheneminen ovat korkeammat kuin PPG-polyeetteripolyuretaanimateriaalin, mutta hydrolyysin kestävyys on huonompi kuin polyeetterityypin. Polytetrahydrofuraani (PTMG) polyuretaani on helppo muodostaa kiteitä säännöllisen molekyyliketjurakenteensa ansiosta ja sen lujuus on verrattavissa polyesteripolyuretaaniin. Yleisesti ottaen polyeetteripolyuretaanin pehmeän segmentin eetteriryhmä on helppo pyörittää sisäisesti, sillä on hyvä joustavuus ja erinomainen suorituskyky alhaisissa lämpötiloissa, eikä polyeetteripolyoliketjussa ole suhteellisen helposti hydrolysoituvaa esteriryhmää. hydrolyysin kestävyys Parempi kuin polyesteripolyuretaani. Polyeetteripehmeän segmentin eetterisidoksen hiili hapettuu helposti muodostaen peroksidiradikaaleja, mikä johtaa sarjaan oksidatiivisia hajoamisreaktioita. Polyuretaanilla ja polybutadieenimolekyyliketjulla pehmeänä segmenttinä on heikko polariteetti, huono yhteensopivuus pehmeiden ja kovien segmenttien välillä ja huono elastomeerin lujuus. Steerisen esteen vuoksi sivuketjun sisältävässä pehmeässä segmentissä on heikot vetysidokset, huono kiteisyys ja lujuus on huonompi kuin saman pehmeän segmentin pääketjulla ilman sivuryhmäpolyuretaania. Pehmeän segmentin molekyylipaino vaikuttaa polyuretaanin mekaanisiin ominaisuuksiin. Yleisesti ottaen olettaen, että polyuretaanin molekyylipaino on sama, polyuretaanimateriaalin lujuus pienenee pehmeän segmentin molekyylipainon kasvaessa; jos pehmeä segmentti on polyesteriketju, polymeerimateriaalin lujuus laskee hitaasti polyesteridiolin molekyylipainon kasvaessa; Jos pehmeä segmentti on polyeetteriketju, polymeerimateriaalin lujuus pienenee polyeetteriglykolin molekyylipainon kasvaessa, mutta venymä kasvaa. Tämä johtuu pehmeän esterisegmentin korkeasta polariteetista ja suuresta molekyylien välisestä voimasta, joka voi osittain kompensoida polyuretaanimateriaalin lujuuden heikkenemisen, joka johtuu molekyylipainon kasvusta ja pehmeän segmentin sisällön kasvusta. Polyeetterin pehmeän osan napaisuus on heikko. Jos molekyylipaino kasvaa, kovan segmentin pitoisuus vastaavassa polyuretaanissa pienenee, mikä johtaa materiaalin lujuuden heikkenemiseen. Zhu Jinhua et ai. [9] syntetisoi sarjan polyuretaanilohkokopolymeerejä ja oksaskopolymeerejä, jotka sisälsivät erilaisia pehmeitä segmenttejä, ja testasivat niiden dynaamisia mekaanisia ominaisuuksia. Tulokset osoittivat, että polyuretaanikopolymeerien ja makromolekyyliketjun yhteensopivuus Rakenteellisesti oksastusketjujen läsnäololla on merkittävä vaikutus polyuretaanilohkokopolymeerien yhteensopivuuteen ja vaimennusominaisuuksiin. Yleensä pehmeän segmentin molekyylipainon vaikutus polyuretaanielastomeerien kestävyyteen ja lämpövanhenemisominaisuuksiin ei ole merkittävä. Pehmeän segmentin kiteisyydellä on suuri panos lineaarisen polyuretaanin kiteisyyteen. Yleisesti ottaen kiteisyys on hyödyllinen lisäämään polyuretaanin lujuutta. Mutta joskus kiteytyminen vähentää materiaalin joustavuutta alhaisessa lämpötilassa, ja kiteiset polymeerit ovat usein läpinäkymättömiä. Kiteytymisen välttämiseksi molekyylin eheyttä voidaan vähentää esimerkiksi käyttämällä kopolyesteri- tai kopolyeetteripolyolia tai sekapolyolia, sekaketjunjatkajaa jne.
e. Kovan segmentin vaikutus polyuretaanielastomeerin ominaisuuksiin
Kova segmenttirakenne on yksi tärkeimmistä polyuretaanielastomeerien lämmönkestävyyteen vaikuttavista tekijöistä. Polyuretaanielastomeerisegmentin muodostavan di-isosyanaatin ja ketjunjatkajan rakenne on erilainen, mikä vaikuttaa myös lämmönkestävyyteen. Polyuretaanimateriaalin kova segmentti koostuu polyisosyanaatista ja ketjunjatkajasta. Se sisältää vahvoja polaarisia ryhmiä, kuten uretaaniryhmän, aryyliryhmän ja substituoidun urearyhmän. Yleensä aromaattisen isosyanaatin muodostamaa jäykkää segmenttiä ei ole helppo vaihtaa, ja se venyy huoneenlämpötilassa. sauvan muotoinen. Kovat segmentit vaikuttavat yleensä polyuretaanin korkean lämpötilan ominaisuuksiin, kuten pehmenemiseen, sulamislämpötilaan. Yleisesti käytettyjä di-isosyanaatteja ovat TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI jne., yleisesti käytetyt alkoholit ovat etyleeniglykoli, -butaanidioli, heksaanidioli jne. ja yleisesti käytetyt amiinit ovat MOCA, EDA, DETDA jne. Kovan segmentin tyyppi. valitaan polymeerin haluttujen mekaanisten ominaisuuksien, kuten maksimikäyttölämpötilan, säänkestävyyden, liukoisuuden jne. mukaan, ja myös sen taloudellisuus tulee huomioida. Erilaiset di-isosyanaattirakenteet voivat vaikuttaa kovan segmentin säännöllisyyteen ja vetysidosten muodostumiseen, jolloin niillä on suurempi vaikutus elastomeerin lujuuteen. Yleisesti ottaen isosyanaattia sisältävä aromaattinen rengas tekee kovasta segmentistä suuremman jäykkyyden ja koheesioenergian, mikä yleensä lisää elastomeerin lujuutta.
Di-isosyanaatista ja diamiiniketjunjatkajasta koostuva urearyhmän sisältävä jäykkä segmentti on erittäin helppo muodostaa muovista mikrodomeenia urearyhmän suuren koheesion vuoksi, ja tästä jäykästä segmentistä koostuva polyuretaani on altis mikrofaasille. erottaminen. Yleisesti ottaen mitä suurempi polyuretaanin muodostavan jäykän segmentin jäykkyys on, sitä helpommin mikrofaasin erottuminen tapahtuu. Mitä korkeampi jäykän segmentin pitoisuus on polyuretaanissa, sitä todennäköisemmin mikrofaasierottuminen tapahtuu.
Ketjunjatkaja liittyy polyuretaanielastomeerin kovan segmentin rakenteeseen ja sillä on suuri vaikutus elastomeerin suorituskykyyn. Verrattuna alifaattisen diolin ketjunjatkopolyuretaaniin, aromaattista rengasdiamiinia sisältävällä ketjunjatkopolyuretaanilla on vahvempi, koska amiiniketjunjatkaja voi muodostaa ureasidoksen ja ureasidoksen polaarisuus on korkeampi kuin uretaanisidoksen. . Lisäksi liukoisuusparametrien ero ureasidoksen kovan segmentin ja polyeetterin pehmeän segmentin välillä on suuri, joten polyurean kovalla segmentillä ja polyeetterin pehmeällä segmentillä on suurempi termodynaaminen yhteensopimattomuus, mikä tekee polyuretaaniureasta paremman mikrofaasierotuksen. [10], joten diamiiniketjulla pidennetyllä polyuretaanilla on korkeampi mekaaninen lujuus, moduuli, viskoelastisuus, lämmönkestävyys ja parempi suorituskyky matalissa lämpötiloissa kuin dioliketjulla pidennetyllä polyuretaanilla. Polyuretaanielastomeerien valussa käytetään ketjunjatkajina enimmäkseen aromaattisia diamiineja, koska niistä valmistetuilla polyuretaanielastomeereilla on hyvät kokonaisvaltaiset ominaisuudet. Xu Guangjie et ai. [11] raportoivat, että karboksyyliesteripolyoleja valmistettiin antamalla maleiinihappoanhydridin reagoida polyolien kanssa ja sitten saattamalla ne reagoimaan muiden monomeerien, kuten TDI-80, silloitusaineiden ja ketjunjatkajien kanssa karboksyylipitoisten polyolien valmistamiseksi. Polyuretaaniesipolymeeri dispergoitiin trietanoliamiinin vesiliuokseen vesipohjaisen polyuretaanin valmistamiseksi ja tutkittiin ketjunjatkajan tyypin ja määrän vaikutusta hartsin suorituskykyyn ja havaittiin, että amiiniketjunjatkaja oli tehokkaampi kuin hydroksyyliketjunjatkaja On edullista parantaa hartsin mekaanisia ominaisuuksia. Bisfenoli A:n käyttäminen ketjunjatkajana ei voi ainoastaan parantaa hartsin mekaanisia ominaisuuksia, vaan myös lisätä hartsin lasittumislämpötilaa, laajentaa sisäisen kitkahuipun leveyttä ja parantaa hartsin lämpötila-aluetta nahkatilassa [ 12]. Polyuretaaniureassa käytetyn diamiiniketjunjatkajan rakenne vaikuttaa suoraan vetysitoutumiseen, kiteytymiseen ja materiaalin mikrofaasirakenteen erottumiseen ja määrää suurelta osin materiaalin suorituskyvyn [13]. Kovan segmentin sisällön kasvaessa polyuretaanimateriaalin vetolujuus ja kovuus kasvoivat vähitellen ja murtovenymä pieneni. Tämä johtuu siitä, että kovan segmentin muodostaman tietyn kiteisyyden omaavan faasin ja pehmeän segmentin muodostaman amorfisen faasin välillä on mikrofaasierotus, ja kovan segmentin kiteinen alue toimii tehokkaana silloituskohtana. Sillä on myös samanlainen rooli kuin täyteainevahvistuksessa pehmeän segmentin amorfisessa alueella. Sisällön kasvaessa kovan segmentin vahvistusvaikutus ja tehokas silloitusvaikutus vahvistuvat pehmeässä segmentissä, mikä edistää materiaalin lujuuden kasvua.
f. Silloittumisen vaikutus polyuretaanielastomeerien ominaisuuksiin
Kohtalainen molekyylinsisäinen silloitus voi lisätä polyuretaanimateriaalien kovuutta, pehmenemislämpötilaa ja kimmokerrointa sekä vähentää murtovenymää, pysyvää muodonmuutosta ja turpoamista liuottimissa. Polyuretaanielastomeerien kohdalla oikea silloitus voi tuottaa materiaaleja, joilla on erinomainen mekaaninen lujuus, korkea kovuus, elastisuus ja erinomainen kulutuskestävyys, öljynkestävyys, otsoninkestävyys ja lämmönkestävyys. Kuitenkin, jos silloitus on liiallista, ominaisuuksia, kuten vetolujuutta ja venymää, voidaan vähentää. Lohkopolyuretaanielastomeerien kemiallinen silloitus voidaan jakaa kahteen luokkaan: (1) trifunktionaalisten ketjunjatkajien (kuten TMP) käyttö silloitusrakenteen muodostamiseksi; (2) isosyanaatin ylimäärän käyttö reagoimaan muodostaen dikondensaattiurea (urearyhmien kautta) tai allofanaatti (uretaaniryhmien kautta) silloitusta. Silloittamisella on merkittävä vaikutus vetysidosasteeseen, ja silloitusten muodostuminen alentaa materiaalin vetysidosastetta suuresti, mutta kemiallisella silloituksella on parempi lämpöstabiilisuus kuin vetysidoksen aiheuttamalla fysikaalisella silloituksella. Kun kemiallisen silloitusverkoston vaikutuksia polyuretaaniureaelastomeerien morfologiaan, mekaanisiin ominaisuuksiin ja lämpöominaisuuksiin tutkittiin FT-IR:n ja DSC:n avulla, havaittiin, että polyuretaaniureaelastomeerit, joilla on erilaisia silloitusverkostoja, olivat morfologioita erilaisia. Tiheyden kasvaessa elastomeerin mikrofaasisekoitusaste kasvaa, pehmeän segmentin lasittumislämpötila kohoaa merkittävästi ja elastomeerin 300 prosentin vetolujuus kasvaa vähitellen, kun taas murtovenymä pienenee vähitellen. Kun , elastomeerin mekaaniset ominaisuudet (vetolujuus ja repäisylujuus) ovat korkeimmat.
4. Polyuretaanielastomeerien sovellukset
a. Käyttö kivihiilen valmistuksessa, kaivosteollisuudessa, metallurgiassa ja muilla teollisuudenaloilla
Polyuretaanielastomeerit ovat ei-metalliisimpia materiaaleja, jotka täyttävät kaivosten vaatimukset ja voivat korvata joitain metallimateriaaleja. Vuoristoille tarkoitettuja polyuretaanielastomeerituotteita ovat seulalevyt, elastomeerivuoraukset, kuljetinhihnat ja vastaavat. Polyuretaanikumiseuloja ovat relaksaatioseulat, kiristysseulat, uritetut seulat jne. Polyuretaanikumiseulalevyllä on ominaisuudet erinomainen kulutuskestävyys, vedenkestävyys, öljynkestävyys, tärinänvaimennus ja melunvaimennus, korkea lujuus, vahva sidos metallirunkoon, alhainen melu, hyvä itsepuhdistuva vaikutus, keventää näytön koneen kuormitusta, säästää energiaa ja pidentää näytön aikaa. Koneen käyttöikä, korkea seulontalaatu. Monet kaivoslaitteet, kuten ravistimet, erikoisrikastimet, vaahdotuskoneet, rikastimet, kierrekaukalot, jauhatajat, rikastimet, putket ja kulmakappaleet, kosketusmateriaalit, kuten sora, ja vaativat kulutusta kestäviä vuorauksia; kaivosnosturit Teräsytiminen uretaanikäyttöpyörä, palonestoaine ja antistaattinen polyuretaanihihna, laitekaapelin TPU-vaippa, pölyrengas, iskunvaimennus jne., polyuretaanielastomeeri on suositeltava materiaali.
b. Polyuretaanikumirulla
Polyuretaanikumitela on eräänlainen polyuretaanikumituote, jolla on erinomainen suorituskyky ja joka on yleensä valmistettu teräksestä tai raudasta, joka on peitetty polyuretaanielastomeerikerroksella valuprosessilla. Käyttötarkoituksen mukaan ovat: kuorittavat kumirullat viljan käsittelyyn, ekstruusiokumitelat ja sellukumirullat paperiteollisuudessa, langanvetorullat, vetotelat ja leikkaustelat tekstiiliteollisuudessa, puu, lasi ja pakkaus Voimansiirtolaakeroidut kumirullat teollisuudessa käytettävät erilaiset kumirullat paino- ja värjäyskoneisiin, pienet kumitelat erilaisiin instrumentteihin, siirtokumirullat kuljetusjärjestelmiin, painokumirullat, metalliset kylmävalssatut voimansiirtokumirullat, metalliteräslevyn väripinnoitustelat jne. , kumi Näiden kumitelojen kerros voidaan valmistaa polyuretaanielastomeerista. Suurin osa kumiteloista valmistetaan valuprosessilla. Yleensä teräsydin sijoitetaan sylinterimäisen muotin keskelle ja elastomeeri valetaan. Erikoissängyt voivat käyttää keskipakovalua tai kehruuvalua. Spin-valu eliminoi muottien tarpeen ja käyttää huoneenlämpöistä vulkanointia elastomeerijärjestelmien valamiseen, mikä vähentää kokonaiskäsittelyaikaa.
c. Polyuretaanikumiset vanteet ja renkaat
Polyuretaanielastomeerillä on suuri kantavuus, kulutuskestävyys, öljynkestävyys ja se on tiukasti kiinni metallirungossa. Sitä voidaan käyttää kumirullien valmistukseen, joita käytetään laajasti erilaisissa voimansiirtomekanismeissa, kuten; tuotantolinjan kuljetinhihnat, ohjausrullat, köysiradan liukumäet jne. Urheilun ja viihteen suunnassa huippuluokan rullaluistimien ja skootterien pyörät on valmistettu polyuretaanista. Uretaanikumipyörällä on myös öljynkestävyys, hyvä sitkeys ja vahva tarttuvuus. Polyuretaania käytetään myös pienissä elektronisissa ja tarkkuusinstrumenttien voimansiirroissa, erilaisissa yleispyörissä jne. Myös mikrovaahtomuovirenkaita, PU-vaahtotäytteisiä renkaita jne.
d. Mekaaniset tarvikkeet
Erilaisia tiivisterenkaita, iskuja vaimentavia lohkoja, kytkimiä, autojen lumiketjuja jne.
e. Kengän materiaali
Polyuretaanielastomeerillä on hyvä iskunvaimennus, kevyt paino, kulutuskestävyys, liukumattomuus jne. ja hyvä käsittelykyky. Siitä on tullut tärkeä synteettinen materiaali kenkäteollisuudessa, sillä se tekee urheilujalkineita, kuten baseball-kenkiä, golfpalloja ja jalkapalloa. , pohjat, kantapäät, varvassuojat sekä hiihtokengät, turvakengät, vapaa-ajan kengät jne. Kenkämateriaaleissa käytettyjä polyuretaanimateriaaleja ovat muun muassa valetut mikrosoluiset elastomeerit ja termoplastiset polyuretaanielastomeerit jne., ja mikrosoluiset elastomeeripohjat ovat tärkeimmät. . Polyuretaani-mikrosoluelastomeeri on kevyt ja hyvä kulutuskestävyys. Se on kenkävalmistajien suosima. Tuotteella on pieni tiheys ja se on paljon kevyempi kuin perinteiset kumipohjat ja PVC-kenkämateriaalit. Mikrohuokoisia polyuretaanielastomeereja käytetään pääasiassa matkakenkien, nahkakenkien, urheilukenkien, sandaalien jne. pohjissa ja pohjallisissa Kiinassa. Niitä käytetään pääasiassa kulutuskestävyyttä ja joustavuutta ulkomailla vaativien erikoisurheilujalkineiden pohjissa. Suunnittelua voidaan monipuolistaa. TPU-kanta korkeaan kulutuskestävyyteen. Lämpöhajoavaa vaahdotusainetta voidaan lisätä ruiskuvalussa vaahdotetun TPU:n elastisen kenkämateriaalin valmistamiseksi.
f. Vuoraus- ja peitemalli levyosien jne. muodostamiseen.
Lävistettäessä ohuita levyosia tavanomaisilla terässuulakkeilla murtumispinnassa on usein purseita. Perinteisen teräsmuotin korvaaminen polyuretaanikumilla leimaustekniikka on harppaus metallilevyjen leimausteknologiassa, joka voi lyhentää huomattavasti muotin valmistussykliä, pidentää muotin käyttöikää, vähentää muovattujen osien tuotantokustannuksia ja parantaa. osien pinnan laatu ja mittatarkkuus, erityisesti soveltuvat Se soveltuu pienten ja keskisuurten erien ja yksiosaisten tuotteiden koetuotantoon ja sopii paremmin ohuille ja monimutkaisille leimausosiin. Laattojen ja keraamisten tuotantolinjojen käyttö PU-elastomeerivuorausmuottien avulla voi alentaa tuotantokustannuksia, parantaa tuotannon tehokkuutta ja tuottoa. Polyuretaania voidaan käyttää betonimuottien valmistukseen. Polyuretaanimuottien avulla voidaan toistaa erilaisia kuvioita ja valmistaa koristepalikoita. Metallimuottien meistotuotannossa puskurikomponentteina käytetään polyuretaanielastomeeritankoja, -putkia ja -levytyynyjä metallijousien sijaan, joilla on korkea elastisuus, joustavuus, puristus Korkea muodonmuutoslujuus, ei vaurioita muottiin.
g. Lääketieteelliset elastomeerituotteet
Lääketieteelliset polyuretaanielastomeerit ovat pääosin kestomuovipolyuretaaneja ulkomailla, ja myös valettu polyuretaanielastomeeri ja mikrosoluelastomeerit ovat vähäisiä. Korkean lujuutensa, kulutuskestävyytensä, biologisen yhteensopivuuden ja pehmittimien ja muiden pienmolekyylisten inerttien lisäaineiden puuttumisen vuoksi polyuretaanielastomeerit ovat tärkeässä asemassa lääketieteellisissä polymeerimateriaaleissa. Lääketieteellisiä polyuretaanituotteita ovat polyuretaaniset gastroskooppiletkut, lääketieteelliset letkut, keinotekoiset ja kalvo- ja kapselointimateriaalit, polyuretaaniset elastiset siteet, henkitorviholkit jne. [14].
h. Putket
Hyödyntämällä polyuretaanielastomeerien joustavuutta, suurta vetolujuutta, iskunkestävyyttä, alhaisen lämpötilan kestävyyttä, korkean lämpötilan kestävyyttä ja suurta puristuslujuutta, siitä voidaan valmistaa erilaisia letkuja ja kovia putkia, kuten korkeapaineletkuja, lääketieteellisiä katereja, öljyputkia. , ilmansyöttöputket, polttoaineen syöttöputket, maaliletkut, paloletkut, kaasumateriaalin syöttöputket jne. Uretaaniputket on pääosin suulakepuristettu termoplastisesta polyuretaanista.
