Minkšto poliuretano elastomero segmento poveikis jo mechaninėms savybėms
Uretano elastomeras (PUE) daugiausia sintetinamas iš oligomerų poliolių, poliizocianatų ir grandinės ilgintuvų kaip žaliavos. Jo mechanines savybes galima reguliuoti plačiu diapazonu. Jį galima susintetinti parenkant tinkamas žaliavas pagal poreikius paruošti poreikius atitinkančius produktus. Apskritai, oligomerinis poliolis sudaro minkštąjį poliuretano segmentą, poliizocianatas ir grandinės ilgintuvas sudaro kietąjį segmentą, o tarp minkštojo ir kietojo segmento atsiranda mikrofazių atskyrimas, todėl PUE veikia puikiai. Yra daug PUE klasifikavimo metodų: pagal apdorojimo technologiją jį galima suskirstyti į tris tipus: liejimo tipą, termoplastinį tipą ir maišymo tipą; pagal cheminės reakcijos procesą jis gali būti suskirstytas į vieno etapo metodą ir dviejų pakopų metodą; Alkoholio rūšis galima suskirstyti į polieterio ir poliesterio rūšį.
1 Eksperimentinė dalis
1.1 Žaliavos ir instrumentai
Tetrahidrofurano homopolieterio poliolis (PTMG): Mn=1000 ir Mn=2000, Japonijos Mitsubishi Chemical Corporation, pramoninis produktas; Polikaprolaktono poliolis (PCL): Mn=2000, Japonija Daicel Chemical Industry Co., Ltd., pramoniniai produktai; polibutileno adipatinis diolis (PBA, Mn=1000, 2000), polietileno adipatinis diolis (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., pramonės produktai; Polikarbonato diolis (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., pramoninis produktas; 4, 4' – Difenilmetano diizocianatas (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., pramoninis produktas; 1, 4 – Butanediolis (BDO): Pekino chemijos gamykla, analitinė klasė; Dibutilalavo dilauratas (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., reagento klasė.
Elektroninė universali bandymo mašina: modelis CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Guminis durometras: modelis LX-A, Yingkou eksperimentinių medžiagų gamykla.
1.2 PUE sintezė
1.2.1 Prepolimero paruošimas
Dehidratuokite oligomero poliolį vakuume 100–110 laipsnių temperatūroje 2 valandas, atvėsinkite iki 50–55 laipsnių, kad galėtumėte naudoti; ištirpintą MDI supilkite į butelį su trimis kakliukais, kai MDI temperatūra nukrenta iki 50–55 laipsnių, įpilkite dozuotą. Geriems oligomeriniams polioliams iš pradžių reaguokite natūraliai 30 minučių nekaitindami, o tada maišykite ir kaitinkite 2 valandas 80 °C temperatūroje. 85 laipsnių kampu, paimkite mėginius, kad ištirtumėte NCO masės dalį, ir baigkite reakciją, kai analizės vertė yra artima projektinei vertei. Galima gauti prepolimerą, kuris užsandarinamas ir saugomas vėlesniam naudojimui.
1.2.2 Elastomero paruošimas
Pasverkite atitinkamą kiekį prepolimero, proporcingai įpilkite BDO ir T12, greitai ir tolygiai išmaišykite, supilkite į įkaitintą 120 laipsnių plokščią formą ir spauskite ir kietinkite 30 minučių, kai pasieks želė. Mechaninės savybės buvo išbandytos po kietėjimo 18 valandų orkaitėje kambario temperatūroje 24 valandas.
1.3 Bandymo metodas
NCO kiekis nustatomas pagal HG/T2409-1992; Šoro A kietumas nustatomas pagal GB/T531.1-2008; 300 procentų tempiamasis įtempis, pailgėjimas trūkimo metu ir tempiamasis stipris nustatomi pagal GB/T528-2009; Plyšimo stiprumas nustatomas pagal GB/T531.1-2008 GB/T529-2008 nustatymą.
2.1 Oligomerų poliolių poveikis mechaninėms PUE savybėms
Įvairūs oligomerų poliolių tipai ir molekulinės struktūros turi tiesioginės įtakos mechaninėms PUE savybėms. Naudokite tos pačios santykinės molekulinės masės polieterio poliolį ir poliesterio poliolį (abu 2000), minkštojo segmento masės dalį išlaikykite 55 proc., sintezuokite prepolimerą su MDI, grandinės pailgėjimo koeficientas [n(OH) sistemoje: n(NCO )] yra 1, prepolimeras yra pailgintas BDO, o paruošto PUE mechaninės savybės parodytos 1 lentelėje.
Iš 1 lentelės matyti, kad kai prepolimero w(NCO) yra vienodas, PUE, kurio minkštasis segmentas yra PCL, PBA, PEA ir PCDL, mechaninės savybės paprastai yra geresnės nei tų, kurių minkštasis segmentas yra PTMG. Taip yra todėl, kad PCL, PBAPEA ir PCDL yra visi poliesterio polioliai su esterių grupėmis viduje, o PTMG yra polieterio poliolis su eterio grupėmis viduje, o esterių grupės yra labiau polinės nei eterio grupės, todėl poliuretano viduje lengviau susidaro vandenilio ryšiai, ir mechaninės savybės geresnės. Poliesterio PUE, kadangi PCDL yra karbonatų grupės, poliškumas yra didžiausias, o gautas PUE turi aukščiausią kristališkumo laipsnį minkštajame segmente, todėl jo kietumas ir tempiamasis stipris yra didžiausi, o pailgėjimas trūkimo metu yra mažiausias; esterių grupės kiekis PCL Mažiausias Shore A kietumas ir atsparumas tempimui bei didžiausias pailgėjimas trūkimo metu; PBA ir PEA turi daugiau PEA esterio grupių, tačiau kadangi grandinės ilgintuvas naudoja BDO, anglies atomų skaičius tarp dviejų hidroksilo grupių yra 4, o PEA turi 2 mažiau anglies atomų nei PBA. PBA ir BDO struktūra yra panašesnė, gaunamas poliuretanas yra taisyklingesnis, o kristališkumas stipresnis. Todėl PBA, kaip minkštojo segmento, susintetinto PUE našumas yra geresnis nei PEA.
2.2 Oligomero poliolio santykinės molekulinės masės įtaka mechaninėms PUE savybėms
Poliuretanui sintetinti naudojami tos pačios rūšies oligomerų polioliai, turintys skirtingą santykinę molekulinę masę, nes skiriasi minkštojo segmento dydis, taip pat skiriasi įtaka PUE mechaninėms savybėms. Naudokite skirtingo santykinio molekulinio svorio polieterio poliolį ir poliesterio poliolį, išlaikykite tą patį w(NCO), sintezuokite prepolimerą su MDI, naudokite BDO kaip grandinės ilgintuvą, o grandinės prailginimo koeficientas yra 1. Paruošto elastomero mechaninės savybės pateiktos lentelėje. 2.
Kaip matyti iš 2 lentelės, nesvarbu, ar tai yra poliesterio PUE, susintetintas PBA, ar polieterio PUE, susintetintas PTMG, kai prepolimero w(NCO) yra vienodas, didėjant oligomero poliolio santykinei molekulinei masei, PUE bus sumažintas. Sumažėjo kietumas, 300 procentų tempiamasis įtempis, tempiamasis stipris ir atsparumas plyšimui, o pailgėjimas trūkimo metu padidėjo. Didėjant oligomero poliolio santykinei molekulinei masei, mažėja paruošto PUE poliškumas, o tai nėra palanki vandenilinių jungčių susidarymui, susilpnėja mikrofazių atskyrimo tarp minkštųjų ir kietųjų segmentų laipsnis ir su tuo susijęs kietumas, modulis. ir stiprumas sumažėja; Didėja oligomerų poliolių santykinė molekulinė masė, dėl to susilpnėja vandenilinių jungčių sąveika, sumažėja minkštųjų segmentų kristalizacijos tendencija, išlaikomas aukštas PUE elastingumas, padidėja pailgėjimas trūkimo metu.
2.3 NCO kiekio įtaka poliuretano elastomerų mechaninėms savybėms
Skirtingas prepolimero NCO kiekis lems skirtingą minkštojo sintetinio PUE segmento kiekį, taip paveikdamas elastomero mechanines savybes. Pirma, tos pačios santykinės molekulinės masės polieterio poliolis ir poliesterio poliolis buvo naudojami skirtingų NCO verčių prepolimerams su MDI sintetinti. Fizinės ir mechaninės savybės pateiktos 3 lentelėje.
Iš 3 lentelės matyti, kad nesvarbu, ar tai būtų PBA susintetintas poliesteris PUE, ar PTMG susintetintas polieteris PUE, padidėjus prepolimerui w (NCO), didėja PUE kietumas, 300 procentų tempiamasis įtempis, tempiamasis stipris ir plyšimo stipris. Stiprumas trūkyje didėja, o pailgėjimas trūkimo metu mažėja. Taip yra todėl, kad kuo didesnis w(NCO) prepolimeryje, tuo didesnis poliizocianato kiekis, o tuo pačiu padidės grandinės ilgintuvo kiekis, o tai padidins PUE kietojo segmento kiekį ir padidins kietumą; w(NCO) prepolimere padidės. ), padidėja uretano grupės, padidėja poliuretano poliškumas, didėja mikrofazių atskyrimo laipsnis, kad padidėtų modulis ir stiprumas; padidėjus w(NCO), lengviau formuojasi vandeniliniai ryšiai poliuretano viduje, didėja vandenilinių jungčių sąveika. didelis, todėl pailgėjimas mažėja.
2.4 Grandinės išplėtimo koeficiento įtaka mechaninėms PUE savybėms
Jei grandinės išplėtimo koeficientas yra skirtingas, naudojamas grandinės ilgintuvo kiekis skirsis, todėl sintetinio PUE minkštojo segmento turinys bus skirtingas, o tai turės įtakos mechaninėms PUE savybėms. Naudojant tos pačios santykinės molekulinės masės polieterio poliolį ir poliesterio poliolį, išlaikant tą patį w(NCO), sintezuojant prepolimerą su MDI, tada keičiant grandinės išplėtimo koeficientą ir naudojant BDO prepolimero grandinei pratęsti, paruošta PUE mechanika. našumas parodytas 4 lentelėje.
Iš 4 lentelės matyti, kad nesvarbu, ar tai poliesterio PUE, susintetintas PBA, ar polieterio PUE, susintetintas PTMG, kai prepolimero w(NCO) yra vienodas, didėjant grandinės išplėtimo koeficientui, PUE kietumui, 300 proc. Tempimo įtempis, pailgėjimas trūkimo metu, atsparumas tempimui ir plyšimo stipris pirmiausia padidėjo, o paskui sumažėjo, o mechaninės savybės buvo geriausios, kai grandinės išplėtimo koeficientas buvo 1.00. Taip yra todėl, kad kai grandinės išplėtimo koeficientas yra 1.{8}}, poliuretano elastomeras linkęs sudaryti ilgos grandinės molekulę su didžiausiu tiesiškumo laipsniu, o PUE šiuo metu pasižymi geriausiomis mechaninėmis savybėmis. Kai grandinės išplėtimo koeficientas yra mažesnis nei 1.{10}}, dėl nepakankamo grandinės ilgintuvo kiekio negali susidaryti stambiamolekulinės ilgos grandinės, o poliuretano efektyvumas yra žemas; kai grandinės išplėtimo koeficientas yra didesnis nei 1,00 dėl per didelio grandinės prailginimo agento, jis gali atitikti grandinės prailginimo reikalavimus. Yra likučių, o šie likučiai veikia kaip plastifikatoriai, pabloginantys mechanines PUE savybes.
Išvada
① Kai prepolimeras w (NCO) yra vienodas: PUE, kurio minkštasis segmentas yra PCL, PBA, PEA ir PCDL, mechaninės savybės paprastai yra geresnės nei tų, kurių minkštasis segmentas yra PTMG; Sumažėjo kietumas, 300 procentų tempiamasis įtempis, atsparumas tempimui ir atsparumas plyšimui, o pailgėjimas trūkimo metu padidėjo; Didėjant grandinės išplėtimo koeficientui, kietumas, 300 procentų tempiamasis įtempis, pailgėjimas trūkimo metu, PUE tempiamasis stipris. Stiprumas ir plyšimo stipris pirmiausia didėjo, o vėliau mažėjo, o kai grandinės pailgėjimo koeficientas buvo 1,00, mechaninis stiprumas. savybės buvo geriausios.
② Padidėjus prepolimerui w (NCO), padidėjo PUE kietumas, 300 procentų tempiamasis įtempis, tempiamasis stipris ir atsparumas plyšimui, o pailgėjimas trūkimo metu sumažėjo.
