Poliuretano elastomeras, taip pat žinomas kaip poliuretano elastomeras, yra polimerinė sintetinė medžiaga, kurios pagrindinėje grandinėje yra daugiau uretano grupių. Paprastai jį sudaro oligomerai, tokie kaip poliesteris, polieteris ir poliolefinas. Jis susidaro laipsniškai pridedant ir polimerizuojant poliolius, poliizocianatus ir diolius arba diamino grandinės ilgintuvus. Tai elastinga medžiaga tarp bendrosios gumos ir plastiko, tai yra, ji pasižymi dideliu gumos elastingumu ir dideliu plastiko stiprumu. Jis turi didelį pailgėjimą ir platų kietumo diapazoną; jo atsparumas dilimui, biologinis suderinamumas ir kraujo suderinamumas yra ypač puikūs. Tuo pačiu metu jis taip pat turi puikų atsparumą alyvai, atsparumą smūgiams, atsparumą žemai temperatūrai, atsparumą radiacijai ir atsparumą apkrovai, šilumos izoliaciją, izoliaciją ir kitas savybes. Todėl poliuretano elastomerų pritaikymo sritys yra labai plačios. Ji tapo nepakeičiama ir vertinga medžiaga šalies ūkyje ir žmonių gyvenime.
Poliuretano elastomeras turi platų savybių spektrą, kuris yra glaudžiai susijęs su jo struktūra, o jo struktūra priklauso nuo daugelio veiksnių, tokių kaip reagentai, reakcijos laikas, reakcijos temperatūra ir net nedideli vandens kiekio pokyčiai gali sukelti poliuretano elastomerus Didžiulis mechaninių savybių skirtumas .
1. Poliuretano elastomerų apžvalga
Poliuretano elastomeras, dar žinomas kaip poliuretano kaučiukas, priklauso specialiam sintetiniam kaučiukui ir yra tam tikras elastingas polimeras, kurio pagrindinėje molekulės grandinėje yra daugiau uretano grupių (-NHCOO-). Tai tipiška kelių blokų kopolimerinė medžiaga. . Poliuretano elastomerai paprastai gaminami poliaddicijos reakcijos būdu, kaip žaliavas naudojant polimerinius poliolius, izocianatus, grandinės ilgintuvus, kryžminius ryšius sudarančius agentus ir nedidelį kiekį pagalbinių medžiagų. Kalbant apie molekulinę struktūrą, poliuretano elastomeras (PUE) yra blokinis polimeras, o jo molekulinė grandinė paprastai susideda iš dviejų dalių. Esant normaliai temperatūrai, viena dalis yra labai elastinga, vadinama minkštuoju segmentu; Kristalinė būsena vadinama kietuoju segmentu. Paprastai minkštąjį segmentą sudaro ilga lanksti polimero poliolio grandinė, o kietąjį segmentą sudaro izocianatas ir grandinės ilgintuvas. Minkštasis ir kietasis segmentai pakaitomis išdėstyti taip, kad sudarytų pasikartojančius struktūrinius vienetus. Be uretano grupės, pagrindinėje poliuretano molekulės grandinėje taip pat yra polinių grupių, tokių kaip eteris, esteris arba karbamido grupė. Dėl daugybės šių polinių grupių poliuretano molekulėje ir tarp molekulių gali susidaryti vandeniliniai ryšiai, o minkštasis segmentas ir kietasis segmentas yra termodinamiškai nesuderinami, o tai skatina kietojo ir minkštojo segmento susidarymą. segmento mikrodomeną ir sukuria mikroskopinę fazių atskyrimo struktūrą. Linijiniai poliuretanai taip pat gali sudaryti fizinius kryžminius ryšius per vandenilinį ryšį. Dėl šių struktūrinių savybių poliuretano elastomerai turi puikų atsparumą dilimui ir kietumą, vadinamą „dėvėjimuisi atsparia guma“ [1], o kadangi yra daug įvairių poliuretano žaliavų, žaliavų įvairovę ir santykį galima reguliuoti, kad būtų sintetinami produktai su skirtingos veikimo charakteristikos. gaminius, gaminančius poliuretano elastomerus, plačiai naudojamus šalies ūkio srityje. Nors poliuretano elastomero išeiga nesudaro mažos poliuretano gaminių dalies, jo įvairovė ir platus pritaikymo spektras neprilygsta kitoms medžiagoms. Poliuretano elastomeras pasižymi puikiomis visapusiškomis savybėmis, o jo modulis yra tarp bendrosios gumos ir plastiko modulio. Jis pasižymi šiomis savybėmis: ①Didelis stiprumas ir elastingumas, gali išlaikyti aukštą elastingumą įvairiuose kietumo diapazonuose (Shore A10-Shore D75); ② Esant tokiam pat kietumui, jis turi didesnę laikomąją galią nei kiti elastomerai; ③ Puikus atsparumas dilimui, jo atsparumas dilimui yra 2-10 kartų didesnis nei natūralaus kaučiuko; ④ Geras atsparumas nuovargiui ir atsparumas vibracijai, tinkamas aukšto dažnio deformacijoms; ⑤ Didelis atsparumas smūgiams; ⑥ Atsparumas aromatiniam poliuretanui Puikus spinduliavimas, atsparumas deguoniui ir atsparumas ozonui; ⑦ Puikus atsparumas riebalams ir cheminėms medžiagoms; ⑧ Paprastai reikiamą mažą kietumą galima pasiekti be plastifikatoriaus, todėl nėra jokių problemų, kurias sukelia plastifikatoriaus migracija; ⑨ Formavimas ir mažos apdorojimo išlaidos; ⑩ Įprastas poliuretanas negali būti naudojamas aukštesnėje nei 100 laipsnių temperatūroje, tačiau formulė gali atlaikyti aukštą 140 laipsnių temperatūrą. Įprastomis aplinkybėmis, palyginti su metalinėmis medžiagomis, poliuretano elastomero gaminiai pasižymi lengvu svoriu, atsparumu nuostoliams, mažu garsu, mažomis apdorojimo sąnaudomis ir atsparumu korozijai; lyginant su guma, poliuretano elastomerai pasižymi atsparumu dilimui, atsparumu pjovimui, atsparumui plyšimui, turi didelę apkrovą, liejasi, geria, skaidrūs ar permatomi, atsparūs ozonui, kietumo diapazoną ir kitus privalumus; lyginant su plastikais, poliuretano elastomerai turi privalumus: nėra trapumo, elastinga atmintis, atsparumas dilimui ir kt. Yra įvairių poliesterio elastomerų apdorojimo būdų, nuolat atsiranda naujų technologijų ir naujų veislių, o pritaikymo perspektyvos bus labai plačios [2] .
2. Poliuretano elastomero apdirbimo technologija
Laboratorijoje poliuretano elastomerai paprastai sintetinami rankiniu būdu liejant prepolimerą, įskaitant vieno etapo metodą, prepolimerinį metodą ir pusiau prepolimerinį metodą.
Vieno etapo metodas yra vienu metu į formulę įpilti diizocianato, poliolio, katalizatoriaus ir kitų pagalbinių medžiagų, o po greito maišymo supilti į formą, kad būtų paruoštas poliuretano elastomero produktas. Nors vieno etapo metodu gauto produkto veikimo vienodumas ir pakartojamumas yra prastas ir į reakcijos sistemą gali patekti daug oro burbuliukų, todėl produkte yra daug produktų, šio metodo procesas yra paprastas, taupo energiją ir mažina išlaidas, todėl šis metodas daugiausia naudojamas Naudojamas putojimo pramonėje, tačiau retai naudojamas lietų poliuretano elastomerų gamyboje [3]. Šiuo metu, atsiradus kai kuriems naujiems liejimo procesams, pvz., reakcijos įpurškimo (RIM) technologijai, vieno žingsnio metodas taip pat buvo sukurtas greičiau.
Prepolimeriniu metodu paruoštas poliuretano elastomeras yra padalintas į du etapus, todėl dar vadinamas dviejų pakopų metodu. Pirma, oligomero alkoholis ir poliizocianato perteklius reaguoja, kad susidarytų prepolimeras su NCO grupe galinėje grupėje, o tada liejimo metu polimeras reaguoja su grandinės ilgintuvu, kad būtų gautas poliuretano elastomeras. Šis metodas dažniausiai naudojamas poliuretano elastingumo gamyboje. Trūkumas yra tas, kad prepolimeras yra jautrus temperatūrai, liejimo metu reikalauja didelės įrangos ir ilgas procesas. Pusiau prepolimero metodo ir prepolimero metodo skirtumas yra tas, kad į prepolimerą mišinio pavidalu dedama kai kurių poliesterio poliolių arba polieterio poliolių, grandinės ilgintuvų, cheminių priedų ir kt. Tai reiškia, kad formulėje esantis oligomerinis poliolis yra padalintas į dalis, viena dalis reaguoja su diizocianato pertekliumi, kad būtų susintetintas prepolimeras, o kita dalis sumaišoma su grandinės ilgintuvu ir pridedama injekcijos metu. Laisvojo NCO masės dalis gautame prepolimeryje yra palyginti didelė, paprastai 0.12-0,15 (12 proc. - proc.), todėl šis prepolimeras dažnai vadinamas „kvaziprepolimeru“. Pusiau prepolimero metodo charakteristikos: ① Prepolimero komponento klampumas yra mažas, jį galima reguliuoti taip, kad jis būtų panašus į kietiklio sumaišyto komponento klampumą; ② Santykis taip pat yra artimas (tai yra, maišymo masės santykis gali būti 1:1). Tai ne tik pagerina maišymo vienodumą, bet ir pagerina kai kurias elastingumo savybes. Šį metodą lengva įgyvendinti industrializacijoje: iš pirmiau minėtų trijų metodų, paprastai tariant, poliuretano elastomeras, paruoštas prepolimeriniu metodu, pasižymi geriausiomis savybėmis, o vieno etapo metodas – prasčiausiai. Taip yra todėl, kad taikant vieno etapo metodą polimerizacijos ir grandinės pratęsimo reakcijos atliekamos tuo pačiu metu. Vėlesnėje reakcijos stadijoje dėl staigaus sistemos klampumo padidėjimo molekulinės grandinės aktyvumą kontroliuoja difuzijos reakcija, reakcija nėra baigta, o gauto poliuretano elastomero molekulinė masė yra santykinai. mažas. Struktūra nėra vienoda, o tai turi įtakos poliuretano elastomero veikimui. Prepolimero metodo procese poliuretano prepolimero reakcija ir reakcija tarp poliuretano prepolimero ir grandinės ilgintuvo vyksta žingsnis po žingsnio ir visos jos yra kontroliuojamos. Reakcija yra gana kruopšti, o gautas poliuretanas elastingas. Tūrinė molekulinė masė yra santykinai didelė, o struktūra yra gana vienoda, todėl tarp makromolekulių susidaro vandenilio ryšiai, taip pagerinant poliuretano elastomero veikimą. Pusiau prepolimeriniu būdu paruošto poliuretano elastomero savybės yra tarp prepolimero metodo ir vienpakopio metodo, o reakcijos temperatūra yra žema, tinkama pramoninei gamybai. Šiame darbe aptariamas ryšys tarp poliuretano elastomerų struktūros ir savybių, kurie visi sintetinami prepolimeriniu metodu.
3. Poliuretano elastomerų sandara ir savybės
Poliuretano elastomerų mechaninės savybės yra tiesiogiai susijusios su vidine poliuretano elastomerų struktūra, o jų mikrostruktūrą ir morfologiją stipriai veikia polinių grupių sąveika, pavyzdžiui, minkštųjų ir kietųjų segmentų tipas, struktūra ir morfologija. Poliuretano elastomerų mechaninės savybės ir atsparumas karščiui. Pastaraisiais metais žmonės pradėjo tirti ryšį tarp poliuretano elastomerų mechaninių savybių ir jų agreguotų struktūrų bei mikrostruktūrų.
a. Poliuretano elastomero mikrofazių atskyrimo struktūra
Poliuretano savybėms daugiausia įtakos turi morfologinė stambiamolekulinės grandinės struktūra. Unikalus poliuretano lankstumas ir puikios fizinės savybės paaiškinamos dviejų fazių morfologija. Mikrofazių atskyrimo laipsnis ir dviejų fazių minkštųjų ir kietųjų segmentų struktūra poliuretano elastomere yra labai svarbūs jų veikimui. Vidutinis fazių atskyrimas yra naudingas siekiant pagerinti polimero savybes. Mikrofazių atskyrimo procesas yra tas, kad kietojo ir minkštojo segmento poliškumo skirtumas ir paties kietojo segmento kristališkumas lemia jų termodinaminį nesuderinamumą (nemaišomumą) ir polinkį į spontanišką fazių atskyrimą, todėl kietasis segmentas yra lengvas. agreguoti kartu, kad susidarytų domenai, kurie yra išsklaidyti ištisinėje fazėje, kurią sudaro minkštieji segmentai. Mikrofazių atskyrimo procesas iš tikrųjų yra elastomero kietojo segmento iš kopolimero sistemos atskyrimo ir agregacijos arba kristalizacijos procesas.
Poliuretano mikrofazių atskyrimo reiškinį pirmasis pasiūlė amerikiečių mokslininkas Cooperis. Po to buvo atlikta daug poliuretano struktūros tyrimų [4]. Poliuretano užpildų struktūros tyrimai taip pat padarė pažangą, sudarant gana išbaigtą struktūrą. Sistemos [5] mikrofazės struktūros teorija: blokinėje poliuretano sistemoje kietojo ir minkštojo segmento mikrofazių atskyrimą sukelia termodinaminis segmento ir minkštojo segmento nesuderinamumas. Segmentų tarp kietųjų segmentų traukos jėga yra daug didesnė nei segmentų tarp minkštųjų segmentų. Kietieji segmentai yra netirpūs minkštojo segmento fazėje, tačiau pasiskirstę joje, sudarydami nenutrūkstamą mikrofazės struktūrą (jūros-salos struktūrą). Jis atlieka fizinį susiejimo ir sustiprinimo vaidmenį minkštajame segmente. Mikrofazių atskyrimo procese padidėjusi sąveika tarp kietųjų segmentų palengvins kietų segmentų atskyrimą nuo sistemos ir agreguosis arba kristalizuosis, skatindama mikrofazių atskyrimą. Žinoma, yra tam tikras suderinamumas tarp plastikinės fazės ir guminės fazės, o fazės tarp plastikinių mikro domenų ir guminių mikro domenų yra sumaišomos, kad susidarytų pratekėjimo fazė. Tuo pačiu metu buvo pasiūlyti ir kiti modeliai, susiję su mikrofazių atskyrimu, pvz., Seymouras [6], o kiti pasiūlė, kad kietojo segmento ir minkštųjų segmentų praturtinti regionai sudarytų ištisinį kryžminį tinklą. Paik Sung ir Schneide [7] pasiūlė realesnį mikrofazių atskyrimo struktūros modelį: mikrofazių atskyrimo laipsnis uretane yra netobulas, nėra visiškai mikrofazių sambūvis, bet apima mišrius minkštųjų segmentų vienetus. Mikro domene tarp segmentų vyksta maišymasis, kuris turi tam tikros įtakos medžiagos morfologijai ir mechaninėms savybėms. Minkštame segmente yra kietų segmentų, dėl kurių gali pasikeisti minkštojo segmento stiklėjimo temperatūra. Ryškiai patobulinta, siaurinant žemos temperatūros aplinkoje naudojamų medžiagų asortimentą. Minkštųjų segmentų įtraukimas į kietųjų segmentų sritis gali sumažinti kietųjų segmentų sričių stiklėjimo temperatūrą ir taip sumažinti medžiagos atsparumą karščiui.
b. Poliuretano elastomerų vandenilinis sukibimas
Vandenilio ryšiai egzistuoja tarp grupių, kuriose yra azoto atomų ir deguonies atomų, turinčių stiprų elektronegatyvumą, ir grupių, kuriose yra vandenilio atomų. Grupių rišlumo energija yra susijusi su grupių sanglaudos energijos dydžiu. Stiprūs vandeniliniai ryšiai dažniausiai egzistuoja tarp segmentų. Remiantis pranešimais, dauguma imino grupių įvairiose poliuretano makromolekulių grupėse gali sudaryti vandenilio jungtis, o daugumą jų sudaro imino grupės ir karbonilo grupės kietajame segmente, o nedidelė dalis susidaro su eterio deguonimi. minkštajame segmente. susidarė karbonilo grupė arba esteris. Palyginti su intramolekulinių cheminių jungčių surišimo jėga, vandenilio jungties jėga yra daug mažesnė. Tačiau daug vandenilio jungčių poliariniuose polimeruose taip pat yra vienas iš svarbių veiksnių, turinčių įtakos veikimui. Vandenilinės jungtys yra grįžtamos. Esant žemesnei temperatūrai, glaudus lytinių segmentų išsidėstymas skatina vandenilinių ryšių susidarymą: aukštesnėje temperatūroje segmentai gauna energijos ir patiria terminį judėjimą, didėja atstumas tarp segmentų ir molekulių, vandeniliniai ryšiai susilpnėja arba net išnyksta. Vandenilinės jungtys atlieka fizinio kryžminio susiejimo vaidmenį, todėl poliuretano korpusas gali turėti didesnį stiprumą, atsparumą dilimui, atsparumą tirpikliui ir mažesnę tempimo nuolatinę deformaciją. Kuo daugiau vandenilinių jungčių, tuo stipresnės tarpmolekulinės jėgos ir tuo didesnis medžiagos stiprumas. Vandenilinių jungčių kiekis tiesiogiai veikia sistemos mikrofazių diferenciacijos laipsnį [8].
c. Kristališkumas
Linijinis poliuretanas, turintis taisyklingą struktūrą, poliariškesnes ir standesnes grupes, daugiau tarpmolekulinių vandenilio jungčių ir gerą kristališkumą, pagerino kai kurias poliuretano medžiagos savybes, tokias kaip stiprumas ir atsparumas tirpikliams. Poliuretano medžiagų kietumas, stiprumas ir minkštėjimo temperatūra didėja didėjant kristališkumui, atitinkamai mažėja pailgėjimas ir tirpumas. Kai kurioms reikmėms, pvz., vienkomponenčiams termoplastiniams poliuretaniniams klijams, norint gauti pradinį lipnumą, reikalinga greita kristalizacija. Kai kurie termoplastiniai poliuretano elastomerai dėl didelio kristališkumo išsiskiria greičiau. Kristaliniai polimerai dažnai tampa nepermatomi dėl lūžusios šviesos anizotropijos. Jei į kristalines linijines poliuretano makromolekules įterpiamas nedidelis kiekis šakotų arba kabančių grupių, medžiagos kristališkumas mažėja. Kai kryžminio ryšio tankis tam tikru mastu padidėja, minkštasis segmentas praranda savo kristališkumą. Kai medžiaga ištempiama, dėl tempimo įtempio minkštojo segmento molekulinė grandinė orientuota ir pagerėja taisyklingumas, pagerėja poliuretano elastomero kristališkumas ir atitinkamai pagerėja medžiagos stiprumas. Kuo stipresnis kietojo segmento poliškumas, tuo labiau pagerėja poliuretano medžiagos gardelės energija po kristalizacijos. Polieterio poliuretano atveju, padidėjus kietojo segmento kiekiui, didėja polinės grupės, didėja kietojo segmento tarpmolekulinė jėga, didėja mikrofazių atskyrimo laipsnis, kietojo segmento mikrodomenas palaipsniui formuoja kristalizaciją, o kristališkumas didėja didėjant kietajam segmentui. turinys. Palaipsniui didinkite medžiagos stiprumą.
d. Minkšto segmento struktūros įtaka poliuretano elastomero savybėms
Oligomeriniai polioliai, tokie kaip polieteriai ir poliesteriai, sudaro minkštus segmentus. Minkštasis segmentas sudaro didžiąją dalį poliuretano, o poliuretano, pagaminto iš skirtingų oligomerų poliolių ir diizocianatų, savybės skiriasi. Lankstus (minkštas) poliuretano elastomerų segmentas daugiausia įtakoja medžiagos elastingumo savybes ir labai prisideda prie jos žemos temperatūros ir tempimo savybių. Todėl minkštojo segmento Tg parametras yra nepaprastai svarbus, o antra, kristališkumas, lydymosi temperatūra ir deformacijos sukelta kristalizacija taip pat yra veiksniai, turintys įtakos jo galutinėms mechaninėms savybėms. Poliuretano elastomerai ir putos iš poliesterio su stipriu poliškumu, nes minkšti segmentai pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis. Kadangi poliuretane, pagamintame iš poliesterio poliolio, yra didelė polinių esterių grupė, tarp kietųjų segmentų gali susidaryti ne tik vandenilio ryšiai, bet ir minkštojo segmento polinės grupės gali iš dalies sąveikauti su kietaisiais segmentais. Polinės grupės sudaro vandenilinius ryšius, todėl kietojo segmento fazė gali būti tolygiau paskirstyta minkštojo segmento fazėje, kuri veikia kaip elastingas kryžminio susiejimo taškas. Kai kurie poliesterio polioliai gali sudaryti minkštą segmentų kristalizaciją kambario temperatūroje, o tai turi įtakos poliuretano savybėms. Poliesterio poliuretano medžiagos stiprumas, atsparumas alyvai ir terminis oksidacinis senėjimas yra didesni nei PPG polieterio poliuretano medžiagos, tačiau atsparumas hidrolizei yra blogesnis nei polieterio tipo. Iš politetrahidrofurano (PTMG) poliuretano nesunku suformuoti kristalus dėl įprastos molekulinės grandinės struktūros, o jo stiprumas panašus į poliesterio poliuretano stiprumą. Paprastai tariant, minkštojo polieterio poliuretano segmento eterio grupę lengva pasukti viduje, ji turi gerą lankstumą ir puikiai veikia žemoje temperatūroje, o polieterio poliolio grandinėje nėra esterių grupės, kurią būtų gana lengva hidrolizuoti, ir jos atsparumas hidrolizei Geriau nei poliesterio poliuretanas. Minkštojo polieterio segmento eterinės jungties anglis lengvai oksiduojama, kad susidarytų peroksido radikalai, dėl kurių vyksta daugybė oksidacinių skilimo reakcijų. Poliuretanas su polibutadieno molekuline grandine, kaip minkštasis segmentas, turi silpną poliškumą, prastą suderinamumą tarp minkštų ir kietų segmentų ir silpną elastomero stiprumą. Dėl sterinių kliūčių minkštasis segmentas, kuriame yra šoninė grandinė, turi silpnus vandenilio ryšius, prastą kristališkumą, o stiprumas yra prastesnis nei tos pačios minkšto segmento pagrindinės grandinės be šoninės grupės poliuretano. Minkšto segmento molekulinė masė turi įtakos mechaninėms poliuretano savybėms. Paprastai tariant, darant prielaidą, kad poliuretano molekulinė masė yra tokia pati, poliuretano medžiagos stiprumas mažėja didėjant minkštojo segmento molekulinei masei; jei minkštasis segmentas yra poliesterio grandinė, polimerinės medžiagos stiprumas mažėja lėtai, didėjant poliesterio diolio molekulinei masei; Jei minkštasis segmentas yra polieterio grandinė, polimerinės medžiagos stiprumas mažėja didėjant polieterio glikolio molekulinei masei, tačiau didėja pailgėjimas. Taip yra dėl didelio esterio minkštojo segmento poliškumo ir didelės tarpmolekulinės jėgos, kuri gali iš dalies kompensuoti poliuretano medžiagos stiprumo sumažėjimą dėl molekulinės masės padidėjimo ir minkštųjų segmentų kiekio padidėjimo. Minkštas polieterio segmentas yra silpno poliškumo. Padidėjus molekulinei masei, kietojo segmento kiekis atitinkamame poliuretane mažėja, todėl sumažėja medžiagos stiprumas. Zhu Jinhua ir kt. [9] susintetino keletą poliuretano blokinių kopolimerų ir skiepų kopolimerų, turinčių skirtingus minkštus segmentus, ir išbandė jų dinamines mechanines savybes. Rezultatai parodė, kad poliuretano kopolimerų ir makromolekulių grandinės suderinamumas, susijęs su struktūra, skiepų grandinių buvimas turi reikšmingos įtakos poliuretano blokinių kopolimerų suderinamumui ir slopinimo savybėms. Paprastai minkštųjų segmentų molekulinės masės įtaka poliuretano elastomerų atsparumui ir terminio senėjimo savybėms nėra reikšminga. Minkšto segmento kristališkumas labai prisideda prie linijinio poliuretano kristališkumo. Paprastai tariant, kristališkumas yra naudingas siekiant padidinti poliuretano stiprumą. Tačiau kartais kristalizacija sumažina medžiagos lankstumą žemoje temperatūroje, o kristaliniai polimerai dažnai būna nepermatomi. Siekiant išvengti kristalizacijos, molekulės vientisumą galima sumažinti, pvz., naudojant kopoliesterį arba kopolieterio poliolį arba mišrų poliolį, mišrų grandinės prailgintuvą ir kt.
e. Kietojo segmento įtaka poliuretano elastomero savybėms
Kieto segmento struktūra yra vienas iš pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos poliuretano elastomerų atsparumui karščiui. Diizocianato ir grandinės ilgintuvo, sudarančio poliuretano elastomero segmentą, struktūra skiriasi, o tai taip pat turi įtakos atsparumui karščiui. Kietasis poliuretano segmentas sudarytas iš poliizocianato ir grandinės ilgintuvo. Jame yra stiprių polinių grupių, tokių kaip uretano grupė, arilo grupė ir pakeista karbamido grupė. Paprastai aromatinio izocianato suformuotas standus segmentas nėra lengvai keičiamas, o kambario temperatūroje ištempia. strypo formos. Kietieji segmentai dažniausiai turi įtakos aukštos temperatūros poliuretano savybėms, tokioms kaip minkštėjimas, lydymosi temperatūra. Dažniausiai naudojami diizocianatai yra TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI ir kt., dažniausiai naudojami alkoholiai yra etilenglikolis, -butandiolis, heksandiolis ir kt., o dažniausiai naudojami aminai yra MOCA, EDA, DETDA ir kt. Kietojo segmento tipas parenkamas pagal norimas polimero mechanines savybes, tokias kaip maksimali naudojimo temperatūra, atsparumas oro sąlygoms, tirpumas ir kt., taip pat reikėtų atsižvelgti į jo ekonomiškumą. Įvairios diizocianatinės struktūros gali turėti įtakos kietojo segmento taisyklingumui ir vandenilinių jungčių susidarymui, todėl turi didesnę įtaką elastomero stiprumui. Paprastai tariant, dėl izocianato turinčio aromatinio žiedo kietasis segmentas turi didesnį standumą ir rišlumo energiją, o tai paprastai padidina elastomero stiprumą.
Kietajame segmente, kuriame yra karbamido grupė, sudaryta iš diizocianato ir diamino grandinės ilgintuvo, labai lengva suformuoti plastikinį mikrodomeną dėl didelės karbamido grupės sanglaudos, o poliuretanas, sudarytas iš šio standaus segmento, yra linkęs į mikrofazę. atskyrimas. Paprastai kalbant, kuo didesnis standaus segmento, sudarančio poliuretaną, standumas, tuo lengviau įvyksta mikrofazių atskyrimas. Poliuretane kuo didesnis standaus segmento kiekis, tuo didesnė mikrofazių atsiskyrimo tikimybė.
Grandinės ilgintuvas yra susijęs su kieto poliuretano elastomero segmento struktūra ir turi didelę įtaką elastomero veikimui. Palyginti su alifatinio diolio poliuretanu, prailginta grandine, poliuretanas, kurio sudėtyje yra aromatinio žiedo diamino, yra stipresnis, nes amino grandinės ilgintuvas gali sudaryti karbamido ryšį, o karbamido jungties poliškumas yra didesnis nei uretano jungties. . Be to, tirpumo parametrų skirtumas tarp kietojo karbamido jungties segmento ir minkštojo polieterio segmento yra didelis, todėl kietasis polikarbamido segmentas ir minkštasis polieterio segmentas turi didesnį termodinaminį nesuderinamumą, todėl poliuretano karbamidas geriau atskiria mikrofazes. [10], todėl diamino grandine prailgintas poliuretanas turi didesnį mechaninį stiprumą, modulį, klampumą, atsparumą karščiui ir geresnes charakteristikas žemoje temperatūroje nei diolio grandine prailgintas poliuretanas. Liejant poliuretano elastomerus kaip grandinės ilgintuvus dažniausiai naudojami aromatiniai diaminai, nes iš jų pagaminti poliuretano elastomerai pasižymi geromis visapusiškomis savybėmis. Xu Guangjie ir kt. [11] pranešė, kad karboksilo esterio polioliai buvo gaminami reaguojant maleino anhidridui su polioliais, o po to reaguojant su kitais monomerais, tokiais kaip TDI-80, kryžminius ryšius sudarančiomis medžiagomis ir grandinės prailgintuvais, kad būtų gauti karboksilo turintys polioliai. Poliuretano prepolimeras buvo disperguotas vandeniniame trietanolamino tirpale, gaminant vandens pagrindu pagamintą poliuretaną, ištirta grandinės ilgintuvo tipo ir kiekio įtaka dervos veikimui ir nustatyta, kad amino grandinės ilgintuvas buvo efektyvesnis nei hidroksilo grandinės ilgintuvas Naudinga pagerinti mechanines dervos savybes. Bisfenolio A naudojimas kaip grandinės ilgintuvas gali ne tik pagerinti mechanines dervos savybes, bet ir padidinti dervos stiklėjimo temperatūrą, išplėsti vidinės trinties smailės plotį ir pagerinti odinės dervos temperatūros diapazoną. 12]. Poliuretano karbamido diamino grandinės ilgintuvo struktūra tiesiogiai veikia vandenilio ryšį, kristalizaciją ir mikrofazės struktūros atskyrimą medžiagoje ir iš esmės lemia medžiagos veikimą [13]. Didėjant kietojo segmento kiekiui, palaipsniui didėjo poliuretano medžiagos atsparumas tempimui ir kietumas, mažėjo pailgėjimas trūkimo metu. Taip yra todėl, kad tarp kietojo segmento suformuotos tam tikro kristališkumo fazės ir minkštojo segmento suformuotos amorfinės fazės yra mikrofazių atskyrimas, o kietojo segmento kristalinė sritis veikia kaip veiksmingas kryžminio susiejimo taškas. Jis taip pat atlieka vaidmenį, panašų į užpildo sutvirtinimą minkštojo segmento amorfinėje srityje. Padidėjus kiekiui, sustiprinamas kietojo segmento minkštajame segmente sutvirtinimo efektas ir efektyvus skersinio susiejimo efektas, o tai skatina medžiagos stiprumo padidėjimą.
f. Kryžminio sujungimo įtaka poliuretano elastomerų savybėms
Vidutinis intramolekulinis kryžminimas gali padidinti poliuretano medžiagų kietumą, minkštėjimo temperatūrą ir tamprumo modulį bei sumažinti pailgėjimą trūkimo metu, nuolatinę deformaciją ir patinimą tirpikliuose. Naudojant poliuretano elastomerus, tinkamas kryžminis sujungimas gali pagaminti medžiagas, turinčias puikų mechaninį stiprumą, didelį kietumą, elastingumą ir puikų atsparumą dilimui, atsparumą alyvai, atsparumą ozonui ir karščiui. Tačiau jei kryžminis susiejimas yra per didelis, tokios savybės kaip tempiamasis stipris ir pailgėjimas gali būti sumažintos. Blokinių poliuretano elastomerų cheminis kryžminis sujungimas gali būti suskirstytas į dvi kategorijas: (1) trifunkcinių grandinės ilgintuvų (tokių kaip TMP) naudojimas, kad būtų suformuota kryžminė struktūra; (2) izocianato pertekliaus naudojimas reaguojant, kad susidarytų dikondensatas Karbamidas (per karbamido grupes) arba alofanatas (per uretano grupes). Kryžminis ryšys turi didelę įtaką vandenilinio ryšio laipsniui, o susidarius kryžminiams ryšiams labai sumažėja medžiagos vandenilinio ryšio laipsnis, tačiau cheminis kryžminis sujungimas turi geresnį terminį stabilumą nei fizinis kryžminimas, kurį sukelia vandenilinis ryšys. Ištyrus cheminio kryžminio sujungimo tinklo poveikį poliuretano karbamido elastomerų morfologijai, mechaninėms savybėms ir šiluminėms savybėms naudojant FT-IR ir DSC, nustatyta, kad poliuretano karbamido elastomerai su skirtingais kryžminiais tinklais turi skirtingą morfologiją. Didėjant tankiui, elastomero mikrofazių maišymosi laipsnis didėja, minkštojo segmento stiklėjimo temperatūra žymiai padidėja, o elastomero 300 procentų atsparumas tempimui palaipsniui didėja, o pailgėjimas trūkimo metu palaipsniui mažėja. Kai , elastomero mechaninės savybės (tempiamasis stipris ir atsparumas plyšimui) pasiekia aukščiausias.
4. Poliuretano elastomerų panaudojimas
a. Taikymas anglies paruošimo, kasybos, metalurgijos ir kitose pramonės šakose
Poliuretano elastomerai yra labiausiai nemetalinės medžiagos, atitinkančios kasyklų reikalavimus ir galinčios pakeisti kai kurias metalines medžiagas. Kalnams skirti poliuretano elastomero gaminiai apima sieto plokštes, elastomerinius pamušalus, konvejerio juostas ir pan. Poliuretano gumos sietai apima atpalaiduojančius sietus, įtempimo sietus, plyšius sietus ir tt Poliuretano gumos ekrano plokštė pasižymi puikiu atsparumu dilimui, atsparumu vandeniui, atsparumui alyvai, sugeria vibracijas ir mažina triukšmą, pasižymi dideliu stiprumu, tvirtu sukibimu su metaliniu rėmu, žemu atsparumu. triukšmas, geras savaiminio išsivalymo efektas, sumažina ekrano apkrovą, taupo energijos sąnaudas ir pailgina ekrano laiką. Mašinos tarnavimo laikas, aukšta ekrano kokybė. Daug kasybos įrangos, pvz., purtytuvų, specialių koncentratorių, flotacijos mašinų, koncentratorių, spiralinių lovių, pulverizatorių, koncentratorių, vamzdžių ir alkūnių, kontaktinių medžiagų, tokių kaip žvyras, ir reikalauja nusidėvėjimui atsparių pamušalų; kasybos vienbėgiai kranai Plieninis uretano varomasis ratas, antipireninis ir antistatinis poliuretano konvejerio diržas, įrangos kabelio TPU apvalkalas, dulkių žiedas, amortizatorius ir kt., Pageidautina medžiaga yra poliuretano elastomeras.
b. Poliuretano guminis volelis
Poliuretano gumos volelis yra puikių eksploatacinių savybių poliuretano gumos gaminys, paprastai pagamintas iš plieno arba geležies, liejimo būdu padengto poliuretano elastomero sluoksniu. Pagal paskirtį yra: lukštenamieji guminiai volai grūdų apdirbimui, ekstruziniai guminiai volai ir celiuliozės gumos volai popieriaus pramonėje, vielos traukimo volai, traukimo volai ir pjovimo volai tekstilės pramonėje, mediena, stiklas ir pakavimas Pavaros guolių guminiai ritinėliai naudojami pramonėje, įvairūs guminiai voleliai spausdinimo ir dažymo mašinoms, maži guminiai voleliai įvairiems instrumentams, pavarų guminiai voleliai transportavimo sistemoms, spausdinimo guminiai voleliai, metaliniai šalto valcavimo transmisijos guminiai voleliai, metalo plieno plokščių spalvoti dengimo voleliai ir kt., guma šių guminių volų sluoksnis gali būti pagamintas iš poliuretano elastomero. Dauguma guminių volų gaminami liejimo būdu. Paprastai plieninė šerdis dedama į cilindrinės formos centrą ir išliejamas elastomeras. Specialiose vaikiškose lovelėse gali būti naudojamas išcentrinis liejimas arba liejimas sukamas. Liejimas sukasi pašalina formų poreikį, o elastomerinėms sistemoms išlieti naudojama kambario temperatūros vulkanizacija, todėl sumažėja bendras apdorojimo laikas.
c. Poliuretano gumos ratai ir padangos
Poliuretano elastomeras turi didelę laikomąją galią, atsparumą dilimui, atsparumą alyvai ir yra tvirtai pritvirtintas prie metalinio rėmo. Jis gali būti naudojamas gaminant guminius volelius, plačiai naudojamus įvairiuose perdavimo mechanizmuose, pvz. gamybos linijos konvejerio juostos, kreipiamieji ritinėliai, funikulieriaus čiuožyklos ir kt. Sporto ir pramogų kryptimi aukščiausios klasės riedučių ir paspirtukų ratai yra pagaminti iš poliuretano. Uretano gumos ratas taip pat pasižymi atsparumu alyvai, geru kietumu ir stipriu sukibimu. Taip pat poliuretanas naudojamas smulkių elektroninių ir tiksliųjų instrumentų transmisijoje, įvairiuose universaliuose ratuose ir kt.
d. Mechaniniai priedai
Įvairūs sandarinimo žiedai, amortizatoriai, movos, automobilių sniego grandinės ir kt.
e. Batų medžiaga
Poliuretano elastomeras pasižymi geromis amortizacinėmis savybėmis, lengvu svoriu, atsparumu dilimui, neslystančia ir tt bei geru apdorojimo našumu. Tai tapo svarbia sintetine medžiaga batams avalynės pramonėje, gaminant sportinius batus, tokius kaip beisbolo bateliai, golfo kamuoliukai ir futbolas. , padai, kulnai, kojų pirštai, taip pat slidinėjimo batai, apsauginiai batai, laisvalaikio batai ir kt. Batų medžiagoms gaminti naudojamos poliuretano medžiagos yra išlieti mikroląsteliniai elastomerai ir termoplastiniai poliuretano elastomerai ir kt., o mikroląsteliniai elastomero padai yra pagrindiniai. . Mikroląstelinis poliuretano elastomeras yra lengvas ir atsparus dilimui. Jį mėgsta batų gamintojai. Produktas yra mažo tankio ir yra daug lengvesnis nei tradiciniai guminiai padai ir PVC batų medžiagos. Mikroporiniai poliuretano elastomerai Kinijoje daugiausia naudojami kelioninių batų, odinių batų, sportinių batų, basučių ir kt. paduose ir vidpadžiuose. Jie daugiausia naudojami specialių sportinių batų, kuriems reikalingas atsparumas dilimui ir elastingumas užsienyje, paduose. Dizainas gali būti įvairus. TPU kulnas aukštam atsparumui dilimui. Termiškai suyrančią putojančią medžiagą galima pridėti į liejimą įpurškiant, kad būtų pagaminta putų TPU elastinga batų medžiaga.
f. Štampo pamušalo ir uždengimo šablonas lakštinio metalo dalims formuoti ir kt.
Perforuojant plonas lakštines dalis įprastomis plieninėmis štampomis, lūžio paviršiuje dažnai susidaro įbrėžimų. Tradicinės plieninės formos pakeitimo poliuretano guma štampavimo technologija yra metalo lakštų štampavimo technologijos šuolis, kuris gali labai sutrumpinti pelėsių gamybos ciklą, pailginti formos tarnavimo laiką, sumažinti formuojamų dalių gamybos sąnaudas ir pagerinti. dalių paviršiaus kokybė ir matmenų tikslumas, ypač tinkamas tinka mažų ir vidutinių partijų ir vienetinių gaminių bandomajai gamybai, labiau tinka plonoms ir sudėtingoms štampavimo dalims. Plytelių ir keramikos gamybos linijose naudojant PU elastomero pamušalo formas galima sumažinti gamybos sąnaudas, pagerinti gamybos efektyvumą ir derlių. Poliuretanas gali būti naudojamas betono formoms gaminti. Iš poliuretano formų galima atkartoti įvairius raštus ir gaminti dekoratyvinius blokelius. Metalinių formų štampavimo gamyboje vietoj metalinių spyruoklių kaip buferio komponentų naudojami poliuretano elastomero strypai, vamzdeliai ir plokštelės pagalvėlės, pasižyminčios dideliu elastingumu, lankstumu, gniuždymu Didelis deformacijos stiprumas, nepažeidžiami formos.
g. Medicininiai elastomero gaminiai
Medicininiai poliuretano elastomerai daugiausia yra termoplastiniai poliuretanai užsienyje, taip pat yra nedidelis kiekis lietinių poliuretano elastomerų ir mikroląstelinių elastomerų. Dėl didelio stiprumo, atsparumo dilimui, biologinio suderinamumo, be plastifikatorių ir kitų mažų molekulių inertiškų priedų poliuretano elastomerai užima svarbią vietą medicininėse polimerinėse medžiagose. Medicininiai poliuretano gaminiai apima poliuretano gastroskopų žarnas, medicinines žarnas, dirbtines ir diafragmos bei kapsuliavimo medžiagas, poliuretano elastinius tvarsčius, trachėjos rankoves ir kt. [14].
h. Vamzdžiai
Naudojant poliuretano elastomerų lankstumą, didelį atsparumą tempimui, atsparumą smūgiams, atsparumą žemai temperatūrai, atsparumą aukštai temperatūrai ir didelį atsparumą gniuždymui, jis gali būti pagamintas į įvairias žarnas ir kietus vamzdžius, tokius kaip aukšto slėgio žarnos, medicininiai kateteriai, alyvos vamzdžiai. , oro tiekimo vamzdžiai, degalų tiekimo vamzdžiai, dažų žarnos, gaisrinės žarnos, dujų medžiagų tiekimo vamzdžiai ir kt. Uretaniniai vamzdžiai dažniausiai yra ekstruziniai iš termoplastinio poliuretano.
