L'elastòmer de poliuretà, també conegut com a elastòmer de poliuretà, és un material sintètic de polímer que conté més grups d'uretà a la cadena principal. Generalment es compon d'oligòmers com el polièster, el polièter i la poliolefina. Es forma per l'addició i polimerització graduals de poliols, poliisocianats i diols o extensors de cadena de diamines. És un material elàstic entre el cautxú general i el plàstic, és a dir, té l'alta elasticitat del cautxú i l'alta resistència del plàstic. Té un gran allargament i un ampli rang de duresa; la seva resistència al desgast, la biocompatibilitat i la compatibilitat amb la sang són especialment destacades. Al mateix temps, també té una excel·lent resistència a l'oli, resistència a l'impacte, resistència a baixa temperatura, resistència a la radiació i resistència a la càrrega, aïllament tèrmic, aïllament i altres propietats. Per tant, els camps d'aplicació dels elastòmers de poliuretà són molt amplis. S'ha convertit en un material indispensable i valuós en l'economia nacional i la vida de la gent.
L'elastòmer de poliuretà té una àmplia gamma de propietats, que està estretament relacionada amb la seva estructura, i la seva estructura depèn de molts factors com ara reactius, temps de reacció, temperatura de reacció i fins i tot petits canvis en el contingut d'aigua poden causar elastòmers de poliuretà Gran diferència en les propietats mecàniques .
1. Visió general dels elastòmers de poliuretà
L'elastòmer de poliuretà, també conegut com a cautxú de poliuretà, pertany al cautxú sintètic especial i és una mena de polímer elàstic que conté més grups d'uretà (-NHCOO-) a la cadena principal de la molècula. És un material típic de copolímer multibloc. . Els elastòmers de poliuretà solen preparar-se per reacció de poliaddició utilitzant poliols polimèrics, isocianats, extensors de cadena, agents de reticulació i una petita quantitat d'agents auxiliars com a matèries primeres. Pel que fa a l'estructura molecular, l'elastòmer de poliuretà (PUE) és un polímer de bloc i la seva cadena molecular es compon generalment de dues parts. A temperatura normal, una part es troba en un estat elàstic elevat, anomenat segment tou; L'estat cristal·lí s'anomena segment dur. En general, el segment tou es compon d'una cadena llarga i flexible de poliol de polímer, i el segment dur es compon d'isocianat i estensor de cadena. El segment tou i el segment dur estan disposats alternativament per formar unitats estructurals repetides. A més del grup uretà, la cadena principal de la molècula de poliuretà també conté grups polars com el grup èter, èster o urea. A causa de l'existència d'un gran nombre d'aquests grups polars, es poden formar enllaços d'hidrogen a la molècula de poliuretà i entre les molècules, i el segment tou i el segment dur són termodinàmicament incompatibles, la qual cosa indueix la formació del segment dur i el segment tou. microdomini segmentat i produeix una estructura de separació de fases microscòpica. Els poliuretans lineals també poden formar enllaços físics mitjançant enllaços d'hidrogen. Aquestes característiques estructurals fan que els elastòmers de poliuretà tinguin una resistència al desgast i una duresa excel·lents, coneguda com a "goma resistent al desgast" [1], i com que hi ha moltes varietats de matèries primeres de poliuretà, la varietat i la proporció de matèries primeres es poden ajustar per sintetitzar productes amb diferents característiques de rendiment. productes, fent elastòmers de poliuretà àmpliament utilitzats en l'àmbit de l'economia nacional. Tot i que la producció d'elastòmer de poliuretà no representa una petita proporció de productes de poliuretà, la seva varietat i àmplia gamma d'aplicacions no tenen igual per a altres materials. L'elastòmer de poliuretà té excel·lents propietats integrals i el seu mòdul es troba entre el del cautxú general i el plàstic. Té les següents característiques: ① Alta resistència i elasticitat, pot mantenir una alta elasticitat en una àmplia gamma de duresa (Shore A10-Shore D75); ② Amb la mateixa duresa, té una capacitat de càrrega més gran que altres elastòmers; ③ Excel·lent resistència al desgast, la seva resistència al desgast és 2-10 vegades la del cautxú natural; ④ Bona resistència a la fatiga i resistència a la vibració, adequada per a aplicacions de deflexió d'alta freqüència; ⑤ Alta resistència a l'impacte; ⑥ Resistència de poliuretà aromàtic Excel·lent resistència a la radiació, l'oxigen i la resistència a l'ozó; ⑦ Excel·lent resistència a greixos i productes químics; ⑧ Generalment, la baixa duresa requerida es pot aconseguir sense plastificant, de manera que no hi ha cap problema causat per la migració del plastificant; ⑨ Emmotllament i baix cost de processament; ⑩El poliuretà normal no es pot utilitzar per sobre dels 100 graus, però la fórmula pot suportar altes temperatures de 140 graus. En circumstàncies normals, en comparació amb els materials metàl·lics, els productes d'elastòmer de poliuretà tenen els avantatges de pes lleuger, resistència a la pèrdua, baix so, baixos costos de processament i resistència a la corrosió; en comparació amb el cautxú, els elastòmers de poliuretà tenen resistència al desgast, resistència al tall, resistència a la llàgrima, alta càrrega, potable, potable, transparent o translúcid, resistència a l'ozó, rang de duresa i altres avantatges; en comparació amb els plàstics, els elastòmers de poliuretà tenen els avantatges de no fragilitat, memòria elàstica, resistència al desgast, etc. Hi ha diversos mètodes de processament d'elastòmers de polièster, contínuament apareixen noves tecnologies i noves varietats, i les perspectives d'aplicació seran molt àmplies [2] .
2. Tecnologia de processament d'elastòmer de poliuretà
Al laboratori, els elastòmers de poliuretà es sintetitzen generalment mitjançant mètodes de prepolímer de fosa manual, incloent el mètode d'un sol pas, el mètode del prepolímer i el mètode del semiprepolímer.
El mètode d'un sol pas és afegir el diisocianat, el poliol, el catalitzador i altres agents auxiliars a la fórmula alhora i abocar-lo al motlle després d'agitar a alta velocitat per preparar el producte elastòmer de poliuretà. Tot i que el producte obtingut pel mètode d'un sol pas té poca uniformitat i repetibilitat de rendiment i pot introduir un gran nombre de bombolles d'aire al sistema de reacció, de manera que hi ha un gran nombre de productes al producte, el procés d'aquest mètode és senzill, estalvia energia i redueix costos, de manera que aquest mètode s'utilitza principalment en S'utilitza a la indústria de l'escuma, però rarament s'utilitza en la producció d'elastòmers de poliuretà fosos [3]. En l'actualitat, amb l'aparició d'alguns nous processos d'emmotllament com la tecnologia d'emmotllament per injecció de reacció (RIM), el mètode d'un sol pas també s'ha desenvolupat més ràpidament.
L'elastòmer de poliuretà preparat pel mètode del prepolímer es divideix en dos passos, per la qual cosa també s'anomena mètode de dos passos. Primer, l'alcohol oligòmer i l'excés de poliisocianat es fan reaccionar per formar un prepolímer amb un grup NCO al grup final, i després el polímer es fa reaccionar amb un extensor de cadena durant la fosa per preparar un elastòmer de poliuretà. Aquest mètode s'utilitza principalment en la producció d'elasticitat de poliuretà. El desavantatge és que el prepolímer és sensible a la temperatura, requereix un equip elevat durant la fosa i té un procés llarg. La diferència entre el mètode del semiprepolímer i el mètode del prepolímer és que alguns poliols de polièster o poliols de polièter, extensors de cadena, additius químics, etc. s'afegeixen al prepolímer en forma de barreja. És a dir, l'oligòmer poliol de la fórmula es divideix en parts, una part es fa reaccionar amb un excés de diisocianat per sintetitzar el prepolímer i l'altra part es barreja amb un extensor de cadena i s'afegeix durant la injecció. La fracció de massa de NCO lliure en el prepolímer resultant és relativament alta, generalment 0.12-0,15 (12 per cent - per cent ), de manera que aquest prepolímer sovint s'anomena "quasi-prepolímer". Les característiques del mètode semi-prepolímer: ① La viscositat del component del prepolímer és baixa i es pot ajustar perquè sigui similar a la viscositat del component mixt de l'agent de curat; ② La relació també és propera (és a dir, la relació de massa de mescla pot ser 1:1). Això no només millora la uniformitat de la barreja, sinó que també millora algunes propietats de l'elasticitat. Aquest mètode és fàcil de dur a terme la industrialització: entre els tres mètodes anteriors, en general, l'elastòmer de poliuretà preparat pel mètode del prepolímer té el millor rendiment i el mètode d'un sol pas té el pitjor rendiment. Això és degut a que en el mètode d'un sol pas, les reaccions de polimerització i extensió de cadena es duen a terme al mateix temps. En la fase posterior de la reacció, a causa del fort augment de la viscositat del sistema, l'activitat de la cadena molecular està controlada per la reacció de difusió, la reacció no s'ha completat i el pes molecular de l'elastòmer de poliuretà obtingut és relativament petit. L'estructura no és uniforme, cosa que afecta el rendiment de l'elastòmer de poliuretà. En el procés del mètode del prepolímer, la reacció del prepolímer de poliuretà i la reacció entre el prepolímer de poliuretà i l'extensor de cadena es duen a terme pas a pas, i totes són reaccions controlables. La reacció és relativament exhaustiva i el poliuretà elàstic obtingut. El pes molecular a granel és relativament gran i l'estructura és relativament uniforme, cosa que afavoreix la formació d'enllaços d'hidrogen entre macromolècules, millorant així el rendiment de l'elastòmer de poliuretà. Les propietats de l'elastòmer de poliuretà preparat pel mètode semi-prepolímer es troben entre el mètode del prepolímer i el mètode d'un sol pas, i la temperatura de reacció és baixa, la qual cosa és adequada per a la producció industrial. Aquest article discuteix la relació entre l'estructura i les propietats dels elastòmers de poliuretà, tots ells sintetitzats pel mètode del prepolímer.
3. Estructura i propietats dels elastòmers de poliuretà
Les propietats mecàniques dels elastòmers de poliuretà estan directament relacionades amb l'estructura interna dels elastòmers de poliuretà, i la seva microestructura i morfologia es veuen fortament afectades per la interacció entre grups polars, com ara el tipus, l'estructura i la morfologia dels segments tous i durs. Propietats mecàniques i resistència a la calor dels elastòmers de poliuretà. En els últims anys, la gent ha començat a estudiar la relació entre les propietats mecàniques dels elastòmers de poliuretà i les seves estructures agregades i microestructures.
a. Estructura de separació de microfases d'elastòmer de poliuretà
Les propietats del poliuretà es veuen afectades principalment per l'estructura morfològica de la cadena macromolecular. La flexibilitat única i les excel·lents propietats físiques del poliuretà es poden explicar per la morfologia de dues fases. El grau de separació de microfases i l'estructura bifàsica dels segments tous i durs en elastòmers de poliuretà són crítics per al seu rendiment. La separació de fases moderada és beneficiosa per millorar les propietats del polímer. El procés de separació de la separació de microfases és que la diferència de polaritat entre el segment dur i el segment tou i la cristalinitat del propi segment dur condueixen a la seva incompatibilitat termodinàmica (imiscibilitat) i una tendència a la separació de fases espontània, de manera que el segment dur és fàcil. Agregar-se per formar dominis, que es dispersen en la fase contínua formada pels segments tous. El procés de separació de microfases és en realitat el procés de separació i agregació o cristal·lització del segment dur de l'elastòmer a partir del sistema de copolímer.
El fenomen de la separació de microfases de poliuretà va ser proposat per primera vegada per l'estudiós nord-americà Cooper. Després d'això, es va fer un gran treball de recerca sobre l'estructura del poliuretà [4]. La investigació sobre l'estructura agregada del poliuretà també va avançar, formant una estructura relativament completa. La teoria de l'estructura microfàsica del sistema [5]: en el sistema de poliuretà de blocs, la separació de microfases del segment dur i el segment tou és induïda per la incompatibilitat termodinàmica entre el segment i el segment tou. La força d'atracció dels segments entre els segments durs és molt més gran que la dels segments entre els segments tous. Els segments durs són insolubles en la fase del segment tou, però s'hi distribueixen, formant una estructura de microfase discontínua (estructura mar-illa). Té un paper físic d'enllaç i reforç en el segment tou. En el procés de separació de microfases, l'augment de la interacció entre segments durs facilitarà la separació dels segments durs del sistema i s'agreguen o cristal·litzen, afavorint la separació de microfases. Per descomptat, hi ha una certa compatibilitat entre la fase plàstica i la fase de cautxú, i les fases entre els microdominis de plàstic i els microdominis de cautxú es barregen per formar una fase de flux. Al mateix temps, també s'han proposat altres models relacionats amb la separació de microfases, com Seymour [6] i altres van proposar que les regions enriquides del segment dur i del segment tou formen una xarxa reticulada contínua entre si. Paik Sung i Schneide [7] van proposar un model d'estructura de separació de microfases més realista: el grau de separació de microfases en l'uretà és imperfecte, no és totalment la coexistència de microfases, però inclou unitats mixtes de segments tous. Hi ha barreja entre segments en el microdomini, que té un cert grau d'influència en la morfologia i les propietats mecàniques del material. El segment tou conté segments durs, que poden provocar un canvi en la temperatura de transició vítrea del segment tou. Millora de manera brillant, reduint la gamma de materials utilitzats en entorns de baixa temperatura. La inclusió de segments tous als dominis del segment dur pot reduir la temperatura de transició vítrea dels dominis del segment dur, reduint així la resistència a la calor del material.
b. Comportament d'enllaç d'hidrogen dels elastòmers de poliuretà
Hi ha enllaços d'hidrogen entre grups que contenen àtoms de nitrogen i àtoms d'oxigen amb una forta electronegativitat i grups que contenen àtoms d'hidrogen. L'energia de cohesió dels grups està relacionada amb la mida de l'energia de cohesió dels grups. Els enllaços d'hidrogen forts existeixen majoritàriament entre segments. Segons els informes, la majoria dels grups imina dels diferents grups de macromolècules de poliuretà poden formar enllaços d'hidrogen, i la majoria d'ells estan formats pels grups imina i els grups carbonil del segment dur, i una petita part es forma amb l'oxigen de l'èter. en el segment tou. grup o éster carbonil format. En comparació amb la força d'enllaç dels enllaços químics intramoleculars, la força d'enllaç d'hidrogen és molt menor. Tanmateix, l'existència d'un gran nombre d'enllaços d'hidrogen en polímers polars també és un dels factors importants que afecten el rendiment. Els ponts d'hidrogen són reversibles. A temperatures més baixes, la disposició propera dels segments sexuals afavoreix la formació d'enllaços d'hidrogen: a temperatures més altes, els segments reben energia i experimenten moviment tèrmic, la distància entre segments i molècules augmenta i els enllaços d'hidrogen es debiliten o fins i tot desapareixen. Els enllaços d'hidrogen tenen el paper d'entrecreuament físic, cosa que pot fer que el cos de poliuretà tingui una major resistència, resistència a l'abrasió, resistència als dissolvents i una menor deformació permanent a la tracció. Com més ponts d'hidrogen, més fortes són les forces intermoleculars i més gran és la resistència del material. La quantitat d'enllaços d'hidrogen afecta directament el grau de diferenciació de microfases del sistema [8].
c. Cristalinitat
El poliuretà lineal amb estructura regular, grups més polars i rígids, més enllaços d'hidrogen intermoleculars i una bona cristalinitat, ha millorat algunes propietats del material de poliuretà, com ara la resistència i la resistència als dissolvents. La duresa, la resistència i el punt de suavització dels materials de poliuretà augmenten amb l'augment de la cristalinitat, mentre que l'allargament i la solubilitat disminueixen en conseqüència. Per a algunes aplicacions, com els adhesius de poliuretà termoplàstics d'un component, es requereix una cristal·lització ràpida per obtenir una adherència inicial. Alguns elastòmers de poliuretà termoplàstics s'alliberen més ràpidament a causa de la seva alta cristalinitat. Els polímers cristal·lins sovint es tornen opacs a causa de l'anisotropia de la llum refractada. Si s'introdueix una petita quantitat de grups ramificats o penjants a les macromolècules de poliuretà lineals cristal·lines, la cristalinitat del material disminueix. Quan la densitat de reticulació augmenta fins a cert punt, el segment tou perd la seva cristal·linitat. Quan el material s'estira, la tensió de tracció fa que la cadena molecular del segment tou s'orienti i la regularitat es millora, es millora la cristalinitat de l'elastòmer de poliuretà i la resistència del material es millora en conseqüència. Com més forta sigui la polaritat del segment dur, més afavorirà la millora de l'energia de la xarxa del material de poliuretà després de la cristal·lització. Per al poliuretà de polièter, amb l'augment del contingut del segment dur, augmenten els grups polars, augmenta la força intermolecular del segment dur, augmenta el grau de separació de microfases, el microdomini del segment dur forma gradualment la cristal·lització i la cristal·linitat augmenta amb el segment dur. contingut. Augmenta gradualment la resistència del material.
d. Influència de l'estructura del segment tou en les propietats de l'elastòmer de poliuretà
Els poliols oligomèrics com els polièters i els polièsters formen els segments tous. El segment tou representa la major part del poliuretà, i les propietats del poliuretà preparat a partir de diferents poliols i diisocianats oligòmers són diferents. El segment flexible (tou) dels elastòmers de poliuretà afecta principalment les propietats elàstiques del material i contribueix significativament a la seva baixa temperatura i propietats de tracció. Per tant, el paràmetre Tg del segment tou és extremadament important i, en segon lloc, la cristal·linitat, el punt de fusió i la cristal·lització induïda per la soca també són factors que afecten les seves propietats mecàniques últimes. Els elastòmers i escumes de poliuretà fets de polièster amb una polaritat forta ja que els segments tous tenen millors propietats mecàniques. Com que el poliuretà fet de polièster poliol conté un gran grup d'èster polar, no només es poden formar enllaços d'hidrogen entre els segments durs, sinó que també els grups polars del segment tou poden interactuar parcialment amb els segments durs. Els grups polars formen enllaços d'hidrogen, de manera que la fase del segment dur es pot distribuir de manera més uniforme a la fase del segment tou, que actua com a punt d'enllaç elàstic. Alguns poliols de polièster poden formar un segment suau de cristal·lització a temperatura ambient, que afecta les propietats del poliuretà. La força, la resistència a l'oli i l'envelliment oxidatiu tèrmic del material de poliuretà de polièster són superiors a les del material de poliuretà de polièter PPG, però la resistència a la hidròlisi és pitjor que la del tipus de polièter. El poliuretà de politetrahidrofurà (PTMG) és fàcil de formar cristalls a causa de la seva estructura de cadena molecular regular i la seva força és comparable a la del poliuretà de polièster. En termes generals, el grup èter del segment tou de poliuretà de polièter és fàcil de girar internament, té una bona flexibilitat i té un excel·lent rendiment a baixa temperatura, i no hi ha cap grup èster que sigui relativament fàcil d'hidrolitzar a la cadena de polièter poliol, i la seva resistència a la hidròlisi Millor que el poliuretà de polièster. El carboni de l'enllaç èter del segment tou de polièter s'oxida fàcilment per formar radicals peròxids, donant lloc a una sèrie de reaccions de degradació oxidativa. El poliuretà amb cadena molecular de polibutadiè com a segment tou té una polaritat feble, una compatibilitat pobra entre els segments tous i durs i una resistència de l'elastòmer deficient. A causa de l'obstacle estèric, el segment tou que conté la cadena lateral té enllaços d'hidrogen febles, poca cristal·linitat i la resistència és pitjor que la de la mateixa cadena principal del segment tou sense poliuretà de grup lateral. El pes molecular del segment tou té un efecte sobre les propietats mecàniques del poliuretà. En termes generals, suposant que el pes molecular del poliuretà és el mateix, la resistència del material de poliuretà disminueix amb l'augment del pes molecular del segment tou; si el segment tou és una cadena de polièster, la resistència del material polimèric disminueix lentament amb l'augment del pes molecular del diol de polièster; Si el segment tou és una cadena de polièter, la resistència del material polimèric disminueix amb l'augment del pes molecular del polièter glicol, però l'allargament augmenta. Això es deu a l'alta polaritat del segment suau d'èster i a la gran força intermolecular, que pot compensar parcialment la disminució de la resistència del material de poliuretà a causa de l'augment del pes molecular i l'augment del contingut del segment tou. El segment tou de polièter té una polaritat feble. Si el pes molecular augmenta, el contingut del segment dur en el poliuretà corresponent disminueix, donant lloc a una disminució de la resistència del material. Zhu Jinhua et al. [9] va sintetitzar una sèrie de copolímers de bloc de poliuretà i copolímers d'empelt que contenien diferents segments tous, i van provar les seves propietats mecàniques dinàmiques. Els resultats van mostrar que la compatibilitat dels copolímers de poliuretà i la cadena de macromolècules Relacionades amb l'estructura, la presència de cadenes d'empelt té un efecte significatiu en la compatibilitat i les propietats d'amortiment dels copolímers de blocs de poliuretà. En general, l'efecte del pes molecular del segment tou sobre la resistència i les propietats d'envelliment tèrmic dels elastòmers de poliuretà no és significatiu. La cristalinitat del segment tou té una gran contribució a la cristalinitat del poliuretà lineal. En termes generals, la cristalinitat és beneficiosa per augmentar la resistència del poliuretà. Però de vegades la cristal·lització redueix la flexibilitat a baixa temperatura del material i els polímers cristal·lins sovint són opacs. Per evitar la cristal·lització, es pot reduir la integritat de la molècula, com ara l'ús de copolièster o copolièter poliol, o poliol mixt, estensor de cadena mixta, etc.
e. Influència del segment dur sobre les propietats de l'elastòmer de poliuretà
L'estructura del segment dur és un dels principals factors que afecten la resistència a la calor dels elastòmers de poliuretà. L'estructura del diisocianat i l'extensor de cadena que formen el segment d'elastòmer de poliuretà és diferent, cosa que també afecta la resistència a la calor. El segment dur del material de poliuretà es compon de poliisocianat i un extensor de cadena. Conté grups polars forts com ara el grup uretà, el grup aríl i el grup urea substituïda. Normalment, el segment rígid format per isocianat aromàtic no és fàcil de canviar, i s'estira a temperatura ambient. en forma de vareta. Els segments durs solen afectar les propietats d'alta temperatura del poliuretà, com ara el suavització, la temperatura de fusió. Els diisocianats d'ús habitual són TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI, etc., els alcohols d'ús habitual són etilenglicol, -butanediol, hexanediol, etc., i les amines d'ús habitual són MOCA, EDA, DETDA, etc. El tipus de segment dur es selecciona d'acord amb les propietats mecàniques desitjades del polímer, com ara la temperatura màxima d'ús, la resistència a la intempèrie, la solubilitat, etc., i també s'ha de tenir en compte la seva economia. Les diferents estructures de diisocianat poden afectar la regularitat del segment dur i la formació d'enllaços d'hidrogen, tenint així un major impacte en la resistència de l'elastòmer. En termes generals, l'anell aromàtic que conté isocianat fa que el segment dur tingui una major rigidesa i energia de cohesió, la qual cosa generalment augmenta la resistència de l'elastòmer.
El segment rígid que conté un grup d'urea compost per diisocianat i estensador de cadena de diamina és molt fàcil de formar un microdomini plàstic a causa de la gran cohesió del grup d'urea, i el poliuretà compost per aquest segment rígid és propens a la microfase. separació. En termes generals, com més gran és la rigidesa del segment rígid que constitueix el poliuretà, més fàcil es produeix la separació de microfases. En el poliuretà, com més gran sigui el contingut del segment rígid, més probable és que es produeixi la separació de microfases.
L'extensor de cadena està relacionat amb l'estructura del segment dur de l'elastòmer de poliuretà i té una gran influència en el rendiment de l'elastòmer. En comparació amb el poliuretà allargat de cadena de diol alifàtic, el poliuretà allargat de cadena que conté diamina aromàtica d'anell té una resistència més alta, perquè l'extensor de cadena d'amina pot formar un enllaç d'urea i la polaritat de l'enllaç d'urea és superior a la de l'enllaç d'uretà. . A més, la diferència de paràmetres de solubilitat entre el segment dur de l'enllaç d'urea i el segment tou de polièter és gran, de manera que el segment dur de la poliurea i el segment tou del polièter tenen una major incompatibilitat termodinàmica, cosa que fa que la poliuretaneurea tingui una millor separació de microfases. [10], per tant, el poliuretà allargat amb cadena de diamina té una major resistència mecànica, mòdul, viscoelasticitat, resistència a la calor i un millor rendiment a baixa temperatura que el poliuretà allargat amb cadena de diol. Els elastòmers de poliuretà de fosa utilitzen majoritàriament diamines aromàtiques com a extensors de cadena perquè els elastòmers de poliuretà preparats tenen bones propietats integrals. Xu Guangjie et al. [11] van informar que els poliols d'èster carboxílic es van preparar fent reaccionar anhídrid maleic amb poliols i després reaccionant amb altres monòmers com el TDI-80, agents de reticulació i extensors de cadena per preparar poliols que contenen carboxil. El prepolímer de poliuretà es va dispersar en una solució aquosa de trietanolamina per fer poliuretà a base d'aigua, i es va estudiar la influència del tipus i la quantitat d'extensor de cadena en el rendiment de la resina, i es va trobar que l'extensor de cadena d'amina era més eficaç que l'extensor de cadena hidroxil És beneficiós millorar les propietats mecàniques de la resina. L'ús de bisfenol A com a extensor de cadena no només pot millorar les propietats mecàniques de la resina, sinó que també pot augmentar la temperatura de transició vítrea de la resina, ampliar l'amplada del pic de fricció intern i millorar el rang de temperatura de la resina en estat de cuir. 12]. L'estructura de l'extensor de cadena de diamina que s'utilitza a la urea de poliuretà afecta directament l'enllaç d'hidrogen, la cristal·lització i la separació de l'estructura de la microfase del material i determina en gran mesura el rendiment del material [13]. Amb l'augment del contingut del segment dur, la resistència a la tracció i la duresa del material de poliuretà van augmentar gradualment i l'allargament al trencament va disminuir. Això es deu al fet que hi ha una separació de microfases entre la fase amb un cert grau de cristal·linitat formada pel segment dur i la fase amorfa formada pel segment tou, i la regió cristal·lina del segment dur actua com a punt d'encreuament efectiu. També té un paper similar al reforç de farciment per a la regió amorfa del segment tou. Quan augmenta el contingut, es milloren l'efecte de reforç i l'efecte de reticulació efectiu del segment dur al segment tou, la qual cosa afavoreix l'augment de la resistència del material.
f. Influència de la reticulació en les propietats dels elastòmers de poliuretà
La reticulació intramolecular moderada pot augmentar la duresa, la temperatura de suavització i el mòdul elàstic dels materials de poliuretà, i reduir l'allargament a la ruptura, la deformació permanent i la inflació en dissolvents. Per als elastòmers de poliuretà, la reticulació adequada pot produir materials amb una excel·lent resistència mecànica, alta duresa, elasticitat i una excel·lent resistència al desgast, resistència a l'oli, resistència a l'ozó i resistència a la calor. Tanmateix, si la reticulació és excessiva, les propietats com la resistència a la tracció i l'allargament es poden reduir. En els elastòmers de poliuretà en bloc, la reticulació química es pot dividir en dues categories: (1) l'ús d'extensors de cadena trifuncionals (com ara TMP) per formar una estructura de reticulació; (2) l'ús d'excés d'isocianat per reaccionar per formar urea dicondensada (mitjançant grups urea) o al·lofanat (mitjançant grups uretà) reticulat. La reticulació té un efecte significatiu en el grau d'enllaç d'hidrogen i la formació d'enllaços redueix molt el grau d'enllaç d'hidrogen del material, però la reticulació química té una millor estabilitat tèrmica que la reticulació física causada per l'enllaç d'hidrogen. Quan es van estudiar els efectes de la xarxa de reticulació química sobre la morfologia, les propietats mecàniques i les propietats tèrmiques dels elastòmers de poliuretà urea mitjançant FT-IR i DSC, es va trobar que els elastòmers de poliuretà urea amb diferents xarxes de reticulació tenien diferents morfologies. A mesura que augmenta la densitat, augmenta el grau de barreja de microfàsiques de l'elastòmer, la temperatura de transició vítrea del segment tou augmenta significativament i la resistència a la tracció del 300 per cent de l'elastòmer augmenta gradualment, mentre que l'allargament a la ruptura disminueix gradualment. Quan , les propietats mecàniques (resistència a la tracció i resistència a l'esquinçament) de l'elastòmer arriben al màxim.
4. Aplicacions dels elastòmers de poliuretà
a. Aplicació en la preparació del carbó, mineria, metal·lúrgia i altres indústries
Els elastòmers de poliuretà són els materials més no metàl·lics que compleixen els requisits de les mines i poden substituir alguns materials metàl·lics. Els productes d'elastòmer de poliuretà per a muntanyes inclouen plaques de garbell, revestiments d'elastòmer, cintes transportadores i similars. Els tamís de goma de poliuretà inclouen tamisos de relaxació, tamisos de tensió, tamisos ranurats, etc. La placa de pantalla de cautxú de poliuretà té les característiques d'una excel·lent resistència al desgast, resistència a l'aigua, resistència a l'oli, absorció de vibracions i reducció de soroll, alta resistència, unió fort amb el marc metàl·lic, baixa soroll, bon efecte d'auto-neteja, alleugeriment de la càrrega de la màquina de pantalla, estalvi de consum d'energia i allargament del temps de pantalla. Vida útil de la màquina, alta qualitat de cribratge. Molts equips de mineria com agitadors, concentradors especials, màquines de flotació, concentradors, abeuradors espirals, polveritzadors, concentradors, canonades i colzes, materials de contacte com la grava, i requereixen revestiments resistents al desgast; grues monorail de mineria La roda motriu d'uretà amb nucli d'acer, la cinta transportadora de poliuretà ignífuga i antiestàtica, la funda de TPU del cable de l'equip, l'anell de pols, l'absorció de cops, etc., l'elastòmer de poliuretà és el material preferit.
b. Corró de goma de poliuretà
El rodet de goma de poliuretà és un tipus de producte de cautxú de poliuretà amb un rendiment excel·lent, que generalment està fet d'acer o ferro cobert amb una capa d'elastòmer de poliuretà mitjançant procés de fosa. Segons l'ús, hi ha: corrons de cautxú per al processament de gra, corrons de cautxú d'extrusió i corrons de cautxú de pasta a la indústria del paper, corrons de trefilatge, corrons de dibuix i corrons de tall a la indústria tèxtil, fusta, vidre i embalatge Rodets de goma amb coixinets de transmissió. s'utilitza a la indústria, diversos corrons de goma per a maquinària d'impressió i tenyit, petits corrons de goma per a diversos instruments, corrons de goma de transmissió per a sistemes de transport, corrons de goma d'impressió, corrons de goma de transmissió de laminació en fred de metall, corrons de recobriment de color de placa d'acer metàl·lic, etc., el cautxú La capa d'aquests corrons de goma pot ser d'elastòmer de poliuretà. La majoria dels corrons de goma es fabriquen mitjançant el procés de fosa. Generalment, el nucli d'acer es col·loca al centre del motlle cilíndric i l'elastòmer es col·loca. Els bressols especials poden utilitzar la fosa centrífuga o la fosa giratòria. La colada giratòria elimina la necessitat de motlles i utilitza la vulcanització a temperatura ambient per colar sistemes d'elastòmer, reduint el temps de processament global.
c. Rodes i pneumàtics de goma de poliuretà
L'elastòmer de poliuretà té una gran capacitat de càrrega, resistència al desgast, resistència a l'oli i està fermament unit al marc metàl·lic. Es pot utilitzar per fabricar corrons de goma àmpliament utilitzats en diversos mecanismes de transmissió, com ara; cintes transportadores de línia de producció, rodets de guia, tobogans de telefèric, etc. En el sentit de l'esport i l'entreteniment, les rodes dels patins i patinets d'alta gamma estan fetes de poliuretà. La roda de goma d'uretà també té les característiques de resistència a l'oli, bona tenacitat i forta adherència. El poliuretà també s'utilitza en la petita transmissió d'instruments electrònics i de precisió, diverses rodes universals, etc. També hi ha pneumàtics de microescuma, pneumàtics farcits d'escuma de PU, etc.
d. Accessoris mecànics
Diversos anells de segellat, blocs d'absorció de cops, acoblaments, cadenes de neu d'automòbils, etc.
e. Material de sabates
L'elastòmer de poliuretà té les característiques d'un bon rendiment d'amortiment, pes lleuger, resistència al desgast, antilliscant, etc., i un bon rendiment de processament. S'ha convertit en un material sintètic important per a les sabates a la indústria del calçat, fent sabates esportives com sabates de beisbol, pilotes de golf i futbol. , soles, talons, punteres, així com botes d'esquí, calçat de seguretat, calçat informal, etc. Els materials de poliuretà utilitzats per als materials de calçat inclouen elastòmers microcel·lulars colats i elastòmers de poliuretà termoplàstic, etc., i les soles d'elastòmer microcel·lular són les principals. . L'elastòmer microcel·lular de poliuretà té un pes lleuger i una bona resistència a l'abrasió. És afavorit pels fabricants de sabates. El producte té una baixa densitat i és molt més lleuger que les soles de goma tradicionals i els materials de sabates de PVC. Els elastòmers de poliuretà microporosos s'utilitzen principalment a les soles i plantilles de sabates de viatge, sabates de cuir, sabates esportives, sandàlies, etc. a la Xina. S'utilitzen principalment en les soles de sabates esportives especials que requereixen resistència al desgast i elasticitat a l'estranger. El disseny es pot diversificar. Taló de TPU per a una alta resistència a l'abrasió. Es pot afegir un agent d'escuma descomposable tèrmicament a l'emmotllament per injecció per fer material de sabates elàstic TPU escumat.
f. Revestiment de matriu i plantilla d'obturació per formar peces de xapa, etc.
Quan es punxonen peces de xapa fina amb matrius d'acer convencionals, sovint hi ha rebaves a la superfície de fractura. La tecnologia d'estampació de substituir el motlle d'acer tradicional per cautxú de poliuretà és un salt en la tecnologia d'estampació de xapes metàl·liques, que pot escurçar molt el cicle de fabricació del motlle, allargar la vida útil del motlle, reduir el cost de producció de les peces modelades i millorar-ne. la qualitat de la superfície i la precisió dimensional de les peces, especialment adequada per a la producció de prova de lots petits i mitjans i productes d'una sola peça, i és més adequat per a peces d'estampació primes i complexes. A les línies de producció de rajoles i ceràmiques, l'ús de motlles de revestiment d'elastòmer de PU pot reduir els costos de producció, millorar l'eficiència i el rendiment de la producció. El poliuretà es pot utilitzar per fer motlles de formigó. Els motlles de poliuretà es poden utilitzar per reproduir diversos patrons i produir blocs decoratius. En la producció d'estampació de motlles metàl·lics, s'utilitzen barres d'elastòmer de poliuretà, tubs i coixinets de plaques en lloc de molles metàl·liques com a components amortidors, amb alta elasticitat, flexibilitat, compressió Alta resistència a la deformació, sense danys al motlle.
g. Productes d'elastòmer mèdic
Els elastòmers de poliuretà mèdics són principalment poliuretans termoplàstics a l'estranger, i també hi ha una petita quantitat d'elastòmers de poliuretà fosos i elastòmers microcel·lulars. A causa de la seva alta resistència, resistència al desgast, biocompatibilitat i sense plastificants i altres additius inerts de molècules petites, els elastòmers de poliuretà ocupen una posició important en els materials polimèrics mèdics. Els productes de poliuretà mèdic inclouen mànegues de gastroscopi de poliuretà, mànegues mèdiques, materials artificials i de diafragma i d'encapsulació, embenats elàstics de poliuretà, mànigues traqueals, etc. [14].
h. Tubs
Utilitzant la flexibilitat, alta resistència a la tracció, resistència a l'impacte, resistència a baixa temperatura, resistència a alta temperatura i alta resistència a la compressió dels elastòmers de poliuretà, es pot convertir en diverses mànegues i canonades dures, com ara mànegues d'alta pressió, catèters mèdics, canonades d'oli. , canonades de subministrament d'aire, canonades de subministrament de combustible, mànegues de pintura, mànegues d'incendis, canonades de subministrament de material de gas, etc. Les canonades d'uretà s'extrueixen majoritàriament a partir de poliuretà termoplàstic.
