聚氨酯材料及其科學(xué)應(yīng)用講座21

仿木雕塑結(jié)構(gòu)RIM產(chǎn)品汽車(chē)儀表盤(pán)汽車(chē)頂棚軌道枕木3）、半硬質(zhì)聚氨酯泡沫

半硬質(zhì)泡沫塑料(簡(jiǎn)稱(chēng)半硬泡)是硬度介于軟泡與硬泡之間的一種泡沫塑料。聚氨酯半硬泡是聚氨酯泡沫塑料的一大品種。該類(lèi)制品的特點(diǎn)是具有較高的壓縮負(fù)荷值。半硬泡池這種高滯后損失特性使其不適用于制造柔軟的座墊材料，而特別適合用作各種吸能減震材料。半硬泡與高承載聚氨酯軟泡及低密度韌性聚氨酯硬泡之間沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)別。從泡沫分子結(jié)構(gòu)看，它的交聯(lián)密度遠(yuǎn)高于軟質(zhì)泡沫塑料而僅次于硬質(zhì)泡沫塑料制品，交聯(lián)點(diǎn)之間的平均分子量Mc一般在650～2500之間，最好在1200～2000之間。整皮半硬泡整皮模塑泡沫塑料(integralskinfoam，簡(jiǎn)稱(chēng)ISF)又稱(chēng)自結(jié)皮泡沫塑料(selfskinningfoam)，是在制造時(shí)自身產(chǎn)生致密表皮的泡沫塑料。整皮泡沫塑料有高密度軟泡(即半硬池)和硬質(zhì)泡沫塑料之分，后者用作結(jié)構(gòu)材料如仿木材等。大部分整皮聚氨酯泡沫塑料屬半硬質(zhì)泡沫塑料。微孔聚氨酯彈性微孔聚氨酯是一種介于聚氨酯彈性體和泡沫塑料之間的材料。與普通泡沫塑料相比，它具有較高的密度，較高的彈性和強(qiáng)度，可稱(chēng)之為微孔聚氨酯彈性體；但它又是一種中高密度的半硬質(zhì)的泡沫塑料，可稱(chēng)為微孔聚氨酯泡沫塑料。微孔泡沫可制成整皮制品。一般應(yīng)用于制鞋工業(yè)及汽車(chē)工業(yè)。汽車(chē)儀表盤(pán)和方向盤(pán)微發(fā)泡輪胎PU鞋底輪胎支撐體汽車(chē)限位減震塊減震塊返回目錄機(jī)械減震器二）、聚氨酯彈性體

聚氨酯彈性體(PUelastomer)又稱(chēng)聚氨酯橡膠，是一類(lèi)在分子鏈中含有較多氨基甲酸酯基團(tuán)（－NHCOO－）的彈性體聚合物材料。通常以低聚物多元醇、多異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑/交聯(lián)劑及少量助劑為原料制得。從分子結(jié)構(gòu)上看，聚氨酯彈性體是一種嵌段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性長(zhǎng)鏈構(gòu)成軟段，以二異氰酸酯及擴(kuò)鏈劑構(gòu)成硬段，硬段和軟段交替排列，形成重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。除含有氨酯基團(tuán)外，聚氨酯分子內(nèi)及分子間可形成氫鍵，軟段和硬段可形成微相區(qū)并產(chǎn)生微觀(guān)相分離。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得聚氨酯彈性體具有優(yōu)異的耐磨性和韌性，以“耐磨橡膠”著稱(chēng)。

聚氨酯彈性體具有優(yōu)良的綜合性能，模量介于一般橡膠和塑料之間。它具有以下的特性：

1、較高的強(qiáng)度和彈性，可在較寬的硬度（shoreA）范圍內(nèi)（邵氏A10～邵氏D75）保持較高的彈性；

2、在相同硬度下，比其它彈性體承載能力高；

3、優(yōu)異的耐磨性，其耐磨性是天然橡膠的2～10倍；

4、耐油脂及耐化學(xué)品性?xún)?yōu)良；芳香族聚氨酯耐輻射；耐氧性和耐臭氧性能優(yōu)良；耐疲勞性及抗震動(dòng)性好，適于高頻撓曲應(yīng)用；

5、抗沖擊性高；低溫柔順性好；一般無(wú)需增塑劑可達(dá)到所需的低硬度，因而無(wú)增塑劑遷移帶來(lái)的問(wèn)題；

6、普通聚氨酯不能在100℃以上使用，但采用特殊的配方可耐140℃高溫；模塑和加工成本低。與金屬材料相比，聚氨酯彈性體制品具有重量輕、噪音低、耐損耗、加工費(fèi)用低及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)；與塑料相比，聚氨酯彈性體具有不發(fā)脆、彈性記憶、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。與橡膠相比，聚氨酯彈性體具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承載性、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可澆注、硬度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。聚氨酯彈性體加工方法多樣，新技術(shù)新品種不斷涌現(xiàn)，其應(yīng)用前景將十分廣闊。PUR加工成型分類(lèi)表1）澆注型聚氨酯彈性體（CPU)澆注型聚氨酯彈性體(castingPU,CPU)即通過(guò)澆注工藝、由液體樹(shù)脂澆注并反應(yīng)成型而生產(chǎn)的一類(lèi)聚氨酯彈性體，有人簡(jiǎn)稱(chēng)之“澆注膠”。這類(lèi)液體原料體系又稱(chēng)“液體橡膠”。在聚氨酯彈性體產(chǎn)品中，以澆注型聚氨酯彈性體產(chǎn)量最大，是目前聚氨酯彈性體中最主要的一種類(lèi)型。特點(diǎn)：

①以液體原料澆注或注射到制品模具中反應(yīng)而固化成型，可以直接制得很厚的體積大的聚氨酯橡膠制品及形狀復(fù)雜的制品；②制得的制品綜合性能好；③可以調(diào)節(jié)原料的配方組成及用量，獲得不同硬度的制品，性能的可變范圍大；④對(duì)于簡(jiǎn)單的手工澆注，設(shè)備投資小，加工方便；⑤可制造小批量的或單件的制品原型，靈活性好。種類(lèi)1、TDI基聚氨酯澆注膠

(1)聚酯-TDI-MOCA澆注型聚氨酯

(2)聚醚-TDI-MOCA澆注型聚氨酯2、MDI基聚氨酯澆注膠

(1)MDI-BD體系聚氨酯澆注膠

(2)MDI-HQEE（HER)聚氨酯澆注膠3、特種聚氨酯澆注膠

(1)NDI澆注膠

(2)HMDI系聚氨酯澆注膠

(3)HDI系澆注型聚氨酯

(4)PPDI型澆注型聚氨酯加工方法(1)手工澆注

手工澆注適于生產(chǎn)批量小、品種多的小型制品，是實(shí)驗(yàn)室和小型工廠(chǎng)較為常用的生產(chǎn)彈性體制件的方法。一步法、預(yù)聚體或半預(yù)聚體法都可采用手工澆注工藝。手工澆注簡(jiǎn)單靈活，成本也低，然而存在攪拌不均問(wèn)題，氣泡也不易消除。(2)機(jī)械澆注

澆注機(jī)配備自動(dòng)計(jì)量泵和混合器，把預(yù)聚物脫氣后再與經(jīng)嚴(yán)格計(jì)量的擴(kuò)鏈劑同時(shí)輸送到混合器中混合均勻，澆注時(shí)液料經(jīng)過(guò)混合器的澆口注入模具中，經(jīng)硫化即得制品?；旌掀骺蛇B續(xù)或間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。并可使混合和注射動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。機(jī)械澆注可連續(xù)和間歇進(jìn)行，機(jī)械澆注生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合于大批量及中大型制品的生產(chǎn)。聚氨酯澆注機(jī)(3)特殊澆注工藝澆注型聚氨酯彈性體的生產(chǎn)一般可采用常壓澆注，即反應(yīng)混合物澆注到敞口的模具中再合模。常壓澆注過(guò)程中，往往容易混入攪拌帶入的空氣，使彈性體制品中可能含有氣泡。對(duì)于一些形狀復(fù)雜或不允許膠中夾有氣泡的制品，可將模具置于大型真空室中，借澆注壓力注模，邊澆注邊抽真空脫泡，這種方法稱(chēng)為真空澆注。將液體膠料注入模具有垂直澆注法、傾斜澆注法、離心澆注法、旋轉(zhuǎn)澆注法等，必須采用合適的方法，避免注料時(shí)混入氣泡。旋轉(zhuǎn)澆注制造聚氨酯膠輥2）熱塑型聚氨酯彈性體（TPU）

熱塑性聚氨酯彈性體（thermoplasticPU，簡(jiǎn)稱(chēng)TPU），又稱(chēng)PU熱塑膠，是一種由低聚物多元醇軟段與二異氰酸酯-擴(kuò)鏈劑硬段構(gòu)成的線(xiàn)性嵌段共聚物。

TPU占聚氨酯彈性體總量的25%左右，主要用途有：汽車(chē)部件及機(jī)器零件、運(yùn)動(dòng)鞋底、膠輥、電線(xiàn)電纜、軟管、薄膜及薄板、織物(涂層及高彈衣襪等)、磁帶粘合劑、織物涂料、膠粘劑等。

TPU按軟段結(jié)構(gòu)可分為聚酯型、聚醚型等。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)，可分為全熱塑型和半熱塑型。

TPU通常是粒狀，可再加工性好?？刹捎脽崴苄运芰霞庸し椒?，如擠出、注射、壓延、模壓等，將TPU顆粒在較高溫度塑化成型，制成各種形狀的制品或復(fù)合制品，其中以擠出成型和注射成型應(yīng)用最多，約占70%以上。TPU還用于制造彈性纖維、合成革樹(shù)脂、膠粘劑和涂料等。TPU膠管輪胎防滑鏈TPU膠帶及膠輪TPU薄膜PU纖維汽車(chē)儀表盤(pán)3）混煉型聚氨酯彈性體（MPU）

混煉型聚氨酯彈性體（millablePU，MPU）是研制最早的一類(lèi)彈性體，主要加工特性是先合成貯存穩(wěn)定的固體生膠，再采用通用橡膠的混煉機(jī)械進(jìn)行加工，制得熱固性網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的聚氨酯彈性體。根據(jù)主鏈軟段結(jié)構(gòu)，混煉型聚氨酯可分為聚酯型和聚醚型兩大類(lèi)根據(jù)硫化劑不同分為S硫化和DCP硫化膠?；鞜捫途郯滨椥泽w的主要特點(diǎn)如下：①可以采用通用橡膠的加工設(shè)備生產(chǎn)制品；②與通用橡膠我性能相比，其耐磨性好，撕裂強(qiáng)度高，低硬度配方的壓縮永久變形小，耐油性也較好。③混煉型聚氨酯彈性體的相對(duì)分子質(zhì)量一般比澆注型聚氨酯彈性體高，從10000到30000左右，通過(guò)選擇不同的原料配比可得到門(mén)尼粘度不同的生膠。④在混煉型聚氨酯彈性體中，可以添加炭黑、白炭黑等填充劑，以達(dá)到提高制品硬度和補(bǔ)強(qiáng)的效果。4）聚氨酯彈性體的應(yīng)用1.在選煤、礦山、冶金等行業(yè)的應(yīng)用

聚氨酯彈性體是最符合礦山要求的非金屬材料，可取代部分金屬材料。用于礦山的聚氨酯彈性體制品有篩板、彈性體襯里、運(yùn)輸帶等。聚氨酯橡膠篩板品種有弛張篩板、張力篩板、條縫篩板等。聚氨酯橡膠篩板具有優(yōu)異的耐磨、耐水、耐油、吸振消聲、強(qiáng)度高、與金屬骨架粘接牢等特性，噪音小，自清理效果好，并減輕篩機(jī)負(fù)荷，節(jié)省能耗，延長(zhǎng)了篩機(jī)壽命，篩分的質(zhì)量高。

許多礦山設(shè)備如搖床、浮選機(jī)、特種選礦機(jī)、族流器、螺旋流槽、粉碎機(jī)、磁選機(jī)、管道和彎頭，接觸碎石等物料，需要耐磨的襯里；礦用單軌吊車(chē)的鋼芯聚氨酯驅(qū)動(dòng)輪、阻燃抗靜電的聚氨酯輸送帶、設(shè)備電纜TPU護(hù)套、防塵圈、減震塊等，聚氨酯彈性體是首選的材料。聚氨酯膠輪聚氨酯篩板（網(wǎng)）設(shè)備襯里旋流器2.聚氨酯膠輥

聚氨酯膠輥是一類(lèi)性能優(yōu)異的聚氨酯橡膠制品，一般采用澆注工藝在鋼或鐵輥外覆一層聚氨酯彈性體而成。根據(jù)用途分種類(lèi)有：糧食加工的礱谷膠輥，造紙工業(yè)中的擠壓膠輥和軋漿膠輥，紡織工業(yè)中用作拉絲輥、牽伸輥和切絲輥等，木材、玻璃和包裝工業(yè)所用的傳動(dòng)軸承膠輥，印染機(jī)械用各種膠輥，各種儀器用小型膠輥，輸送系統(tǒng)用傳送膠輥，印刷膠輥，金屬冷軋用傳送膠輥，金屬鋼板彩涂膠輥等等，這些膠輥的膠層都可以用聚氨酯彈性體制作。膠輥大多數(shù)采用澆注工藝制造，一般采用把鋼芯放在圓筒型模具中央澆注彈性體成型。特殊的膠輥可采用離心澆注法或旋轉(zhuǎn)澆注法。旋轉(zhuǎn)澆注法無(wú)需模具，采用室溫硫化澆注彈性體體系，總加工時(shí)間縮短。聚氨酯膠輥聚氨酯膠輥3.聚氨酯膠輪及輪胎

聚氨酯彈性體承載能力大、耐磨、耐油，與金屬骨架粘接牢固，可用于制造在各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中廣泛使用的膠輪，如；生產(chǎn)線(xiàn)傳送帶用托輪、導(dǎo)輪，纜車(chē)的滑輪等等。體育娛樂(lè)方面，高檔溜冰鞋旱冰輪及滑板車(chē)的輪子都采用聚氨酯制造。聚氨酯膠輪還具有耐油、韌性好、附著力強(qiáng)等特點(diǎn)，在礦用單軌吊車(chē)、齒軌車(chē)及清洗車(chē)等車(chē)輛上使用效果十分明顯。聚氨酯還用于很小的電子和精密儀器傳動(dòng)輪、各種萬(wàn)向輪等。還有微發(fā)泡輪胎，PU發(fā)泡填充輪胎等。聚氨酯膠輪高檔溜冰鞋旱冰輪及滑板車(chē)的輪子聚氨酯充氣輪胎遇水膨脹聚氨酯彈性體BeadPush-offTest

Load(lbs)DidBeadUnseat14,466No24,499No34,485No44,448NoAverageLoad(lbs)4,475

MinimumRequiredLoad(lbs)2,500

Load(in/lbs)DeflectionEnergy11,7103.32,82221,6803.32,77231,7003.32,80541,6103.32,65752,3404.55,265

AverageLoad(lbs)3,264

MinimumRequiredLoad(lbs)2,600

PlungerTestHighSpeedTestAirPressure(psi)38/38

38/38

AmbientTemp(EF)8993.190.39393.994.7TestLoad(lbs)9709700970970970ActualLoad(lbs)970970970970970970TestSpeed(mph)0500758085CheckTime95011:5013:5014:2014:5015:20TestMiles0100100137.5177.5220TestCycleHrs0220.50.50.5TotalHrs.0222.533.5SidewallTemp(IB/Cent.Cr./OB)(EF)N/A105.5100.0102.1N/A

107.1103.3103.8109104.2104109106106EnduranceTestAirPressure(psi)26/26

28AmbientTemp(EF)95.895.991.4