新材料丨聚氨酯弹性体种类及用途

发布时间:

2019/07/31

聚氨酯弹性体(PUelastomer)又称聚氨酯橡胶，是一类在分子链中含有较多氨基甲酸酯基团（-NHCOO-）的弹性体聚合物材料。通常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂/交联剂及少量助剂为原料制得。从分子结构上看，聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性长链构成软段，以二异氰酸酯及扩链剂构成硬段，硬段和软段交替排列，形成重复结构单元。除含有氨酯基团外，聚氨酯分子内及分子间可形成氢键，软段和硬段可形成微相区并产生微观相分离。这些结构特点使得聚氨酯弹性体具有优异的耐磨性和韧性，以“耐磨橡胶”著称。聚氨酯弹性体具有优良的综合性能，模量介于一般橡胶和塑料之间。它具有以下的特性：1.较高的强度和弹性，可在较宽的硬度（shoreA）范围内（邵氏A10～邵氏D75）保持较高的弹性；2.在相同硬度下，比其它弹性体承载能力高；3.优异的耐磨性，其耐磨性是天然橡胶的2～10倍；4.耐油脂及耐化学品性优良；芳香族聚氨酯耐辐射；耐氧性和耐臭氧性能优良；耐疲劳性及抗震动性好，适于高频挠曲应用；5.抗冲击性高；低温柔顺性好；一般无需增塑剂可达到所需的低硬度，因而无增塑剂迁移带来的问题；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℃高温；模塑和加工成本低。与金属材料相比，聚氨酯弹性体制品具有重量轻、噪音低、耐损耗、加工费用低及耐腐蚀等优点；与塑料相比，聚氨酯弹性体具有不发脆、弹性记忆、耐磨等优点。与橡胶相比，聚氨酯弹性体具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承载性、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可浇注、硬度范围广等优点。聚氨酯弹性体加工方法多样，新技术新品种不断涌现，其应用前景将十分广阔。 浇注型聚氨酯弹性体(CPU)浇注型聚氨酯弹性体(castingPU,CPU)即通过浇注工艺、由液体树脂浇注并反应成型而生产的一类聚氨酯弹性体，有人简称之“浇注胶”。这类液体原料体系又称“液体橡胶”。在聚氨酯弹性体产品中，以浇注型聚氨酯弹性体产量最大，是目前聚氨酯弹性体中最主要的一种类型。1特点①以液体原料浇注或注射到制品模具中反应而固化成型，可以直接制得很厚的体积大的聚氨酯橡胶制品及形状复杂的制品；②制得的制品综合性能好；③可以调节原料的配方组成及用量，获得不同硬度的制品，性能的可变范围大；④对于简单的手工浇注，设备投资小，加工方便；⑤可制造小批量的或单件的制品原型，灵活性好。 2种类·TDI基聚氨酯浇注胶(1)聚酯-TDI-MOCA浇注型聚氨酯(2)聚醚-TDI-MOCA浇注型聚氨酯 ·MDI基聚氨酯浇注胶(1)MDI-BD体系聚氨酯浇注胶(1)MDI-HQEE（HER)聚氨酯浇注胶 ·特种聚氨酯浇注胶(1)NDI浇注胶(2)HMDI系聚氨酯浇注胶(3)HDI系浇注型聚氨酯(4)PPDI型浇注型聚氨酯 3加工方法(1)手工浇注手工浇注适于生产批量小、品种多的小型制品，是实验室和小型工厂较为常用的生产弹性体制件的方法。一步法、预聚体或半预聚体法都可采用手工浇注工艺。手工浇注简单灵活，成本也低，然而存在搅拌不均问题，气泡也不易消除。 (2)机械浇注浇注机配备自动计量泵和混合器，把预聚物脱气后再与经严格计量的扩链剂同时输送到混合器中混合均匀，浇注时液料经过混合器的浇口注入模具中，经硫化即得制品。混合器可连续或间断运转。并可使混合和注射动作同时进行。机械浇注可连续和间歇进行，机械浇注生产效率高、产品质量稳定，适合于大批量及中大型制品的生产。 (3)特殊浇注工艺浇注型聚氨酯弹性体的生产一般可采用常压浇注，即反应混合物浇注到敞口的模具中再合模。常压浇注过程中，往往容易混入搅拌带入的空气，使弹性体制品中可能含有气泡。对于一些形状复杂或不允许胶中夹有气泡的制品，可将模具置于大型真空室中，借浇注压力注模，边浇注边抽真空脱泡，这种方法称为真空浇注。 将液体胶料注入模具有垂直浇注法、倾斜浇注法、离心浇注法、旋转浇注法等，必须采用合适的方法，避免注料时混入气泡。 热塑性聚氨酯弹性体(TPU)热塑性聚氨酯弹性体（thermoplasticPU，简称TPU），又称PU热塑胶，是一种由低聚物多元醇软段与二异氰酸酯-扩链剂硬段构成的线性嵌段共聚物。TPU占聚氨酯弹性体总量的25%左右，主要用途有：汽车部件及机器零件、运动鞋底、胶辊、电线电缆、软管、薄膜及薄板、织物(涂层及高弹衣袜等)、磁带粘合剂、织物涂料、胶粘剂等。TPU按软段结构可分为聚酯型、聚醚型等。根据结构特点分类，可分为全热塑型和半热塑型。 TPU通常是粒状，可再加工性好。可采用热塑性塑料加工方法，如挤出、注射、压延、模压等，将TPU颗粒在较高温度塑化成型，制成各种形状的制品或复合制品，其中以挤出成型和注射成型应用最多，约占70%以上。TPU还用于制造弹性纤维、合成革树脂、胶粘剂和涂料等。 混炼型聚氨酯弹性体(MPU)混炼型聚氨酯弹性体（millablePU，MPU）是研制最早的一类弹性体，主要加工特性是先合成贮存稳定的固体生胶，再采用通用橡胶的混炼机械进行加工，制得热固性网状分子结构的聚氨酯弹性体。根据主链软段结构，混炼型聚氨酯可分为聚酯型和聚醚型两大类根据硫化剂不同分为S硫化和DCP硫化胶。混炼型聚氨酯弹性体的主要特点如下：①可以采用通用橡胶的加工设备生产制品；②与通用橡胶我性能相比，其耐磨性好，撕裂强度高，低硬度配方的压缩永久变形小，耐油性也较好。③混炼型聚氨酯弹性体的相对分子质量一般比浇注型聚氨酯弹性体高，从10000到30000左右，通过选择不同的原料配比可得到门尼粘度不同的生胶。④在混炼型聚氨酯弹性体中，可以添加炭黑、白炭黑等填充剂，以达到提高制品硬度和补强的效果。聚氨酯弹性体的应用1在选煤、矿山、冶金等行业的应用聚氨酯弹性体是最符合矿山要求的非金属材料，可取代部分金属材料。用于矿山的聚氨酯弹性体制品有筛板、弹性体衬里、运输带等。聚氨酯橡胶筛板品种有弛张筛板、张力筛板、条缝筛板等。聚氨酯橡胶筛板具有优异的耐磨、耐水、耐油、吸振消声、强度高、与金属骨架粘接牢等特性，噪音小，自清理效果好，并减轻筛机负荷，节省能耗，延长了筛机寿命，筛分的质量高。 许多矿山设备如摇床、浮选机、特种选矿机、族流器、螺旋流槽、粉碎机、磁选机、管道和弯头，接触碎石等物料，需要耐磨的衬里；矿用单轨吊车的钢芯聚氨酯驱动轮、阻燃抗静电的聚氨酯输送带、设备电缆TPU护套、防尘圈、减震块等，聚氨酯弹性体是首选的材料。 2聚氨酯胶辊应用 聚氨酯胶辊是一类性能优异的聚氨酯橡胶制品，一般采用浇注工艺在钢或铁辊外覆一层聚氨酯弹性体而成。根据用途分种类有：粮食加工的砻谷胶辊，造纸工业中的挤压胶辊和轧浆胶辊，纺织工业中用作拉丝辊、牵伸辊和切丝辊等，木材、玻璃和包装工业所用的传动轴承胶辊，印染机械用各种胶辊，各种仪器用小型胶辊，输送系统用传送胶辊，印刷胶辊，金属冷轧用传送胶辊，金属钢板彩涂胶辊等等，这些胶辊的胶层都可以用聚氨酯弹性体制作。 胶辊大多数采用浇注工艺制造，一般采用把钢芯放在圆筒型模具中央浇注弹性体成型。特殊的胶辊可采用离心浇注法或旋转浇注法。旋转浇注法无需模具，采用室温硫化浇注弹性体体系，总加工时间缩短。 3聚氨酯胶轮及轮胎聚氨酯弹性体承载能力大、耐磨、耐油，与金属骨架粘接牢固，可用于制造在各种传动机构中广泛使用的胶轮，如；生产线传送带用托轮、导轮，缆车的滑轮等等。体育娱乐方面，高档溜冰鞋旱冰轮及滑板车的轮子都采用聚氨酯制造。聚氨酯胶轮还具有耐油、韧性好、附着力强等特点，在矿用单轨吊车、齿轨车及清洗车等车辆上使用效果十分明显。聚氨酯还用于很小的电子和精密仪器传动轮、各种万向轮等。还有微发泡轮胎，PU发泡填充轮胎等。 4机械配件各种密封圈、减震块、联轴节、汽车防滑链等。 5模具衬里以及钣金零件成型用冲裁模板等用常规钢制冲模冲裁薄片零件，断口常有毛刺。用聚氨酯橡胶代替传统钢模的冲压技术是金属薄板冲压技术的一次飞跃，能大幅度缩短模具制造周期，延长模具使用寿命，降低成型零件的生产成本，并提高零件表面质量和尺寸精度，特别适用于中小批量和单件产品的试制生产，对薄而复杂的冲压零件更加适合。 在瓷砖及陶瓷生产线上，采用PU弹性体内衬模具可降低生产成本，提高生产效率和成品率。聚氨酯可制造混凝土模具，采用氨酯模具可复制各种花纹，生产装饰性砌块，五金模具冲压生产中采用聚氨酯弹性体棒、管及板垫代替金属弹簧作缓冲构件，弹性高、柔韧性、原缩变形强度高，不损坏模具。 6鞋材聚氨酯弹性体具有缓冲性能好，质轻、耐磨、防滑等特点，加工性能好，已成为制鞋工业中一种重要的鞋用合成材料，制造棒球鞋、高尔夫球、足球等的运功鞋、鞋底、鞋跟、鞋头，以及滑雪鞋、安全鞋、休闲鞋等。用于鞋材的聚氨酯材料有浇注型微孔弹性体及热塑性聚氨酯弹性体等，以微孔弹性体鞋底为主。 聚氨酯微孔弹性体质轻，耐磨性又好，受到制鞋厂商的青睬。制品密度低，比传统的橡胶底和PVC鞋材要轻得多。在国内微孔聚氨酯能弹性体主要用于旅游鞋、皮鞋、运动鞋、凉鞋等的鞋底及鞋垫，国外主要可用于需耐磨性和弹性的特殊运动鞋鞋底，设计可多样化。TPU鞋后跟具有高耐磨性。可在注射成型中加入可热分解发泡剂，制成发泡TPU弹性鞋材。

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