新型聚氨酯弹性体的类型和应用
发布时间：
2019-07-31
聚氨酯弹性体，也称为聚氨酯橡胶，是一种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。它通常由低聚物多元醇、多异氰酸酯、链延长剂/交联剂和少量添加剂制备而成。它通常由低聚物多元醇、多异氰酸酯、链延长剂/交联剂和少量添加剂制备而成。链延长剂/交联剂和少量辅助剂制备而成。
从分子结构的角度来看，聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物。通常由低聚物多元醇的柔性长链构成软段，由二异氰酸酯和链延长剂构成硬段。硬段和软段交替排列形成重复的结构单元。除了氨基甲酸酯基团外，聚氨酯分子内部和分子之间还可以形成氢键，在软段和硬段中可以形成微相区，从而形成微相分离。这些结构特点使聚氨酯弹性体具有优异的耐磨性和韧性，被称为“耐磨橡胶”。
聚氨酯弹性体具有优异的综合性能，其模量介于普通橡胶和塑料之间。它具有以下特点：
1. 具有高强度和高弹性，可在较宽的硬度（邵氏A）范围内保持高弹性（邵氏A10～邵氏D75）；
2. 在相同硬度下，承载能力高于其他弹性体；
3. 耐磨性优异，是天然橡胶的2～10倍；
4. 优异的耐油和耐化学性；芳香族聚氨酯的耐辐射性；优异的耐氧性和耐臭氧性；良好的耐疲劳性和耐振动性，适用于高频挠曲应用；
5. 高抗冲击性；良好的低温柔韧性；通常无需增塑剂即可达到所需的低硬度，因此不存在增塑剂迁移引起的问题；
6. 普通聚氨酯不能在100℃以上使用，但采用特殊配方，可耐受140℃高温；成型和加工成本低。
与金属材料相比，聚氨酯弹性体产品具有重量轻、噪音低、耐磨、加工成本低和耐腐蚀等优点；与塑料相比，聚氨酯弹性体具有不脆、弹性记忆和耐磨等优点。与橡胶相比，聚氨酯弹性体具有耐磨、耐切割、耐撕裂、承载能力高、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可浇注和硬度范围广等优点。聚氨酯弹性体具有多种加工方法，新技术和新品种层出不穷，其应用前景十分广阔。
浇注聚氨酯弹性体 (CPU)
浇注型聚氨酯 (CPU) 是一种通过浇注工艺生产的聚氨酯弹性体，通过液体树脂浇注和反应成型，简称“浇注胶”。这种液体原料体系也称为“液体橡胶”。在聚氨酯弹性体产品中，浇注聚氨酯弹性体的产量最大，是目前最重要的聚氨酯弹性体类型。
1 特点
① 将液体原料浇注或注入产品模具中反应固化，可以直接生产厚大件的聚氨酯橡胶制品和形状复杂的制品；
② 产品综合性能好；
③ 可通过调整原料的配方组成和用量获得不同硬度的产品，性能变化范围大；
④ 对于简单的徒手浇注，设备投资小，加工方便；
⑤ 可用于制造小批量或单件样品，灵活性好。
2 种类
·TDI型聚氨酯浇注胶
(1) 聚酯型TDI-MOCA浇注聚氨酯
(2) 聚醚型TDI-MOCA浇注聚氨酯
·MDI型聚氨酯浇注胶 (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系列聚氨酯浇注胶
(3) HDI系列浇注聚氨酯
(4) PPDI型浇注聚氨酯
3 加工方法
(1) 手动浇注
手动浇注适用于小批量、品种多的小型产品生产，是实验室和小厂生产柔性零件的常用方法。手动浇注工艺可采用一步法、预聚体法或半预聚体法。手动浇注简单灵活，成本低。但存在混合不均匀的问题，气泡不易消除。
(2) 机械浇注
浇注机配备自动计量泵和混合器。预聚体脱气后，与经严格计量的链延长剂一起送入混合器进行均匀混合。浇注时，液料通过混合器的浇口注入模具，硫化后得到产品。混合器可连续或间歇运行。混合和注射动作可以同时进行。机械浇注可连续或间歇进行，生产效率高，产品质量稳定，适用于大批量、中大型产品的生产。
(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开的模具中，然后封闭。常压浇注过程中，搅拌带入的空气容易混合，可能导致弹性体产品中出现气泡。对于形状复杂的或不允许胶中存在气泡的产品，可将模具放入大型真空室中。模具可通过浇注压力注入，浇注时可抽真空。这种方法称为真空浇注。
有垂直浇注法、倾斜浇注法、离心浇注法、旋转浇注法等将液体橡胶注入模具的方法。必须采用适当的方法，避免在注入过程中混合气泡。
热塑性聚氨酯弹性体 (TPU)
热塑性聚氨酯弹性体（简称TPU），也称为PU热塑性塑料，是由低聚物多元醇软段和二异氰酸酯链延长剂硬段组成的线性嵌段共聚物。
TPU约占聚氨酯弹性体总量的25%，其主要用途包括：汽车零件和机械零件、运动鞋底、橡胶辊、电线电缆、软管、薄膜和片材、织物（涂层和高弹性服装及袜子等）、胶粘带、织物涂层、粘合剂等。TPU根据软段结构可分为聚酯型和聚醚型。根据结构特征分类，可分为全热塑性和半热塑性。
TPU通常为颗粒状，具有良好的再加工性能。可以使用挤出、注塑、压延、模压等热塑性加工方法，在较高温度下将TPU颗粒塑化，制成各种形状的产品或复合产品。挤出成型和注塑成型应用最广，占比超过70%。TPU还用于制造弹性纤维、合成革树脂、粘合剂和涂料。
混合型聚氨酯弹性体 (MPU)
混合型聚氨酯弹性体 (MPU) 是最早开发的弹性体类型。其主要加工特点是先合成具有稳定储存性能的固体生胶，然后用一般的橡胶混炼机进行加工，得到具有网状分子结构的热固性聚氨酯弹性体。根据主链的软段结构，混合型聚氨酯可分为聚酯型和聚醚型，根据不同的硫化剂又可分为S硫化胶和DCP硫化胶。
混合型聚氨酯弹性体的主要特性如下：
① 可用一般的橡胶加工设备生产产品；
② 与一般橡胶相比，耐磨性好，撕裂强度高，压缩永久变形小，耐油性好；
③ 混合型聚氨酯弹性体的相对分子质量一般高于浇注型聚氨酯弹性体，范围为10000～30000。通过选择不同的原料配比，可以得到不同穆尼粘度的生胶；
④ 可以在混合型聚氨酯弹性体中添加炭黑、白炭黑等填料，以提高产品的硬度和增强性能。
聚氨酯弹性体的应用
1. 在煤炭准备、采矿、冶金等行业的应用
聚氨酯弹性体是一种最符合矿山要求的非金属材料，可以替代一些金属材料。矿山使用的聚氨酯弹性体产品包括筛板、弹性体衬里、输送带等。聚氨酯橡胶筛板包括松弛筛板、张紧筛板、缝隙筛板等。聚氨酯橡胶筛板具有优异的耐磨性、耐水性、耐油性、减振降噪、强度高、与金属框架粘合力强、噪音低、自清洁效果好等优点，减轻了筛机的负荷，节约能源，延长了筛机的使用寿命，筛分质量高。
许多采矿设备，如摇床、浮选机、特种选矿机、流程系列、螺旋溜槽、破碎机、磁选机、管道和弯头等，在与碎石等物料接触时需要耐磨衬里；聚氨酯弹性体是矿用单轨吊车钢芯聚氨酯驱动轮、阻燃抗静电聚氨酯输送带、设备电缆TPU护套、集尘环、减震器等的优选材料。
2 聚氨酯胶辊的应用
聚氨酯顶辊是一种性能优异的聚氨酯橡胶制品，一般采用浇注工艺，在钢辊或铁辊上覆盖一层聚氨酯弹性体。根据用途，可分为：粮食加工用的脱壳胶辊、造纸工业用的压榨胶辊和施胶胶辊、纺织工业用的拉丝辊、牵伸辊和切断辊、木材、玻璃和包装工业用的传动轴承胶辊、印染机械用的各种胶辊、各种仪器的微型胶辊、输送系统的传动胶辊、印刷胶辊、金属冷轧传动胶辊、金属钢板彩色涂层胶辊等，这些胶辊的橡胶层均可采用聚氨酯弹性体。
大多数胶辊采用浇注工艺制造，一般将钢芯置于圆柱形模具中心浇注弹性体成型。特殊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，采用常温硫化浇注弹性体体系，缩短了总加工时间。
3 聚氨酯橡胶轮和轮胎
聚氨酯弹性体具有承载能力大、耐磨、耐油等特点，并与金属框架牢固结合。可用于制造广泛应用于各种传动机构的橡胶轮，例如：生产线输送带的支承滑轮、导向滑轮和缆车滑轮。在体育娱乐方面，高端溜冰鞋的旱冰鞋轮和滑板轮均采用聚氨酯制成。聚氨酯橡胶轮还具有耐油、韧性好、粘合力强等特点，在矿用单轨吊车、齿轨车、清扫车等车辆的使用中非常有效。聚氨酯还用于极小型电子精密仪器的传动轮、各种万向轮等。
还有微孔泡沫轮胎、PU泡沫充气轮胎等。
4 机械附件
各种密封圈、减震块、联轴器、汽车防滑链等。
5 薄板零件成形的模具衬里和冲压模板
用传统的钢模冲压薄板零件时，断裂面上常有毛刺。采用聚氨酯橡胶代替传统钢模的冲压技术是钣金冲压技术的一次飞跃，它可以大大缩短模具制造周期，延长模具使用寿命，降低成形件的生产成本，提高零件的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，更适用于薄而复杂的冲压件。
在瓷砖和陶瓷生产线上，采用PU弹性内衬模具可以降低生产成本，提高生产效率和产量。聚氨酯可以制作混凝土模具，聚氨酯模具可以复制各种图案，可以生产装饰块。聚氨酯弹性体棒、管、板垫用于五金模具冲压生产中代替金属弹簧作为缓冲部件，具有高弹性、柔韧性、高原始收缩变形强度，不损伤模具。
6 鞋类
聚氨酯弹性体具有良好的缓冲性能、重量轻、耐磨、防滑、加工性能好等特点，已成为制鞋行业重要的鞋用合成材料，可用于制造运动鞋鞋底、鞋跟、棒球鞋鞋头、高尔夫球、足球以及滑雪鞋、安全鞋、休闲鞋等。鞋材用聚氨酯材料包括浇注微孔弹性体和热塑性聚氨酯弹性体，主要是微孔弹性体鞋底。
聚氨酯微孔弹性材料重量轻，耐磨性好，被制鞋厂商广泛认可。该产品密度低，远轻于传统的橡胶鞋底和PVC鞋材。在中国，微孔聚氨酯弹性体主要用于旅游鞋、皮鞋、运动鞋、凉鞋等的鞋底和鞋垫。在国外，它主要用于需要耐磨性和弹性的特殊运动鞋鞋底，设计多样化。TPU鞋跟具有高耐磨性。热分解发泡剂可添加到注塑成型中，制成发泡TPU弹性鞋材。
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