低硬度聚氨酯弹性体力学性能的研究.pdf

．1 8 2 · 2 0 0 0 年 低硬度聚氨酯弹性体力学性能的研究 刘凉冰庞坤玮 ( 山西化工研究所太原0 3 0 0 2 1 ) 摘要以聚酯二醇( 聚e L - - 醇己二酸酯、聚乙二丙二醇己二酸酷、聚T - - 醇己二酸酯) 、8 0 ／2 0 一甲苯二异 氰酸酯和多元醇为原料，用预聚体法制备低硬度聚氨酯弹性体讨论了聚酯软段种类、相对分子质量、硬 段质量分数以及交联点间相对分子质量对力学性能的影响实验结果表明：①在3 种聚酯软段中聚丁二 醇己二酸酯合成的聚氨酯弹性体综合力学性能较好；②软段相对分子质量为10 0 0 的P u 弹性体贡献了较 高模量和强度，软段相对分子质量为2 0 0 0 的弹性体提供了优异的伸长率和冲击弹性；③P U 弹性体的硬段 质量分数2 8 ％比1 8 ％的模量、强度和撕裂强度高，而伸长率则低；④随着交喂点分子质量提高，弹性体的模 量和强度下降，伸长率增加 低硬度的聚氨酯( P u ) 弹性体因具有高强度、高 伸长和优异的耐磨、耐油等性能，已经被用作印刷胶 辊、纺织胶辊和玻璃吸盘、钢板吸盘P U 弹性体一 般由聚酯或聚醚软段和二异氰酸酯与扩链剂构成的 硬段组成。

软段提供材料的伸长和弹性，硬段贡献 材料的模量和强度8 0 ／2 0 - T D I 由于其价格低廉且 性能优异而广泛用于制做低硬度的P U 弹性材料 本文拟聚酯为软段、二异氰酸酯( 8 0 ／2 0 - T D I ) 和扩 链荆多元醇组成为硬段制备低硬度P U 弹性体，来 讨论其力学性能 1 实验部分 1 ．1 原料 聚乙二醇己二酸酯二醇( P E A ) ：M n 为1 0 0 0 和 20 0 0 ．烟台合成革厂产，工业品；聚乙二丙二醇己二 酸酯二醇( P E P A ) ：M n = 2 0 0 0 ，烟台合成革厂产，工 业品；聚丁二醇己二酸酯二醇( P B A ) ：：M n = 20 0 0 ， 本所产，工业品；甲苯二异氰酸酯：8 0 ／2 0 ．T D I ，日本 进L I ，工业品；扩链剂：二醇和三醇的混合物，本所自 制；催化剂：二月桂酸二丁基锡，北京化工二厂产，化 学纯 1 ．2 仪器与设备 2 5t 平板硫化机，上海第一橡胶机械厂；G D6 5 ． I 型鼓风干燥箱，北京试验设备厂；X L L - 2 5 0 型橡胶 拉力机，上海东方机械厂；L X ．4 型橡胶硬度计，营口 实验材料厂；型号z 1 1 6 橡胶冲击弹性实验器，天津 材料实验机厂。

1 ，3P U 样品制备 在装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，加入计量 聚酯二醇，01k P a 以下减压脱水2h 然后降温至 4 0 ～5 0 ℃，慢慢加入计量好的W ) I ，于8 0 ℃反应2 h 冷却到室温，即为预聚体分析N C O 基含量 将称量好的扩链剂加入到7 0 - 8 0 ℃的预聚体中，快 速搅拌并脱泡，最后倒人模具中，加压硫化 1 ．4 分析、硫化及测试 ①用二正丁胺法分析异氰酸根含量⋯ ⑦试片放置1 0 0 ℃鼓风干燥箱硫化1 0h ，再于 室温存放1 周后进行力学性能的测试力学性能测 试均按国家标准进行 2 结果与讨论 2 ．1 聚酯软段对P U 弹性体力学性能的影响 表1 示出由3 种不同聚酯和8 0 ／2 0 —T D l 、扩链 剂制备P U 弹性体的力学性能比较三者P U 弹性 体可知：P E P A - P U 的伸长率和P B A - P U 的冲击弹 性性能是最好的，P E A - P U 的拉伸强度最低伸长 率大是因为P E P A 聚酯结构中含有侧甲基，它使聚 合物大分子在应变作用下，抵抗取向而提高了伸长； 冲击弹性好归因于P B A 聚酯主链上的亚甲基比 P E A 、P E P A 的多，姒P U 弹性体形成有序结构规 整的缘故。

表1 聚醢软段对P U 弹性体性能的影响 注：软段M n = 20 0 0 ，硬段质量分数为1 8 ％～2 0 ％，M c = 35 0 0 2 ．2 聚酯软段分子质量对P u 弹性体力学性能的 影响 在P u 弹性体中，软段相对分子质量的不同明 显地影响弹性体的性能当预聚体的异氰酸酯与羟 中国聚氨酯工业协会第十次年会论文集1 8 3 基物质的量比为2 ：1 时，所生成的P U 一1 0 0 0 弹性体 的硬度、模量和强度均比P U - 2 0 0 0 弹性体的高，而 P U - 2 0 0 0 的伸长率和冲击弹性则比P U - 1 0 0 0 的好 ( 表2 ) 在聚酯软段相对分子质量为10 0 0 时，软段 与硬段的氨基甲酸酯基形成的氢键，使软段相和硬 段相相互渗透而增加了两相的相容性，从而提高了 模量和强度当软段相对分子质量为20 0 0 时，氢 键作用相对减弱，软段相和硬段相的分离程度增加， 改善j ，软段相的纯度，因而提高了伸长率和弹性 表2 聚酯软段相对分子质量对P U 弹性体的性能影响 注：硬段质量分数为1 9 ％- 2 9 ％，M c = 7 0 0 0 23 交联点相对分子质量对P U 弹性体力学性能 的影响 交联点相对分子质量( M c ) 指的是弹性体质量 除以该弹性体中所使用的三元醇的量( 摩尔) 【2J 。

一般地讲，交联点相对分子质量高，交联密度低反 之，交联点相对分子质量低，交联密度高图1 为不 同交联点相对分子质量对P U 弹性体性能影响的变 化曲线可观察到，模量和强度随交联点相对分子 质量( M c ) 增加( 交联密度降低) 而下降，而伸长率却 增加当M c 45 0 0 时，拉伸强度有显著下降趋势 从分子结构上来看，当弹性体存在较高交联密度时， 形成体型结构分子，在外力作用下，分子链间的滑动 受阻，于是应力增大，应变减小从形态结构来看， 在较低的交联密度时，聚合物中的软段相和硬段相 分离较好，在拉伸作用下，易于取向，导致伸长增加， 强度下降 24 硬段质量分数对P U 弹性体力学性能的影响 以聚酯P B A 的M c = 20 0 0 ，制成交联点相对分 子质量均为53 0 0 ，硬段质量分数分别为1 8 ％和 2 8 ％的两种低硬度P U 弹性体，力学性能结果示于 表3 弹性体的硬段质量分数提高，其硬度、模量和 强度增加，但伸长率和冲击弹性下降这是因为高 硬段质量分数的弹性体，苯环和氨基甲酸酯刚性链 段含量多的缘故 25 聚酯与聚醚P u 弹性体力学性能的比较 聚酯和聚醚分别为P B ～和P T M G ( 相对分子质 厨t c x l 0 4 图l 交联点相对分子质量对弹性体力学性能的影响 表3 硬段质量分数对P U 弹性体力学性能的影响 注：软段P B A ，M n = 2 0 0 0 ，M c = 5 3 0 0 。

量均为2 0 0 0 ) ，硬段质量分数相同，其两者P u 弹性 体力学性能却不同如表4 所示，聚酯一P u 弹性体 、．委／翦嘿碟苯 1 8 42 0 0 0 薤 均比聚醚一P u 的硬度、3 0 0 ％模量、拉伸强度和撕裂 强度等性能都高，而冲击弹性却低；两者伸长率差别 不大这说明酯基比醚基的内聚能大，极性强；聚酯 一P U 易形成有序结构，因而提高了弹性体强度 表4 聚酯与聚醚P U 弹性体力举性能比较 注：软段丽l _ 2 0 0 0 ，硬段质量分数为1 8 ％，丽：= 7 0 0 0 3 结论 ①比较P E A ，P E P A 、P B A3 种聚酯型P U 弹性 体，P B A ．P U 的综合力学性能最好②软段相对分 子质量为10 0 0 ，硬段质量分数大，P U 弹性体的模 量和强度较高；软段相对分子质量为2 0 0 0 ，硬段质 量分数低，其伸长率和冲击弹性较好③交联点相 对分子质量大于45 0 0 时，P U 弹性体的拉伸强度有 一个显著的下降趋势 参考文献 1 山西省化工研究所．聚氨醋弹性体．北京：化学工业出版 社，1 9 8 54 2 8 - 4 3 0 2S a u n d e r sJH ，F r i s c hKC ．P o l y u r e t h a n e sC h e m i s t ya n d T e c h n o l o g y ( P a r tI ) N e wY o r k ：J o h nW i l e y ＆S o n s ，l n c ． 1 9 6 22 6 4 ～2 7 6 ( 上接第1 7 7 页) 4 结论 用溶胀提取法测定老化试样溶胶质量所做的定 性及定量研究表明，高填充硝酸酯基聚醚聚氨酯体 系的老化降解行为与未填充的树脂体系相似，均易 被老化降解，含有T D I 的体系比H D I 体系老化性能 好得多。

添加某些助剂可改进耐老化性能，其中效 果最好的是环氧树脂，可使该体系的耐老化降解性 能提高2 ．5 倍，角鲨烯也能改进降解性能然而，聚 酯聚氨酯常用的抗水解添加荆聚碳化二亚胺及改进 硝酸酯基稳定性的双基推进剂用中定剂都不能改善 硝酸酯基聚醚聚氨酯的耐老化性能，从而再次证明 该体系的老化降解既不是酯基的简单水解也不是硝 酸酯基的脱落，而是氨酯键的断链所致 参考文献 l 朱万章．硝酸醣基聚醚聚氨酯的老化降解I ．薄层层析法 检测降解产物中的胺．聚氨酯工业，1 9 9 7 ，1 2 ( 3 ) ：4 1 2 朱万章．硝酸酯基聚醚聚氨酯的老化降解Ⅱ非水滴定定 量测定降解产物中的胺．聚氨酯工业，1 9 9 7 ，1 2 ( 4 ) ：4 2 3 朱万章硝酸酵基聚醚聚氨酯的老化降解Ⅲ溶胀法研究 降解动力学．聚氨酯工业，1 9 9 9 ．1 4 ( 2 ) ：5 4 M a 和u s G ，e t0 1 ．R u b b e r C h e m T ∞h n o l ，1 9 6 6 ，3 9 ( 4 ) ：L 3 2 8 5U S 3 2 1 5 5 7 3 ；U S3 2 6 6 9 5 9 6M e i t e sL ．H a n d b o o ko fa n a l y t i c a lc h e m i s t r y 1 9 6 33 - 2 9 7 K e l l e yFN ．S o l i dp r o p e l l a n tm e c h a n i c a lp r o p e r t i e st e s t i n g f a i l u r ec r i t e r i a ；a g i r l gA d v a n c e si nC h e m i s t r yS e r i f ；v o l 8 8 。

E d ．b yRFG o u l d ．A m e r i c a nC h e m i c a lS o c i e t yW a s h — i n g t o n D C ．1 9 6 9 ：1 8 8 低硬度聚氨酯弹性体力学性能的研究低硬度聚氨酯弹性体力学性能的研究 作者：刘凉冰， 庞坤玮 作者单位：山西化工研究所(太原) 本文链接： 。