Polüuretaani elastomeeri pehme segmendi mõju selle mehaanilistele omadustele
Uretaan elastomeeri (PUE) sünteesitakse peamiselt oligomeeri polüoolidest, polüisotsüanaatidest ja ketilaienditest toorainena. Selle mehaanilisi omadusi saab reguleerida laias valikus. Seda saab sünteesida, valides sobivad toorained vastavalt vajadusele valmistada ette vajadustele vastavaid tooteid. Üldiselt on oligomeeri polüool polüuretaani pehme segment, polüisotsüanaat ja keti ekstender moodustavad kõva segmendi ning mikrofaasi eraldamine toimub pehme segmendi ja kõva segmendi vahel, nii et PUE-l on suurepärane jõudlus. PUE jaoks on palju klassifitseerimismeetodeid: vastavalt selle töötlemistehnoloogiale võib selle jagada kolme tüüpi: valamistüüp, termoplasti tüüp ja segamistüüp; vastavalt keemilise reaktsiooni protsessile võib selle jagada üheastmeliseks meetodiks ja kaheastmeliseks meetodiks; Alkoholitüüpe võib jagada polüetheri tüübiks ja polüestritüübiks.
1 Eksperimentaalne osa
1.1 Toorained ja instrumendid
Tetrahüdrofuraani homopolüeterpolool (PTMG): Mn=1000 ja Mn=2000, Japan Mitsubishi Chemical Corporation, tööstustoode; Polükaprolaktooni polüool (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., tööstustooted; polübutüleendipaadi diool (PBA, Mn=1000, 2000), polüetüleenist rasvdipaadi diool (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., tööstustooted; Polükarbonaadi diool (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., tööstustoode; 4, 4' – Difenüülmetaani diisotsüanaat (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., tööstustoode; 1, 4 – Butanediol (BDO): Pekingi keemiatehas, analüütiline hinne; Dibutyltin delaurate (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., reaktiiviklass.
Elektrooniline universaalne testimismasin: Mudel CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Kummist duromeeter: mudel LX-A, Yingkou eksperimentaalsete materjalide tehas.
1.2 PUE süntees
1.2.1 Prepolümeeri ettevalmistus
Dehüdreerige oligomeeri polüool vaakumis 100 ~ 110 ° C juures 2h jaoks, jahutage kasutamiseks 50 ~ 55 ° C-ni; vala sulatatud MDI kolme kaelaga pudelisse, kui MDI temperatuur langeb 50 ~55 °C-ni, lisage mõõdetud Hea oligomeeri polüoolide jaoks reageerige kõigepealt loomulikult 30 minutit ilma kuumutamiseta ja seejärel segage ja kuumutage 2 tundi temperatuuril 80 ~85 °C, võtke proove NCO massifraktsiooni analüüsimiseks ja lõpetage reaktsioon, kui analüüsi väärtus on disaini väärtuse lähedal. Prepolümeeri saab saada, mis on suletud ja ladustatud hilisemaks kasutamiseks.
1.2.2 Elastomeri ettevalmistus
Kaaluge sobiv kogus prepolümeeri, lisage proportsionaalselt BDO ja T12, segage kiiresti ja ühtlaselt, valage see eelsoojendatud 120 °C lamedasse vormi ning vajutage ja ravige 30 minutit, kui see jõuab geelipunkti. Mehaanilisi omadusi testiti pärast 18h kuivatamist ahjus toatemperatuuril 24 tundi.
1.3 Katsemeetod
NCO sisaldus määratakse kindlaks vastavalt HG /T2409-1992; Shore A kõvadus määratakse vastavalt GB / T531.1-2008-le; 300% tõmbepinge, pikenemine vaheajal ja tõmbetugevus määratakse vastavalt GB/T528-2009-le; rebenemistugevus määratakse vastavalt GB/T531.1-2008 GB/T529-2008 määramisele.
2.1 Oligomeeri polüoolide mõju PUE mehaanilistele omadustele
Oligomeeri polüoolide erinevad tüübid ja molekulaarstruktuurid mõjutavad otseselt PUE mehaanilisi omadusi. Kasutage polüetheri polüooli ja polüesterpolüooli sama suhtelise molekulmassiga (mõlemad 2000), hoidke pehme segmendi massifraktsiooni 55% juures, sünteesige prepolümeeri MDI-ga, ahela pikenduskoefitsient [n(OH) süsteemis: n(NCO )] on 1, prepolümeer on BDO-ga aheldatud ja ettevalmistatud PUE mehaanilised omadused on näidatud tabelis 1.
Tabelist 1 nähtub, et kui prepolümeeri w(NCO) on sama, on pue mehaanilised omadused, mille pehme segment on PCL, PBA, PEA ja PCDL, üldiselt paremad kui need, kelle pehme segment on PTMG. Seda seetõttu, et PCL, PBAPEA ja PCDL on kõik polüesterpolüoolid, mille sees on esterrühmad, samas kui PTMG on polüether-polüool, mille sees on eetrirühmad, ja esterrühmad on polaarsemad kui eetrirühmad, muutes polüuretaani sisemuse lihtsamaks Vesiniksidemed tekivad ja mehaanilised omadused on paremad. Polüester PUE-s, kuna PCDL sisaldab karbonaatrühma, on polaarsus suurim ja saadud PUE-l on pehmes segmendis kõrgeim kristallilisus, nii et selle kõvadus ja tõmbetugevus on kõrgeim ning pikenemine purunemisel on madalaim; estergrupi sisu PCL-is Madalaim shore A kõvadus ja tõmbetugevus ning suurim pikenemine vaheajal; PBA-l ja PEA-l on rohkem PEA ester-rühmi, kuid kuna keti ekstendents kasutab BDO-d, on kahe hüdroksüülrühma süsinikuaatomite arv 4 ja PEA-l on 2 süsinikuaatomit vähem kui PBA-l. PBA ja BDO struktuur on sarnasem, saadud polüuretaan on korrapärasem ja kristallilisus tugevam. Seetõttu on PBA sünteesitud PUE kui pehme segmendi sünteesitud PUE jõudlus parem kui PEA.
2.2 Oligomeeri polüooli suhtelise molekulmassi mõju PUE mehaanilistele omadustele
Polüuretaani sünteesimiseks kasutatakse samu oligomeeri polüoolid, millel on erinevad suhtelised molekulmassid, sest pehme segmendi suurus on erinev ja mõju PUE mehaanilistele omadustele on samuti erinev. Kasutage polüether polüooli ja polüesterpolüooli erineva suhtelise molekulmassiga, hoidke sama w(NCO), sünteesige prepolümeeri MDI-ga, kasutage BDO-d ketilaiendina ja ahela pikendamise koefitsient on 1. Ettevalmistatud elastomeeri mehaanilised omadused on näidatud tabelis 2.
Nagu tabelist 2 nähtub, kas tegemist on PBA sünteesitud polüesterPUE-ga või PTMG sünteesitud polüether PUE-ga, kui prepolümeeri w(NCO) on sama, oligomeeri polüooli suhtelise molekulmassi suurenemisega, väheneb PUE. Kõvadus, 300% tõmbepinge, tõmbetugevus ja rebenemistugevus vähenesid, samal ajal kui pikenemine pausi ajal suurenes. Kui oligomeeri polüooli suhteline molekulmass suureneb, väheneb ettevalmistatud PUE polaarsus, mis ei soodusta vesiniksidemete moodustumist, nõrgeneb mikrofaasi eraldamine pehmete ja kõvade segmentide vahel ning sellega seotud kõvadus, moodul ja tugevus vähenevad; Oligomeeri polüoolide suhteline molekulmass suureneb, mis nõrgendab vesiniksidemete vastastikmõju, vähendab pehmete segmentide kristalliseerumise tendentsi, säilitab PUE kõrge elastsuse ja suurendab pausi pikenemist.
2.3 NCO sisalduse mõju polüuretaanist elastomerite mehaanilistele omadustele
Prepolümeeri erinev NCO sisaldus toob kaasa sünteetilise PUE pehme segmendi erineva sisalduse, mõjutades seega elastomeeri mehaanilisi omadusi. Esiteks kasutati sama suhtelise molekulmassiga polüeerpolüooli ja polüesterpolooli erinevate NCO väärtustega prepolümeeride sünteesimiseks MDI-ga. Füüsikalised ja mehaanilised omadused on näidatud tabelis 3.
Tabelist 3 on näha, et olenemata sellest, kas tegemist on PBA sünteesitud polüesterPUE-ga või PTMG poolt sünteesitud polüether PUE-ga, suureneb prepolümeeri w (NCO), suureneb pue kõvadus, 300% tõmbepinge, tõmbetugevus ja rebenemistugevus. Purunemistugevus suureneb, samal ajal kui pikenemine pausi ajal väheneb. Seda seetõttu, et mida kõrgem on prepolümeeris w (NCO), seda suurem on polüisotsüanaadi sisaldus ja samal ajal suureneb ketilaiendaja kogus, mis suurendab PUE kõva segmendi sisaldust ja suurendab kõvadust; w(NCO) prepolümeeris suureneb. ), suurenevad uretaanirühmad, polüuretaani polaarsus suureneb ja mikrofaasi eraldamise aste suureneb, et suurendada moodulit ja tugevust; w(NCO) suurenemine lihtsustab vesiniksidemete moodustumist polüuretaani sees ja vesiniksidemete vastastikmõju suureneb. suur, nii et pikenemine väheneb.
2.4 Ketipikenduskoefitsiendi mõju PUE mehaanilistele omadustele
Kui ketipikenduskoefitsient on erinev, on kasutatava ketilaiendi kogus erinev, mis toob kaasa sünteetilise PUE pehme segmendi erineva sisalduse, mõjutades seega PUE mehaanilisi omadusi. Kasutades sama suhtelise molekulmassiga polüetheri polüooli ja polüesterpolüooli, säilitades sama w(NCO), sünteesides prepolümeeri MDI-ga, muutes seejärel ahela pikenduskoefitsienti ja kasutades BDO-d prepolümeeri ahela laiendamiseks, valmis PUE mehaanika Jõudlus on näidatud tabelis 4.
Tabelist 4 võib näha, et olenemata sellest, kas tegemist on polüesterPUE-ga sünteesitud PBA või PTMG sünteesitud polüether PUE-ga, kui prepolümeeri w(NCO) on sama, kusjuures ahela pikenduskoefitsiendi suurenemine, PUE kõvadus, 300% Tõmbepinge, pikenemine pausi ajal, tõmbetugevus ja rebenemistugevus suurenesid kõigepealt ja seejärel vähenesid, ja mehaanilised omadused olid parimad, kui ahela pikendamise koefitsient oli 1,00. Seda seetõttu, et kui ahela pikendamise koefitsient on 1,00, kipub polüuretaani elastomeer moodustama pika ahelaga molekuli, millel on kõrgeim lineaarsusaste, ja PUE-l on praegu parimad mehaanilised omadused. Kui ahela pikendamise koefitsient on väiksem kui 1,00, ei saa ahela pikendaja ebapiisava koguse tõttu moodustada makromolekulaarseid pikki ahelaid ja polüuretaani jõudlus on madal; kui ketipikenduse koefitsient on suurem kui 1,00, võib see liigse ahela pikendusaine tõttu vastata ahela pikendamise nõuetele. On jääke ja need jäägid toimivad plastifikaatoritena, et halvendada PUE mehaanilisi omadusi.
Järeldus
(1) Kui prepolümeer w (NCO) on sama: PUE mehaanilised omadused, mille pehme segment on PCL, PBA, PEA ja PCDL, on üldiselt paremad kui need, mille pehme segment on PTMG; Kõvadus, 300% tõmbepinge, tõmbetugevus ja rebenemistugevus vähenesid, samal ajal kui pikenemine pausi ajal suurenes; ahela pikendamise koefitsiendi suurenemisega, kõvadusega, 300% tõmbepingega, pikenemisega vaheajal, PUE tõmbetugevus Tugevuse ja rebenemise tugevusega näitas suundumust kõigepealt kasvada ja seejärel väheneda ning kui ketipikenduse koefitsient oli 1,00, olid mehaanilised omadused parimad.
(2) Prepolümeeri w(NCO) suurenemisega suurenes PUE kõvadus, 300% tõmbepinge, tõmbetugevus ja rebenemistugevus, samal ajal kui pikenemine pausi ajal vähenes.
