Polüuretaanelastomeer, tuntud ka kui polüuretaanelastomeer, on sünteetiline polümeermaterjal, mille põhiahelas on rohkem uretaanrühmi. Tavaliselt koosneb see oligomeeridest, nagu polüester, polüeeter ja polüolefiin. See moodustub polüoolide, polüisotsüanaatide ja dioolide või diamiini ahela pikendajate järkjärgulise lisamise ja polümerisatsiooni teel. See on elastne materjal üldkummi ja plasti vahel, see tähendab, et sellel on kummi kõrge elastsus ja plastiku kõrge tugevus. Sellel on suur pikenemine ja lai kõvadus; selle kulumiskindlus, biosobivus ja veresobivus on eriti silmapaistvad. Samal ajal on sellel ka suurepärane õlikindlus, löögikindlus, madala temperatuuritaluvus, kiirguskindlus ja koormuskindlus, soojusisolatsioon, isolatsioon ja muud omadused. Seetõttu on polüuretaanelastomeeride kasutusalad väga laiad. Sellest on saanud asendamatu ja väärtuslik materjal rahvamajanduses ja inimeste elus.
Polüuretaanelastomeeril on lai valik omadusi, mis on tihedalt seotud selle struktuuriga ja selle struktuur sõltub paljudest teguritest nagu reagendid, reaktsiooniaeg, reaktsiooni temperatuur ja isegi väikesed veesisalduse muutused võivad põhjustada polüuretaanelastomeeride tohutu erinevus mehaanilistes omadustes .
1. Ülevaade polüuretaanelastomeeridest
Polüuretaanelastomeer, tuntud ka kui polüuretaankumm, kuulub spetsiaalse sünteetilise kummi hulka ja on omamoodi elastne polümeer, mis sisaldab molekuli põhiahelas rohkem uretaanrühmi (-NHCOO-). See on tüüpiline mitmeplokiline kopolümeermaterjal. . Polüuretaanelastomeerid valmistatakse tavaliselt polüliitumisreaktsiooni teel, kasutades toorainena polümeerseid polüoole, isotsüanaate, ahelapikendusaineid, ristsiduvaid aineid ja väikeses koguses abiaineid. Molekulaarstruktuuri poolest on polüuretaanelastomeer (PUE) plokkpolümeer ja selle molekulaarne ahel koosneb üldiselt kahest osast. Normaaltemperatuuril on üks osa kõrge elastsusseisundis, mida nimetatakse pehmeks segmendiks; Kristalli olekut nimetatakse kõvaks segmendiks. Üldiselt koosneb pehme segment polümeerpolüooli pikast painduvast ahelast ja kõva segment isotsüanaadist ja ahela pikendajast. Pehme segment ja kõva segment on paigutatud vaheldumisi korduvate struktuuriüksuste moodustamiseks. Lisaks uretaanrühmale sisaldab polüuretaanmolekuli põhiahel ka polaarseid rühmi nagu eeter-, ester- või uurearühm. Nende polaarsete rühmade suure hulga olemasolu tõttu võivad polüuretaanimolekulis ja molekulide vahel tekkida vesiniksidemed ning pehme segment ja kõva segment on termodünaamiliselt kokkusobimatud, mis kutsub esile kõva ja pehme segmendi moodustumise. segmendi mikrodomeen ja toodab mikroskoopilise faasieraldusstruktuuri. Lineaarsed polüuretaanid võivad vesiniksideme kaudu moodustada ka füüsilisi ristsidemeid. Nende struktuuriomaduste tõttu on polüuretaanelastomeeridel suurepärane kulumiskindlus ja sitkus, mida nimetatakse "kulumiskindlaks kummiks" [1], ja kuna polüuretaanist toorainet on palju erinevaid, saab toormaterjalide mitmekesisust ja suhet reguleerida, et sünteesida tooteid erinevad jõudlusomadused. tooted, valmistades polüuretaanelastomeere, mida kasutatakse laialdaselt rahvamajanduses. Kuigi polüuretaan-elastomeeri toodang ei moodusta väikest osa polüuretaantoodetest, on selle mitmekesisus ja lai kasutusala teiste materjalidega võrreldamatu. Polüuretaanelastomeeril on suurepärased kõikehõlmavad omadused ning selle moodul jääb üldkummi ja plasti mooduli vahele. Sellel on järgmised omadused: ①kõrge tugevus ja elastsus, suudab säilitada kõrge elastsuse laias kõvaduse vahemikus (Shore A10-Shore D75); ②Sama kõvaduse korral on sellel suurem kandevõime kui teistel elastomeeridel; ③ Suurepärane kulumiskindlus, selle kulumiskindlus on 2-10 korda suurem kui looduslikul kummil; ④ Hea väsimus- ja vibratsioonikindlus, sobib kõrgsageduslike läbipainderakenduste jaoks; ⑤ kõrge löögikindlus; ⑥ Aromaatse polüuretaani vastupidavus Suurepärane kiirgus-, hapniku- ja osoonikindlus; ⑦ Suurepärane määrde- ja kemikaalikindlus; ⑧ Üldiselt on nõutav madal kõvadus saavutatav ilma plastifikaatorita, seega pole plastifikaatori migratsioonist põhjustatud probleeme; ⑨ vormimine ja madalad töötlemiskulud; ⑩Tavalist polüuretaani ei saa kasutada üle 100 kraadi, kuid valem talub kõrget temperatuuri 140 kraadi. Tavaolukorras on polüuretaan-elastomeerist toodete eelised võrreldes metallmaterjalidega kerge, kadukindlus, madal helitugevus, madalad töötlemiskulud ja korrosioonikindlus; võrreldes kummiga on polüuretaanelastomeeridel kulumiskindlus, lõikekindlus, rebenemiskindlus, kõrge kandevõime, valatavad, joodavad, läbipaistvad või poolläbipaistvad, osoonikindlus, kõvadusvahemik ja muud eelised; võrreldes plastidega on polüuretaanelastomeeride eeliseks rabeduse puudumine, elastsusmälu, kulumiskindlus jne. Polüesterelastomeeride töötlemismeetodeid on erinevaid, pidevalt tekib uusi tehnoloogiaid ja uusi sorte ning kasutusvõimalused on väga laiad [2] .
2. Polüuretaanelastomeeri töötlemistehnoloogia
Laboris sünteesitakse polüuretaanelastomeere üldiselt käsitsi valamise eelpolümeermeetoditel, sealhulgas üheetapilisel meetodil, eelpolümeermeetodil ja pool-eelpolümeermeetodil.
Üheetapiline meetod on diisotsüanaadi, polüooli, katalüsaatori ja muude abiainete lisamine valemisse korraga ning valatakse see pärast kiiret segamist vormi, et valmistada polüuretaan-elastomeerist toode. Kuigi üheetapilise meetodiga saadud tootel on halb jõudlus ja korratavus ning see võib viia reaktsioonisüsteemi suure hulga õhumulle, nii et tootes on palju tooteid, on selle meetodi protsess lihtne, säästab energiat ja vähendab kulusid, seetõttu kasutatakse seda meetodit peamiselt vahutööstuses, kuid valatud polüuretaanelastomeeride tootmisel kasutatakse seda harva [3]. Praegu on mõnede uute vormimisprotsesside, näiteks reaktsioonisurvevalu (RIM) tehnoloogia esilekerkimisega ka üheetapiline meetod kiiremini arendatud.
Eelpolümeermeetodil valmistatud polüuretaanelastomeer jaguneb kaheks etapiks, seega nimetatakse seda ka kaheetapiliseks meetodiks. Esiteks, oligomeeralkohol ja polüisotsüanaadi liig lastakse reageerida, et moodustada eelpolümeer, mille lõpprühmas on NCO rühm, ja seejärel reageeritakse polümeeril valamise ajal ahela pikendajaga, et valmistada polüuretaanelastomeeri. Seda meetodit kasutatakse enamasti polüuretaanist elastsuse tootmisel. Puuduseks on see, et eelpolümeer on tundlik temperatuuri suhtes, vajab valamisel kõrget varustust ja selle protsess on pikk. Pooleelpolümeermeetodi ja eelpolümeeri meetodi erinevus seisneb selles, et eelpolümeerile lisatakse seguna mõningaid polüesterpolüoole või polüeeterpolüoole, ahelapikendusaineid, keemilisi lisaaineid jne. See tähendab, et valemis olev oligomeerne polüool jagatakse osadeks, ühel osal lastakse eelpolümeeri sünteesiks reageerida diisotsüanaadi liiaga ning teine osa segatakse ahelapikendusega ja lisatakse süstimise ajal. Vaba NCO massiosa saadud eelpolümeeris on suhteliselt kõrge, üldiselt 0.12-0,15 (12 protsenti - protsenti), seetõttu nimetatakse seda eelpolümeeri sageli "kvaasieelpolümeeriks". Pooleelpolümeermeetodi omadused: ① Eelpolümeeri komponendi viskoossus on madal ja seda saab reguleerida sarnaseks kõvendi segatud komponendi viskoossusega; ② Suhe on samuti lähedane (st segamismassi suhe võib olla 1:1). See mitte ainult ei paranda segamise ühtlust, vaid parandab ka mõningaid elastsuse omadusi. Seda meetodit on lihtne teostada industrialiseerimisel: ülaltoodud kolme meetodi hulgas on üldiselt parim jõudlus eelpolümeermeetodil valmistatud polüuretaanelastomeeril ja kõige halvem üheetapiline meetod. Seda seetõttu, et üheetapilise meetodi puhul viiakse polümerisatsiooni- ja ahelapikendusreaktsioonid läbi samaaegselt. Reaktsiooni hilisemas etapis juhitakse süsteemi viskoossuse järsu suurenemise tõttu molekulaarse ahela aktiivsust difusioonireaktsioon, reaktsioon ei ole lõppenud ja saadud polüuretaanelastomeeri molekulmass on suhteliselt suur. väike. Struktuur ei ole ühtlane, mis mõjutab polüuretaanelastomeeri toimivust. Eelpolümeermeetodi protsessis viiakse polüuretaani eelpolümeeri reaktsioon ning polüuretaani eelpolümeeri ja ahela pikendaja vaheline reaktsioon läbi samm-sammult ning need kõik on kontrollitavad reaktsioonid. Reaktsioon on suhteliselt põhjalik ja saadud polüuretaan elastne Puiste molekulmass on suhteliselt suur ja struktuur suhteliselt ühtlane, mis soodustab vesiniksidemete moodustumist makromolekulide vahel, parandades seeläbi polüuretaanelastomeeri jõudlust. Pooleelpolümeermeetodil valmistatud polüuretaanelastomeeri omadused jäävad eelpolümeermeetodi ja üheetapilise meetodi vahele ning reaktsioonitemperatuur on madal, mis sobib tööstuslikuks tootmiseks. Selles artiklis käsitletakse seost polüuretaanelastomeeride struktuuri ja omaduste vahel, mis kõik sünteesitakse eelpolümeermeetodil.
3. Polüuretaanelastomeeride struktuur ja omadused
Polüuretaanelastomeeride mehaanilised omadused on otseselt seotud polüuretaanelastomeeride sisestruktuuriga ning nende mikrostruktuuri ja morfoloogiat mõjutab tugevalt polaarrühmade vastastikmõju, näiteks pehmete ja kõvade segmentide tüüp, struktuur ja morfoloogia. Polüuretaanelastomeeride mehaanilised omadused ja kuumakindlus. Viimastel aastatel on inimesed hakanud uurima seost polüuretaanelastomeeride mehaaniliste omaduste ning nende agregeeritud struktuuride ja mikrostruktuuride vahel.
a. Polüuretaanelastomeeri mikrofaasieraldusstruktuur
Polüuretaani omadusi mõjutab peamiselt makromolekulaarse ahela morfoloogiline struktuur. Polüuretaani ainulaadne paindlikkus ja suurepärased füüsikalised omadused on seletatavad kahefaasilise morfoloogiaga. Mikrofaaside eraldusaste ning polüuretaanelastomeeride pehmete ja kõvade segmentide kahefaasiline struktuur on nende toimivuse seisukohalt kriitilise tähtsusega. Mõõdukas faaside eraldamine on kasulik polümeeri omaduste parandamiseks. Mikrofaaside eraldamise eraldusprotsess seisneb selles, et kõva segmendi ja pehme segmendi polaarsuse erinevus ja kõva segmendi enda kristallilisus põhjustavad nende termodünaamilist kokkusobimatust (segunematust) ja kalduvust spontaansele faaside eraldumisele, nii et kõva segment on lihtne. agregeeruda kokku, moodustades domeenid, mis hajuvad pehmete segmentide moodustatud pidevas faasis. Mikrofaaside eraldamise protsess on tegelikult elastomeeri kõva segmendi eraldamise ja agregatsiooni või kristalliseerumise protsess kopolümeersüsteemist.
Polüuretaani mikrofaaside eraldamise fenomeni pakkus esmakordselt välja Ameerika õpetlane Cooper. Pärast seda tehti palju polüuretaani struktuuri uurimistööd [4]. Edusamme tegi ka polüuretaani täitematerjali struktuuri uurimine, moodustades suhteliselt tervikliku struktuuri. Süsteemi [5] mikrofaasilise struktuuri teooria: plokkpolüuretaansüsteemis indutseerib kõva segmendi ja pehme segmendi mikrofaaside eraldumise segmendi ja pehme segmendi vaheline termodünaamiline kokkusobimatus. Kõvade segmentide vaheliste segmentide tõmbejõud on palju suurem kui pehmete segmentide vahel. Kõvad segmendid on pehme segmendi faasis lahustumatud, kuid on selles jaotunud, moodustades katkendliku mikrofaasilise struktuuri (mere-saare struktuur). See mängib pehmes segmendis füüsilist ühendavat ja tugevdavat rolli. Mikrofaaside eraldamise protsessis hõlbustab kõvade segmentide suurem interaktsioon kõvade segmentide eraldamist süsteemist ja agregeeruvad või kristalliseeruvad, soodustades mikrofaaside eraldamist. Muidugi on plastfaasi ja kummifaasi vahel teatud ühilduvus ning plastist mikrodomeenide ja kummist mikrodomeenide vahelised faasid segatakse läbivoolufaasi moodustamiseks. Samal ajal on välja pakutud ka teisi mikrofaaside eraldamisega seotud mudeleid, nagu Seymour [6] ja teised, et kõva segmendi ja pehme segmendiga rikastatud piirkonnad moodustavad üksteisega pideva ristseotud võrgu. Paik Sung ja Schneide [7] pakkusid välja realistlikuma mikrofaaside eraldusstruktuuri mudeli: mikrofaaside eraldamise aste uretaanis on ebatäiuslik, mitte täielikult mikrofaaside kooseksisteerimine, vaid sisaldab segatud pehme segmendi üksusi. Mikrodomeenis toimub segmentide segunemine, millel on teatud määral mõju materjali morfoloogiale ja mehaanilistele omadustele. Pehme segment sisaldab kõvasid segmente, mis võib põhjustada pehme segmendi klaasistumistemperatuuri muutumise. Eredalt täiustatud, ahendades madala temperatuuriga keskkondades kasutatavate materjalide valikut. Pehmete segmentide kaasamine kõvade segmentide domeenidesse võib alandada kõvade segmentide domeenide klaasistumistemperatuuri, vähendades seeläbi materjali kuumakindlust.
b. Polüuretaanelastomeeride vesiniksideme käitumine
Vesiniksidemed eksisteerivad lämmastikuaatomeid sisaldavate rühmade ja tugeva elektronegatiivsusega hapnikuaatomite ning vesinikuaatomeid sisaldavate rühmade vahel. Rühmade sidusenergia on seotud rühmade sidusenergia suurusega. Tugevad vesiniksidemed eksisteerivad enamasti segmentide vahel. Aruannete kohaselt võib enamik polüuretaani makromolekulide erinevates rühmades olevatest imiinrühmadest moodustada vesiniksidemeid ning enamik neist on moodustatud imiinrühmadest ja karbonüülrühmadest kõvas segmendis ning väikese osa moodustab eetri hapnikuga. pehmes segmendis. moodustub rühm või esterkarbonüül. Võrreldes molekulisiseste keemiliste sidemete sidumisjõuga on vesiniksideme jõud palju väiksem. Kuid suure hulga vesiniksidemete olemasolu polaarsetes polümeerides on samuti üks olulisi toimivust mõjutavaid tegureid. Vesiniksidemed on pöörduvad. Madalamatel temperatuuridel soodustab seksuaalsete segmentide tihe paigutus vesiniksidemete teket: kõrgemal temperatuuril saavad segmendid energiat ja läbivad soojusliikumise, segmentide ja molekulide vaheline kaugus suureneb ning vesiniksidemed nõrgenevad või isegi kaovad. Vesiniksidemed mängivad füüsilise ristsidumise rolli, mis võib muuta polüuretaankeha suurema tugevuse, kulumiskindluse, lahustikindluse ja väiksema tõmbejõu püsiva deformatsiooni. Mida rohkem on vesiniksidemeid, seda tugevamad on molekulidevahelised jõud ja seda suurem on materjali tugevus. Vesiniksidemete hulk mõjutab otseselt süsteemi mikrofaaside diferentseerumise astet [8].
c. Kristallilisus
Lineaarne polüuretaan, millel on korrapärane struktuur, polaarsemad ja jäigemad rühmad, rohkem molekulidevahelisi vesiniksidemeid ja hea kristallilisus, on parandanud polüuretaanmaterjali mõningaid omadusi, nagu tugevus ja lahustikindlus. Polüuretaanmaterjalide kõvadus, tugevus ja pehmenemispunkt suurenevad koos kristallilisuse suurenemisega, samas kui pikenemine ja lahustuvus vähenevad vastavalt. Mõnede rakenduste, näiteks ühekomponentsete termoplastiliste polüuretaanliimide puhul on esialgse nakkuvuse saavutamiseks vajalik kiire kristalliseerumine. Mõned termoplastsed polüuretaanelastomeerid vabanevad kiiremini tänu nende kõrgele kristallilisusele. Kristallilised polümeerid muutuvad murdunud valguse anisotroopia tõttu sageli läbipaistmatuks. Kui kristallilise lineaarse polüuretaani makromolekulidesse sisestatakse väike kogus hargnenud või rippuvaid rühmi, väheneb materjali kristallilisus. Kui ristsidumise tihedus teatud määral suureneb, kaotab pehme segment oma kristallilisuse. Materjali venitamisel muudab tõmbepinge pehme segmendi molekulaarahela orienteeritud ja korrapärasus, polüuretaanelastomeeri kristallilisus ja materjali tugevus vastavalt paraneb. Mida tugevam on kõva segmendi polaarsus, seda soodsam on polüuretaanmaterjali võreenergia paranemine pärast kristalliseerumist. Polüeeterpolüuretaani puhul suurenevad kõva segmendi sisalduse suurenemisega polaarsed rühmad, kõva segmendi molekulidevaheline jõud suureneb, mikrofaaside eraldumise aste suureneb, kõva segmendi mikrodomeen moodustab järk-järgult kristalliseerumise ja kristallilisus suureneb koos kõva segmendiga. sisu. Järk-järgult suurendage materjali tugevust.
d. Pehme segmendi struktuuri mõju polüuretaanelastomeeri omadustele
Oligomeersed polüoolid, nagu polüeetrid ja polüestrid, moodustavad pehmed segmendid. Pehme segment moodustab suurema osa polüuretaanist ning erinevatest oligomeerpolüoolidest ja diisotsüanaatidest valmistatud polüuretaani omadused on erinevad. Polüuretaanelastomeeride painduv (pehme) segment mõjutab peamiselt materjali elastseid omadusi ning aitab oluliselt kaasa selle madala temperatuuri ja tõmbeomadustele. Seetõttu on pehme segmendi Tg parameeter äärmiselt oluline ja teiseks on selle lõplikke mehaanilisi omadusi mõjutavad tegurid ka kristallilisus, sulamistemperatuur ja deformatsioonist põhjustatud kristalliseerumine. Tugeva polaarsusega polüestrist valmistatud polüuretaanelastomeerid ja vahud, kuna pehmed segmendid on paremate mehaaniliste omadustega. Kuna polüesterpolüoolist valmistatud polüuretaan sisaldab suurt polaarset estrirühma, ei saa kõvade segmentide vahel tekkida mitte ainult vesiniksidemeid, vaid ka pehme segmendi polaarsed rühmad võivad kõvade segmentidega osaliselt suhelda. Polaarsed rühmad moodustavad vesiniksidemeid, nii et kõva segmendi faas saab ühtlasemalt jaotuda pehme segmendi faasis, mis toimib elastse ristsidumise punktina. Mõned polüesterpolüoolid võivad toatemperatuuril moodustada pehme segmendi kristalliseerumise, mis mõjutab polüuretaani omadusi. Polüesterpolüuretaanmaterjali tugevus, õlikindlus ja termiline oksüdatiivne vananemine on kõrgemad kui PPG polüeeterpolüuretaanmaterjalil, kuid hüdrolüüsitakistus on halvem kui polüeetritüübil. Polütetrahüdrofuraani (PTMG) polüuretaanist on selle korrapärase molekulaarse ahela struktuuri tõttu lihtne kristalle moodustada ja selle tugevus on võrreldav polüesterpolüuretaaniga. Üldiselt on polüeeterpolüuretaani pehme segmendi eetrirühma lihtne sisemiselt pöörata, sellel on hea painduvus ja suurepärane jõudlus madalatel temperatuuridel ning polüeeterpolüooliahelas ei ole esterrühma, mida oleks suhteliselt lihtne hüdrolüüsida. vastupidavus hüdrolüüsile Parem kui polüesterpolüuretaan. Pehme polüeetri segmendi eetersideme süsinik oksüdeerub kergesti, moodustades peroksiidradikaale, mille tulemuseks on rida oksüdatiivseid lagunemisreaktsioone. Pehme segmendina polübutadieeni molekulaarse ahelaga polüuretaanil on nõrk polaarsus, pehmete ja kõvade segmentide halb ühilduvus ning halb elastomeeri tugevus. Steerilise takistuse tõttu on külgahelat sisaldaval pehmel segmendil nõrgad vesiniksidemed, halb kristallilisus ja tugevus on halvem kui sama pehme segmendi põhiahelal, millel pole külgrühma polüuretaani. Pehme segmendi molekulmass mõjutab polüuretaani mehaanilisi omadusi. Üldiselt öeldes, eeldades, et polüuretaani molekulmass on sama, väheneb polüuretaanmaterjali tugevus pehme segmendi molekulmassi suurenemisega; kui pehme segment on polüesterahel, väheneb polümeermaterjali tugevus aeglaselt polüesterdiooli molekulmassi suurenemisega; Kui pehmeks segmendiks on polüeeter kett, siis polüeeterglükooli molekulmassi suurenedes polümeermaterjali tugevus väheneb, kuid pikenemine suureneb. Selle põhjuseks on estri pehme segmendi kõrge polaarsus ja suur molekulidevaheline jõud, mis võib osaliselt kompenseerida polüuretaanmaterjali tugevuse vähenemist, mis on tingitud molekulmassi suurenemisest ja pehme segmendi sisalduse suurenemisest. Polüeetri pehme segmendi polaarsus on nõrk. Kui molekulmass suureneb, siis kõva segmendi sisaldus vastavas polüuretaanis väheneb, mille tulemusena väheneb materjali tugevus. Zhu Jinhua jt. [9] sünteesis mitmeid erinevaid pehmeid segmente sisaldavaid polüuretaanplokk-kopolümeere ja pookkopolümeere ning testis nende dünaamilisi mehaanilisi omadusi. Tulemused näitasid, et polüuretaani kopolümeeride ja makromolekulide ahela ühilduvus Struktuuriga seotud, pookahelate olemasolu mõjutab oluliselt polüuretaanplokk-kopolümeeride ühilduvust ja summutusomadusi. Üldiselt ei ole pehme segmendi molekulmassi mõju polüuretaanelastomeeride vastupidavusele ja termilisele vananemisomadustele märkimisväärne. Pehme segmendi kristallilisus annab suure panuse lineaarse polüuretaani kristallilisusesse. Üldiselt on kristallilisus kasulik polüuretaani tugevuse suurendamiseks. Kuid mõnikord vähendab kristalliseerumine materjali paindlikkust madalal temperatuuril ja kristalsed polümeerid on sageli läbipaistmatud. Kristalliseerumise vältimiseks võib molekuli terviklikkust vähendada, kasutades näiteks kopolüestri või kopolüeeterpolüooli või segapolüooli, segaahela pikendajat jne.
e. Kõva segmendi mõju polüuretaanelastomeeri omadustele
Kõva segmendi struktuur on üks peamisi tegureid, mis mõjutab polüuretaanelastomeeride kuumakindlust. Polüuretaan-elastomeeri segmendi moodustava diisotsüanaadi ja ketipikendusaine struktuur on erinev, mis mõjutab ka kuumakindlust. Polüuretaanmaterjali kõva segment koosneb polüisotsüanaadist ja ahela pikendajast. See sisaldab tugevaid polaarseid rühmi, nagu uretaanrühm, arüülrühm ja asendatud uurearühm. Tavaliselt ei ole aromaatse isotsüanaadi moodustatud jäik segmenti lihtne muuta ja see venib toatemperatuuril. vardakujuline. Kõvad segmendid mõjutavad tavaliselt polüuretaani kõrge temperatuuri omadusi, nagu pehmenemine, sulamistemperatuur. Tavaliselt kasutatavad diisotsüanaadid on TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI jne, tavaliselt kasutatavad alkoholid on etüleenglükool, -butaandiool, heksaandiool jne ning tavaliselt kasutatavad amiinid on MOCA, EDA, DETDA jne. Kõva segmendi tüüp. valitakse vastavalt polümeeri soovitud mehaanilistele omadustele, nagu maksimaalne kasutustemperatuur, ilmastikukindlus, lahustuvus jne, ning arvestada tuleks ka selle ökonoomsusega. Erinevad diisotsüanaatstruktuurid võivad mõjutada kõva segmendi korrapärasust ja vesiniksidemete moodustumist, avaldades seega suuremat mõju elastomeeri tugevusele. Üldiselt muudab isotsüanaati sisaldav aromaatne tsükkel kõva segmendi jäikuse ja sidusa energiaga, mis üldiselt suurendab elastomeeri tugevust.
Diisotsüanaadist ja diamiini ahela pikendajast koosnev karbamiidirühma sisaldav jäik segment on uurearühma suure sidususe tõttu plastist mikrodomeeni moodustamiseks väga lihtne ning sellest jäigast segmendist koosnev polüuretaan on mikrofaasis. eraldamine. Üldiselt võib öelda, et mida suurem on polüuretaani moodustava jäiga segmendi jäikus, seda lihtsam on mikrofaaside eraldamine. Polüuretaanis, mida suurem on jäiga segmendi sisaldus, seda tõenäolisem on mikrofaaside eraldumine.
Ketipikendus on seotud polüuretaanelastomeeri kõva segmendi struktuuriga ja sellel on suur mõju elastomeeri toimimisele. Võrreldes alifaatse diooli pikendatud ahelaga polüuretaaniga on aromaatset ringdiamiini sisaldav pikendatud ahelaga polüuretaan tugevam, kuna amiini ahela pikendaja võib moodustada uureasideme ja uureasideme polaarsus on kõrgem kui uretaansideme oma. . Veelgi enam, lahustuvusparameetrite erinevus karbamiidi sideme kõva segmendi ja polüeetri pehme segmendi vahel on suur, nii et polüuurea kõva segmendi ja polüeetri pehme segmendi termodünaamiline kokkusobimatus on suurem, mistõttu polüuretaanuureal on parem mikrofaaside eraldamine. [10], seega on diamiinahelaga pikendatud polüuretaanil suurem mehaaniline tugevus, moodul, viskoelastsus, kuumakindlus ja parem madala temperatuuriga toime kui dioolahelaga pikendatud polüuretaanil. Polüuretaanelastomeeride valamisel kasutatakse ahelapikendustena enamasti aromaatseid diamiine, kuna nendest valmistatud polüuretaanelastomeeridel on head terviklikud omadused. Xu Guangjie et al. [11] teatasid, et karboksüülestri polüoolid valmistati maleiinanhüdriidi reageerimisel polüoolidega ja seejärel teiste monomeeridega, nagu TDI-80, ristsiduvate ainete ja ahelapikendusainetega, et valmistada karboksüülrühma sisaldavaid polüoole. Veepõhise polüuretaani valmistamiseks dispergeeriti polüuretaani eelpolümeer trietanoolamiini vesilahuses ning uuriti ahelapikendusaine tüübi ja koguse mõju vaigu toimimisele ning leiti, et amiini ahela pikendaja oli efektiivsem kui hüdroksüülahela pikendaja Kasulik on parandada vaigu mehaanilisi omadusi. Bisfenool A kasutamine ahela pikendajana ei paranda mitte ainult vaigu mehaanilisi omadusi, vaid suurendab ka vaigu klaasistumistemperatuuri, laiendab sisehõõrdepiigi laiust ja parandab vaigu temperatuurivahemikku nahas. 12]. Polüuretaanuureas kasutatava diamiini ahela pikendaja struktuur mõjutab otseselt vesiniksidemeid, kristalliseerumist ja mikrofaasistruktuuri eraldumist materjalis ning määrab suuresti materjali toimivuse [13]. Kõva segmendi sisalduse suurenemisega suurenesid järk-järgult polüuretaanmaterjali tõmbetugevus ja kõvadus ning katkemispikenemine vähenes. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõva segmendi moodustatud teatud kristallilisusega faasi ja pehme segmendi moodustatud amorfse faasi vahel on mikrofaaside eraldumine ning kõva segmendi kristalliline piirkond toimib tõhusa ristsidumise punktina. Samuti mängib see rolli, mis sarnaneb pehme segmendi amorfse piirkonna täiteaine tugevdusega. Kui sisaldus suureneb, tugevneb pehme segmendi kõva segmendi tugevdusefekt ja tõhus ristsiduv toime, mis soodustab materjali tugevuse suurenemist.
f. Ristsidumise mõju polüuretaanelastomeeride omadustele
Mõõdukas intramolekulaarne ristsidumine võib suurendada polüuretaanmaterjalide kõvadust, pehmenemistemperatuuri ja elastsusmoodulit ning vähendada purunemispikenemist, püsivat deformatsiooni ja paisumist lahustites. Polüuretaanelastomeeride puhul võib õige ristsidumine toota materjale, millel on suurepärane mehaaniline tugevus, kõrge kõvadus, elastsus ja suurepärane kulumiskindlus, õlikindlus, osoonikindlus ja kuumakindlus. Kui aga ristsidumine on ülemäärane, saab selliseid omadusi nagu tõmbetugevus ja pikenemine vähendada. Plokkpolüuretaanelastomeeride puhul võib keemilise ristsidumise jagada kahte kategooriasse: (1) trifunktsionaalsete ahelapikenduste (nt TMP) kasutamine ristsiduva struktuuri moodustamiseks; (2) isotsüanaadi liia kasutamine reageerimisel dikondensaadi karbamiidi (uurearühmade kaudu) või allofanaadi (uretaanrühmade kaudu) ristsidumiseks. Ristsidumisel on oluline mõju vesiniksideme astmele ja ristsidemete moodustumine vähendab oluliselt materjali vesiniksideme astet, kuid keemilisel ristsidumisel on parem termiline stabiilsus kui vesiniksidemetest põhjustatud füüsilisel ristsidumisel. Kui uuriti FT-IR ja DSC abil keemilise ristsidumise võrgu mõju polüuretaanuurea elastomeeride morfoloogiale, mehaanilistele omadustele ja termilistele omadustele, leiti, et erinevate ristsiduvate võrgustikega polüuretaanuurea elastomeerid olid erineva morfoloogiaga. Tiheduse kasvades suureneb elastomeeri mikrofaasilise segunemise aste, pehme segmendi klaasistumistemperatuur tõuseb oluliselt ja elastomeeri 300-protsendiline tõmbetugevus suureneb järk-järgult, samal ajal kui katkevenivus väheneb järk-järgult. Kui , saavutavad elastomeeri mehaanilised omadused (tõmbetugevus ja rebimistugevus) kõige kõrgemad.
4. Polüuretaanelastomeeride rakendused
a. Kasutamine söe valmistamisel, kaevandamisel, metallurgias ja muudes tööstusharudes
Polüuretaanelastomeerid on kõige mittemetallilisemad materjalid, mis vastavad kaevanduste nõuetele ja võivad asendada mõningaid metallmaterjale. Mägede jaoks mõeldud polüuretaan-elastomeerist tooted hõlmavad sõelaplaate, elastomeervooderdusi, konveierilinde jms. Polüuretaankummist sõelte hulka kuuluvad lõdvestussõelad, pingutussõelad, pilusõelmed jne. Polüuretaankummist sõelaplaadil on suurepärase kulumiskindluse, veekindluse, õlikindluse, vibratsiooni neeldumise ja müra vähendamise omadused, kõrge tugevus, tugev side metallraamiga, madal. müra, hea isepuhastuv efekt, kergendab ekraani masina koormust, säästab energiatarbimist ja pikendab ekraani aega. Masina eluiga, kõrge sõelumise kvaliteet. Paljud kaevandusseadmed, nagu loksutajad, spetsiaalsed kontsentraatorid, flotatsioonimasinad, kontsentraatorid, spiraalsed künad, pulverisaatorid, kontsentraatorid, torud ja põlved, kontaktmaterjalid, nagu kruus, ning vajavad kulumiskindlat vooderdust; kaevandus monorelsskraanad Terassüdamikust uretaanist veoratas, leegiaeglustav ja antistaatiline polüuretaanist konveierilint, seadmekaabli TPU-kate, tolmurõngas, löögisummutus jne, eelistatud materjal on polüuretaan-elastomeeri.
b. Polüuretaankummist rull
Polüuretaankummist rull on omamoodi suurepärase jõudlusega polüuretaankummist toode, mis on tavaliselt valmistatud terasest või rauast, mis on valamise teel kaetud polüuretaanelastomeeri kihiga. Vastavalt kasutusalale eristatakse: vilja töötlemiseks mõeldud kummirullid, ekstrusioonkummirullid ja paberitööstuses tselluloosirullid, traaditõmberullid, tõmberullid ja lõikerullid tekstiilitööstuses, puit, klaas ja pakend Jõuülekande laagrite kummirullid tööstuses kasutatavad erinevad kummirullid trüki- ja värvimismasinate jaoks, väikesed kummirullid erinevate instrumentide jaoks, ülekandekummist rullid transpordisüsteemide jaoks, trükkimiskummi rullid, metallist külmvaltsimise ülekande kummirullid, metallist terasplaadi värvikatte rullid jne, kumm Nende kummist rullide kiht võib olla valmistatud polüuretaan-elastomeerist. Suurem osa kummist rullidest on valmistatud valuprotsessis. Üldiselt asetatakse terassüdamik silindrilise vormi keskele ja elastomeer valatakse. Spetsiaalsetes lastevoodites saab kasutada tsentrifugaalvalu või tsentrifuugvalu. Spin-valamine välistab vajaduse vormide järele ja kasutab elastomeerisüsteemide valamiseks toatemperatuuril vulkaniseerimist, mis vähendab üldist töötlemisaega.
c. Polüuretaankummist veljed ja rehvid
Polüuretaanelastomeeril on suur kandevõime, kulumiskindlus, õlikindlus ja see on kindlalt metallraami külge kinnitatud. Seda saab kasutada mitmesugustes ülekandemehhanismides laialdaselt kasutatavate kummirullide valmistamiseks, näiteks; tootmisliini konveierilindid, juhtrullikud, köisraudtee liugused jne. Spordi ja meelelahutuse suunal on tipptasemel rulluiskude ja tõukerataste rattad kõik polüuretaanist. Samuti on uretaankummist rattal õlikindlus, hea sitkus ja tugev nakkuvus. Polüuretaani kasutatakse ka väikeste elektroonika- ja täppisinstrumentide ülekandes, erinevates universaalsetes ratastes jne.. Samuti on olemas mikrovahtrehve, PU-vahuga rehve jne.
d. Mehaanilised tarvikud
Erinevad tihendusrõngad, amortisaatorid, haakeseadised, auto lumeketid jne.
e. Kinga materjal
Polüuretaanelastomeeril on hea polsterdus, kerge kaal, kulumiskindlus, libisemisvastane jne ja hea töötlemisvõime. Sellest on saanud kingatööstuses oluline sünteetiline materjal jalatsite jaoks, valmistades selliseid spordijalatseid nagu pesapallijalatsid, golfipallid ja jalgpall. , tallad, kontsad, varbakatted, aga ka suusasaapad, turvajalatsid, vabaajajalatsid jne. Kingamaterjalide valmistamiseks kasutatavad polüuretaanmaterjalid on valatud mikrotsellulaarsed elastomeerid ja termoplastsed polüuretaanelastomeerid jne ning mikrotsellulaarsed elastomeerist tallad on peamised . Polüuretaanist mikrotsellulaarne elastomeer on kerge ja hea kulumiskindlusega. Seda eelistavad kingatootjad. Toode on väikese tihedusega ja palju kergem kui traditsioonilised kummitallad ja PVC-jalatsite materjalid. Mikropoorseid polüuretaanelastomeere kasutatakse Hiinas peamiselt reisijalatsite, nahkjalatsite, spordijalatsite, sandaalide jne taldades ja sisetaldades. Neid kasutatakse peamiselt spetsiaalsete spordijalatsite taldades, mis nõuavad kulumiskindlust ja elastsust välismaal. Disaini saab mitmekesistada. TPU kand tagab suure kulumiskindluse. Injektsioonvormimisel saab lisada termiliselt lagunevat vahutavat ainet, et saada vahustatud TPU elastne kingamaterjal.
f. Stantsi voodri- ja tühjendusmall plekkdetailide jms vormimiseks.
Õhukeste lehtdetailide stantsimisel tavaliste terasstantsidega tekivad murdepinnale sageli pursked. Traditsioonilise terasvormi polüuretaankummiga asendamise stantsimistehnoloogia on lehtmetallist stantsimistehnoloogia hüpe, mis võib oluliselt lühendada vormi tootmistsüklit, pikendada vormi kasutusiga, vähendada vormitud osade tootmiskulusid ja parandada. osade pinnakvaliteet ja mõõtmete täpsus, eriti sobivad see sobib väikeste ja keskmiste partiide ja üheosaliste toodete proovitootmiseks ning sobib rohkem õhukeste ja keerukate stantsimisosade jaoks. Plaatide ja keraamiliste tootmisliinides võib PU elastomeerist voodrivormide kasutamine vähendada tootmiskulusid, parandada tootmise efektiivsust ja saagikust. Polüuretaani saab kasutada betoonvormide valmistamiseks. Polüuretaanvormide abil saab paljundada erinevaid mustreid ja toota dekoratiivplokke. Metallvormide stantsimise tootmisel kasutatakse puhverkomponentidena metallvedrude asemel polüuretaan-elastomeerist vardaid, torusid ja plaatpatju, millel on kõrge elastsus, painduvus, kokkusurumine Kõrge deformatsioonitugevus, vormi kahjustamata.
g. Meditsiinilised elastomeeritooted
Meditsiinilised polüuretaanelastomeerid on välismaal peamiselt termoplastsed polüuretaanid, vähesel määral leidub ka valatud polüuretaanelastomeere ja mikrorakulisi elastomeere. Tänu oma suurele tugevusele, kulumiskindlusele, biosobivusele ning plastifikaatorite ja muude väikesemolekuliliste inertsete lisandite puudumisele on polüuretaanelastomeeridel meditsiinilistes polümeermaterjalides oluline koht. Meditsiiniliste polüuretaantoodete hulka kuuluvad polüuretaanist gastroskoobi voolikud, meditsiinilised voolikud, tehis- ja diafragma- ja kapslimaterjalid, polüuretaanist elastsed sidemed, hingetoru varrukad jne [14].
h. Torud
Kasutades polüuretaanelastomeeride paindlikkust, kõrget tõmbetugevust, löögitugevust, madalat temperatuuri, kõrget temperatuurikindlust ja suurt survetugevust, saab sellest valmistada mitmesuguseid voolikuid ja kõvasid torusid, nagu kõrgsurvevoolikud, meditsiinilised kateetrid, õlitorud. , õhu etteandetorud, kütuse etteandetorud, värvivoolikud, tuletõrjevoolikud, gaasimaterjali etteandetorud jne. Uretaantorud on enamasti ekstrudeeritud termoplastilisest polüuretaanist.
