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1、聚氨酯弹性体 PUR 分类及特性PUR 弹性体按其加工方法主要分为浇注型、热塑型、模压型、发泡型等，其中浇注型 PUR弹性体是最重要的一类。近年来，随着反应注射模塑技术的发展，浇注型 PUR 弹性体的产量有所下降，但由于浇注型 PUR 弹性体能够最大限度地发挥 PUR 弹性体的特点，而且其在成型大型的结构复杂的制件方面具有独特的优势，因此，浇注型 PUR 弹性体目前仍是较活跃的研究领域之一. 聚氨酯弹性体 PUR 的主要优点： 1. 性能的可调节范围大。多项物理机械性能指标均可通过对原材料的选择和配方的调整，在一定范围内变化，从而满足用户对制品性能的不同要求。譬如硬度，往往是用户对制品的一个重
2、要指标，聚氨酯弹性体既可制成邵尔 A 硬度 20 左右的软质印刷胶辊，又可制成邵尔 D 硬度70 以上的硬质轧钢胶辊，这是一般弹性体材料所难以做到的。聚氨酯弹性体是由许多柔性链段和刚性链段组成的极性高分子材料，随着刚性链段比例的提高和极性基团密度的增加，弹性体原强度和硬度会相应提高.2. 耐磨性能优越。特别是在有水、油等润湿介质存在的工作条件下，其耐磨性往往是普通橡胶材料的几倍到几十倍。金属材料如钢铁等虽然很坚硬，但并不一定耐磨，如黄河灌溉区的大型水泵，其过流部件金属口环和保护圈经过大量泥沙的冲刷，用不了几百小时就严重磨损漏水，而采用聚氨酯弹性体包覆的口环和保护圈则连续运行 1800 小进仍未
3、磨损。其它如碾米用的砻谷机胶辊、选煤用的振动筛筛板、运动场的径赛跑道、吊车铲车用的动态油密封圈、电梯轮和旱冰鞋轮等等也都是聚氨酯弹性体的用武之地。在此需提到的一点是，要提高中低硬度聚氨酯弹性体制件的摩擦系数，改善在承载负荷下的耐磨性能，可在这类聚氨酯弹性体中添加少量二硫化铝、石墨或硅油等润滑剂.3. 加工方式多样，适用性广泛。聚氨酯弹性体既可跟通用橡胶一样采用塑炼、混炼、硫化工艺成型（指 MPU） ；也可以制成液体橡胶，浇注模压成型或喷涂、灌封、离心成型（指 CPU） ；还可以制成颗粒料，与普通塑料一样，用注射、挤出、压延、吹塑等工艺成型（指 TPU） 。模压或注射成型的制件，在一定的硬度范围
4、内，还可以进行切割、修磨、钻孔等机械加工。加工的多样性，使聚氨酯弹性体的适用性十分广泛，应用领域不断扩大。4. 耐油、耐臭氧、耐老化、耐辐射、耐低温，透声性好，粘接力强，生物相容性和血液相容性优秀。这些优点正是聚氨酯弹性体在军工、航天、声学、生物学等领域获得广泛应用的原因.TPU 加工建议 1. 材料干燥 由于 TPU 易吸湿及易水解特性，未充分干燥的 TPU 原料易导致加工困难，注射制品表面会出现汽泡或银纹,挤出制品表面出现不平滑、无光泽且出现泡沫状和起泡等现象.为确保零缺陷生产和产品质量,建议加工前必須先把 TPU 原料充分干燥至含水量 0.05%以下。若使用色粉或色母染色，必須与 TPU
5、 本色粒子充分混合后，一起干燥.通常采用循环空气干燥器或除湿干燥器干燥 TPU，根据硬度的不同,建议干燥温度为 80-110,干燥时间为 3 小时左右.2. 材料着色除某些特殊需要,TPU 通常以本色供货.用户可以很方便地对 TPU 着色,最简单可靠的方法是添加色粉或色母粒进行着色.用量建议如下:色粉: 0.2-0.5% 色母粒: 1-4%3. 回收料处理水口料、 洗机料或不良成品可以粉碎后再與新料混合後使用，但必須先再一次干燥后才可使用，且为了某些机械物性的要求，对于注射成型加工而言，回收料不可超過整體原料 30%以上。挤出回收料要单独加工或加入注塑新料内,另外,回收料不要储存太久，最好馬上
6、干燥使用。不能循环使用的废料可以通过焚烧获取热能.4. 注塑加工一般单螺杆三段式的注塑机适合于 TPU 的注塑加工；與其它塑胶相比，由于 TPU 在融熔时具有高粘度，在料管里容易产生高剪切力而破坏 TPU 本身的物性，所以一般选择螺杆長径 L/D比 16-20 左右、压缩比为 2.0-25 的注塑机比较合适.建议注塑加工温度如下表所示,用户可根据制品大小及肉厚、材料型号不同、注塑机大小等适当调整.硬度范围 喷嘴温度 计量段温度 压缩段温度 进料段温度60A-80A 170-190 160-185 155-180 150-17585A-98A 190-215 185-210 180-205 17
7、5-20060D-75D 215-225 205-215 195-205 190-200注射压力、保压压力 、注射速度和背压的调整控制,对制品尺寸稳定和脱膜性能非常重要.太低的保压压力易导致制品凹陷,太高则易导致制品脱模困难;注射压力和保压压力应能在 100-1200bar 范围内调节,注射压力(保压压力)的大小应设定成正好消除制品凹陷,保压压力的大小通常设定为 50%注射压力.为保证均匀塑化,背压应控制在注射压力的 10-25%范围内.注射速度的大小取决于制品壁厚:厚壁制品采用慢速充模,薄壁制品采用快速充模.5. 挤出加工L/D 比在 20-30 之间,压缩比在 2-4 之间的单螺桿三段式挤
8、出机适合于 TPU 加工;螺杆及料管的间隙约为 0.1-0.2mm,最佳的螺杆设计应避免激烈磨擦过热而使得材料分解裂化从而降低制品机械物性. 螺杆转速依螺杆直径而定,由于 TPU 对煎切敏感,太高转速易导致 TPU 裂解,太低则因停留时间过长也导致裂解,一般螺杆转速设定于 25-60rpm 范围。为使材料能順畅的流动，並方便模头的清洗，在模头的设計上应避免死角。管件或異形挤出須使用長形的模头，除了降低剪切应力外，也会有较稳定的押出量，其長度为喷嘴直径的 2-4 倍。建议挤出加工温度如下表所示:硬度范围 模头温度 计量段温度 压缩段温度 进料段温度60A-80A 175-190 170-185
9、165-175 150-17085A-95A 180-200 175-195 170-185 155-17598A-60D 190-215 185-210 175-200 165-180TPU 物理及化学性能优异 1. 耐磨性能当材料在使用过程中经常受摩擦、刮磨、研挫等机械作用，会引起其表面逐步磨损，因此材料的选择磨耗性显得非常重要。TPU 耐磨性能优异，较天然橡胶耐磨五倍以上，是耐磨制品首选的材料之一。2. 拉伸性能拉伸强度高达 70MPa ,断裂伸长率可高达 1000%。 3 撕裂性能弹性体在应用时由于产生裂口扩大而使之破坏称为撕裂，撕裂强度就是材料抵抗撕裂作用的能力;一般而言 TPU 具
10、有较高的抗撕裂能力，撕裂强度与一些常用的橡塑胶比较是非常优异的。 性 能 TPU PVC 丁基橡胶 氯平橡胶 天然橡胶 硬度 shore A 96 90 94 87 78 70 77 撕裂强度(kN/m) 直角无开口 129 80 70 70 37 36 65 直角有开口 137 63 38 48 19 25 40 4. 屈折性能很多塑胶材料在重复的周期性应力作用下容易产生断裂，TPU 制品在不同环境下都可以保持极佳的耐屈折特性，为高分子材料中最佳选择之一。 5. 耐水解性能TPU 在浑浊下耐水性能是良好的，12 年内不会发生明显水解，尤其以聚醚系列更佳。聚酯系列在 50的水中浸泡半年或 70
11、浸泡 3 周或 100浸泡 34 天，会完全分解，这是 TPU 适合作为环保材料的原因之一，需经常性与水接触之产品，则建议使用聚醚系列。6. 抗高温与抗氧化性能一般的塑胶材料长期在 70以上的环境下容易氧化,TPU 抗氧化能力良好;一般而言TPU 耐温性可达 120。7. 耐油与耐药品性能TPU 为一种强极性的高分子材料，和非极性矿物油的亲和性很小，在燃料油(如煤油、汽油)和机械油(如液压油、机油、润滑油等)中几乎不受侵蚀;其中，TPU 产品中又以聚酯系列的产品耐油性较佳;TPU 薄膜及片材对于油脂的体积变化很小，抗张强度甚至比原初始值更高;需要注意的是在矿物油中若含有少量的水分时，会对薄膜物
12、性产生不同程度的负面影响。8. 低温性能TPU 有非常好的耐低温性能，通常能达到-50，可取代一般 PVC 因低温脆化而无法应用的各个领域，特别适合用在寒带相关的种类制品。9. 气密性TPU 非常容易利用高周波或是热压来熔接，因此广泛应用在充气制品上。气体系数是指在一定温度和压力下，气体透过试样规定面积的速率，同一材料对不同气体的透过率有时差异很大。一般来说，聚酯系列制品气密性比聚醚系列更好。10. 生物医学性能TPU 具有极佳的生物相容性、无毒、无过敏反应性、无局部刺激性、无致热源性，因此广泛应用在医疗、卫生等相关产品以及运动、保护器材上。浇注型聚氨酯 PU 合成及制品加工浇注型聚氨酯弹性体
13、 PU 是介于橡胶与塑料之间的一种主链上含有较多氨基甲酸酯基团的高分子合成材料，通常由多元醇与异氰酸酯以及扩链剂，经过逐步聚合而成；以异氰酸酯作为刚性链段，选用不同的多元醇和扩链剂，通过预聚物法合成了浇注型 PU 弹性体，各种因素对 PU弹性体性能的影响：(1)浇注型 PU 弹性体的结构与组成，即柔性链段分子结构、扩链剂的分子结构、预聚物中异氰酸酯基含量是影响 PU 弹性体性能的重要因素。(2)对 TDI、PBA 体系而言，MOCA 或 TX 一 2 是适宜的扩链剂，当预聚物中异氰酸酯基质量分数为 5 一 55时，所得 PU 弹性体均具有较好的综合性能.(3)采用 TX 一 2 扩链剂制得的
14、PUR 弹性体具有良好的透明性。 浇注型聚氨酯弹性体 PU 制品的加工，国外普遍采用自动化浇注和计算机控制的自动计量、混合、成型的一体化工艺与设备，而我国除个别大型企业引进设备外，基本上还处于机械和手工操作，本操作技术设备简单、成本低，适合于中小型企业及目前国内现状.压缩浇注法是最常用的浇注工艺，操作简单，投资少，加工过程中：先将预聚体与扩链剂迅速混合，脱泡，注入模具中，然后加一定压力，经加热固化成型.使用设备：硫化机、烘箱、反应器、真空泵等。聚氨酯弹性体 PU 用各类助剂 助剂是橡胶工业的重要原料，用量虽小，作用却甚大，聚氨酯弹性体从合成到加工应用都离不开助剂，按所起作用的不同，可分合成体系
15、、改性及操作体系、硫化体系及防护体系四类助剂。 1. 合成助剂 1.1 催化剂及阻聚剂 在聚氨酯弹性体的合成中，为了加快主反应的速度，往往需要加入催化剂，常用的催化剂有叔胺和有机锡两类，叔胺类有三乙烯二胺、三乙胺、三甲基苄胺、二甲基乙醇胺、吗啡啉等，其中以三乙烯二胺最重要；有机锡类有辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡等。此外，还有有机汞、铜、铅和铁类，以有机铅、汞最为重要，如辛酸铅和乙酸苯汞等。有机二元酸，如己二酸、壬二酸可作为聚醚型聚氨酯浇注橡胶的催化剂。 胺类催化剂多用于泡沫配方中的成泡反应，在聚醚体系中，胺和锡类催化剂并用可获得最佳的泡孔结构。有机锡类催化剂通常催化 HO 和 NCO 反应过程，
16、可避免 OH 的副反应，该类催化剂除提高总的反应速率外，还能使高分子质量多元醇与低分子质量多元醇的反应活性趋于一致，从而使制得的预聚物具有较窄的分子质量分布和较低的粘度。使用催化剂对弹性体最终制品的性能是有不良影响的，主要影响高温性能和耐水解性。阻聚剂以酸类、酰氯类使用较多，酸类使用最多的氯化氢气体，酰氯类有苯甲酰氯、己二酰氯等。 1.2 扩链剂和扩链交联剂 在聚氨酯弹性体的合成中，扩链剂是指链增长反应必不可少的二元醇类和二元胺类化合物；而扩链交联剂指的是既参与链增长反应，又能在链节间形成交联点的化合物，如三元醇和四元醇类、烯丙基醚二醇等。浇注型聚氨酯弹性体除烯丙基醚二醇不适用外，其他扩链或扩链交联剂都可以使用，热塑性聚氨酯弹性体仅使用二醇类；混炼型聚氨酯弹性体既可使用二醇也可用烯丙基醚二醇类。一般低分子质量的脂肪族二元醇和芳香族二元醇都可以作为扩链剂，脂肪族二元醇有乙二醇、丁二醇和己二醇等，其
