聚氨酯资料

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1、TPU(热塑性聚氨酯弹性体)不仅具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特 性，而且是成熟的环保材料，目前，TPU已广泛应用于医疗卫生及体育等方面， 其具有其它塑料材料所无法比拟的强度高、 韧性好、 耐磨、 耐寒、 耐油、 耐水 、 耐老化、 耐气候等特性，同时他具有高防水性透湿性、 防风、 防寒、 抗菌、 防 霉、 保暖、 抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能。TPU是分子中含有-NH-COD-基团的材料，长链的二元醇和异氰酸酯成分构 成了软段，短键的二元醇和异氰酸酯成分构成了硬段，TPU很多特性取决于长 链二元醇的种类，其硬度用硬段做比例来调节，它的光老化性可加光稳定剂来加 以改善，同时也

2、取决于异氰酸酯是芳香族还是脂肪族。它不同于其他热塑性弹性 体的优异性能如下：(1 )优异的耐磨性能，它的Taber磨耗值为0.5-0.35mg，是塑料中最小的， 若加入MoS2、硅油石墨等可降低摩擦系数，提高耐磨程度。(2 )拉伸强度和伸长率：TPU的拉伸强度是天然橡胶和合成橡胶的2-3倍， 聚酯型的TPU拉伸强度近60MPa，伸长率近410%，聚醚型TPU的拉伸强度为 50MPa，伸长率为30%。( 3)耐油、耐汽油性能：TPU 的耐油性能优于丁腈橡胶，具有极好的耐油寿命。(4) 耐低温性、耐候性、耐臭氧性能：TPU的耐气候老化性能优于天然橡 胶和其他合成橡胶。它的耐臭氧，耐射线的特点在航天

3、工业有特殊的用途。(5) 医疗卫生性：TPU具有生物相容性和抗血凝性，医用TPU应用越来越 广泛，如人造心脏、人工肾、输血管、血浆袋、输尿管、外科技术用固定材料等。(6) 硬度范围：TPU硬段的为邵氏A10-邵氏D80，而普通的橡胶硬度范围一 般在邵氏硬度 A15 以下的所有弹性体，都有相似的压缩变形特性。在邵氏硬度A85到A85以上时TPU仍保持弹性。这是其他弹性体所没有 的特性。所以TPU具有高负载支撑能力和良好的吸振效应。TPU 热注加工热塑性聚氨酯的加工方式以注塑加工为最多，加工的制品也是多样多化。 往复式螺杆注塑机是注塑加工中最为理想的注射成型机械。TPU与普通的 塑料不同，加工起来

4、比较困难，特别是在剪切力作用下摩擦生热大，而TPU的 热导性又不良，所以加工时应该选用中等注射速度以及较大的进料口的设备。因 TPU 的难于加工性，因此要得到均匀的熔融物，其注射量不应超过所用 设备注射聚苯乙烯容量的40%；螺杆速度应控制在40100r/min；加工过程中最 好用背压增塑；模具温度一般控制在20C，有时模具还需要加以升温，但是若 制品较厚，在加工过程中应给模具通冷却水加以冷却。TPU制品加工有较宽的温度范围，但较之普通塑料还是窄了点。首次应用 TPU要了解不同硬度的物料的大概工艺温度：硬度(邵氏)一区(C)二区(C)模口(C)85A170195200 18019090A1701

5、80 200210 20020595A180190 210220 205210即使是型号相同的不同设备，加工时的温度设定也有差别，以上数据仅供 参考，加工时要根据自已的设备参照以上数据加以没定。加工出的制品需美观大方，表面光洁，将温度设定在可加工温度范围较高处即可达到目标。硬度（邵氏）一区（C）二区（C）模口（C）85A 170 195200 18019090A 170180 200210 20020595A 180190 210220 205210即使是型号相同的不同设备，加工时的温度设定也有差别，以上数据仅供 参考，加工时要根据自已的设备参照以上数据加以没定。加工出的制品需美观大方，表面光

6、洁，将温度设定在可加工温度范围较高处 即可达到目标。TPU 压出事项1. 单螺杆压出机螺杆压缩比 1：21：3之间皆适用，最好是 1：2.5，三 段式螺杆长径比最佳为 2530，良好的螺杆设计可避免激烈摩擦引起材料的分 解裂化。假设螺杆长度为L,进料段为0.3L，压缩段为0.4L，计量段为0.3L, 螺筒与螺杆间隙为0.10.2mm。机头处的封槽板需有1.55mm的孔洞，使用2 片400孑孔/cmsq的滤网（约50目）。压出成型时一般需要更大的马力的马达。一 般PVC螺杆或BM螺杆可用，短压缩段螺杆不适用。2. 成型温度根据不同厂家的材料而定，硬度越大压出的温度越高。加工温 度进料段到计量段增

7、加10-20C。3. 螺杆转速太快因剪切应力而导致摩擦过热，转速设定应控制在1260rpm,具体值按螺杆直径而定。直径越大转速越慢。各家材料有所不同， 应注意供应商的技术要求。4. 使用前螺杆需要进行彻底的清洗，可使用PP或HDPE在较高温度下清 洗。也可以用清洁剂进行清洗。5. 机头设计应该是流线型的，不应存在死角，以保证材料的顺畅流动。外 模的廊段可以适当加长，以降低剪切应力稳定押出量。6. TPU的摩擦系数较高，定形较为困难，冷却水槽的长度应比其他热塑 性材料长，硬度大的TPU比较容易成形。7. 芯线必须干燥，无油污，以防止因热发生气泡。并保证最佳的结合性。8. TPU 属于易吸湿材料，

8、放臵在空气中很快吸湿，尤其是剧醚类比聚酯 类更易吸湿。因此必须保证良好的密封状态。材料在热态情况下更易吸湿，因此 剩余材料装包后应迅速密封。加工时含水量控制在 0.02%以下。 压出成型不良分析问题 表面不平 原因 塑化不充分,污染对策 1. 增加滤网数 2.增加网目数 3.提高料筒及眼模温度 4. 清机更换新料 问题 进料不规则原因对策 1.降低进料段温度 2.降低螺杆转速 3. 冷却螺杆 4. 更换滤网 5.降低机 头压力原因 熔融树脂沾在螺杆表面对策 1. 清洗螺杆 2.添加润滑剂原因 含水分对策 充分干燥问题 蛇状表面原因对策 1. 降低机头及眼模温度 2. 增加螺杆转速问题 有线纹原

9、因 水份 气体对策 1. 充分干燥 2.降低温度及螺杆温度 3.设计排气孔问题 焦烧颗粒原因 温度过高 激烈摩擦生热对策 1.降低温度 2. 检查螺杆设计 3. 降低螺杆压缩比热塑性聚氨酯弹性体的改性赵雨花 亢茂青 王心葵（ 中科院 山西 煤化所 030001）摘要：本文简单介绍了热塑性聚氨酯弹性体（TPU ）的合成、加工及应用。通 过对其结构和性能的分析，针对其存在的弱点，提出改进的方法并加以阐述。 关键词：热塑性聚氨酯弹性体，合成，应用，熔融流动性，加工性，耐候性。 热塑性聚氨酯弹性体（简称TPU ）像浇注型聚氨酯（液体）和混炼型聚氨酯（固体）一样，具有高模量、高强度、高伸长率和高弹性以及

10、优良的耐磨、耐 油、耐低温、耐老化性能等。其与混炼型和浇注型聚氨酯弹性体相比，化学结 构上没有或很少有化学交联，其分子基本上是线性的，分子中含有较多的强极 性基团（如酯基、醚基、氨基甲酸酯基、脲基、缩二脲基及脲基甲酸酯基等）， 这些基团分子间存在着强的作用力和氢键形成物理交联。所谓物理交联是指在 线性聚氨酯分子链之间，存在着遇热或溶剂呈可逆性的 “连接点”，即 对热和 溶剂具有可塑性和可溶解性，它不是化学交联，但起着化学交联的作用。因此， 称其为热塑性聚氨酯。物理交联理论是 1958 年由 Schollenberger C.S. 首先提 出的。也正是由于这种物理交联的作用，聚氨酯形成了多相形态

11、结构，聚氨酯 的氢键对其形态起了强化作用，并使其耐受更高的温度。众所周知，TPU同其它的高分子材料一样，市场和应用领域不断扩大， 发展迅速。但由于其存在着如加工温度范围窄，成型加工困难（特别是挤出成 型制品），价格较高，耐热性和耐候性较差等缺陷，在一些方面又限制了它的 发展。本文对其改性方法进行一些探讨。一、TPU 的分类TPU可按不同方法进行分类。按软段结构可分为聚酯型TPU、聚醚型TPU 和聚丁二烯型TPU，它们分别含有酯基、醚基或丁烯基；按所用的异氰酸酯 结构可分为黄变型（ MDI、 TODI、 NDI、 PPDI 等）和不黄变型（ HDI、 H12MDI 等），按硬段结构分为氨酯型和氨

12、酯脲型，它们分别由二醇扩链或二胺扩链获 得。按有无交联可分为全热塑性和半热塑性。前者是纯线性结构，无交联键； 后者含有少量脲基甲酸酯等交联键。按合成工艺分为本体聚合和溶液聚合，在本体聚合中，又可按有无预反应 分为预聚法和一步法：预聚法是将二异氰酸酯与大分子二醇先进行反应一定时 间，再加入扩链剂生产TPU； 一步法是将大分子二醇、二异氰酸酯和扩链剂 同时混合反应成TPU。溶液聚合是将二异氰酸酯先溶于溶剂中，再加入大分 子二醇令其反应一定时间，最后加入扩链剂生产 TPU。二、TPU的结构分析、性能特点及加工应用TPU 大分子链由极性的氨酯或聚脲链段（硬段）和脂肪族聚酯或聚醚链 段（软段）交替构成。

13、这种软、硬段间的不相容性及聚氨酯分子的高极性使分 子间相互作用形成结晶区，并产生微相分离。这种结晶区起类似填料粒子的作 用，不仅使其在常温下具有高的弹性。而且对其物理机械性能起补强作用。因 此 TPU 同其它的高分子材料一样，性能与其分子量、分子间作用力（氢键和 范德华力）、链段的韧性、结晶倾向、支化和交联、以及取代基的位臵、极性 和体积大小等因素有着密切的关系。根据制品的使用环境而考虑 TPU 的耐热性、耐水性、耐天候老化性、耐 低温性能以及加工性能。可通过添加某些助剂和填充剂如反应调节剂、抗氧剂、 抗水解稳定剂、紫外光吸收剂、润滑剂及云母粉、玻璃纤维等以提高胶料的使 用性能，也可与其它热塑

14、性高聚物（如聚氯乙烯、聚丙烯-丁二烯-苯乙烯树脂 （ABS 树脂）、丁腈橡胶等极性的热塑性塑料和橡胶等）共混来改善其性能， 从而满足不同的应用要求。TPU 的基本特性：1、机械强度高，耐油性良好。2、耐磨耗性特别好。3、耐化学品性优。4、加工成型性较差。5、成本较高TPU 的加工主要采用注射成型和挤出成型，注射模制通常采用聚乙烯、 软聚乙烯的注射成型机来完成，注射条件主要与原料品种、制品的形状和注射 成型机的种类有关。也可配制成胶的溶液，用于成膜、涂布、喷涂、浸渍等。由于 TPU 性能优良，应用范围广泛。耐磨性能优异，可用于制鞋底、传 动带、输送带、耐磨材料等。耐油性好而用于制造油封、密封圈垫

15、等。以及工 业用品、体育用品、汽车部件和涂料的制造等等。三、TPU 的熔融流动性的改善注射成型的 TPU 在加工过程中主要承受剪切力的作用。在加工过程中首先是在一定温度下使其熔融，并在一定的压力下注射入模具中，快速冷却定型。适于挤出成型的TPU，对加工性能的要求与注射成型的TPU完全不同。 它们只需要经受小得多的剪切力而形成完全均匀的熔体，使制得的产品（特别 是吹塑薄膜和挤出软管）表面均匀无缺陷。由于 TPU 的熔融范围较窄，熔体 粘度较高，流动性较差这就要求所合成TPU的粘度和形态必须恒定。决定TPU成型性的重要因素是聚合物的流动性，影响TPU流动性的因素 很多，玻璃化转变温度（Tg）、熔融

16、温度（Tm）、分子量和结晶性等尤为重要， 改善 TPU 的流动性应从这些方面考虑，采取的主要方法有以下几种。1. 加催化剂 在间歇法生产中，由于不能得到高效混合，高效催化剂会导致反应混合物 产生“hot-spots”，使产品反应不均匀，给加工带来困难。在采用双螺杆连续化工艺合成 TPU 的过程中，由于反应器中有混合效果 好的高效啮合区（ Mix zone） ,采用高效催化剂可使反应时间由间歇法的几小时 降至几分钟，生产效率是显而易见的。催化剂的加入不仅能加速反应，还可影 响其形态结构如 TPU 的结晶性。在反应条件和原料相同的条件下，增加催化 剂的用量，可使 TPU 的结晶性下降，改善熔体的流