Poliuretanski elastomer, znan tudi kot poliuretanski elastomer, je polimerni sintetični material, ki vsebuje več uretanskih skupin v glavni verigi. Na splošno je sestavljen iz oligomerov, kot so poliester, polieter in poliolefin. Nastane s postopnim dodajanjem in polimerizacijo poliolov, poliizocianatov in diolov ali diaminskih podaljševalcev verige. Je elastičen material med splošno gumo in plastiko, kar pomeni, da ima visoko elastičnost gume in visoko trdnost plastike. Ima velik raztezek in širok razpon trdote; njegova odpornost proti obrabi, biokompatibilnost in združljivost s krvjo so še posebej izjemne. Hkrati ima odlično odpornost na olje, odpornost na udarce, odpornost na nizke temperature, odpornost na sevanje in odpornost na obremenitev, toplotno izolacijo, izolacijo in druge lastnosti. Zato so področja uporabe poliuretanskih elastomerov zelo široka. Postala je nepogrešljiv in dragocen material v narodnem gospodarstvu in življenju ljudi.
Poliuretanski elastomer ima širok spekter lastnosti, ki je tesno povezan z njegovo strukturo, njegova struktura pa je odvisna od številnih dejavnikov, kot so reaktanti, reakcijski čas, reakcijska temperatura in celo majhne spremembe vsebnosti vode lahko povzročijo velike razlike v mehanskih lastnostih poliuretanskih elastomerov .
1. Pregled poliuretanskih elastomerov
Poliuretanski elastomer, znan tudi kot poliuretanski kavčuk, spada v posebno sintetično gumo in je nekakšen elastičen polimer, ki vsebuje več uretanskih skupin (-NHCOO-) v glavni verigi molekule. Je tipičen večblok kopolimerni material. . Poliuretanske elastomere običajno pripravimo s poliadicijsko reakcijo z uporabo polimernih poliolov, izocianatov, podaljševalcev verige, zamreževalnih sredstev in majhne količine pomožnih sredstev kot surovin. Z vidika molekularne strukture je poliuretanski elastomer (PUE) blok polimer, njegova molekularna veriga pa je na splošno sestavljena iz dveh delov. Pri normalni temperaturi je en del v visoko elastičnem stanju, imenovan mehki segment; Kristalno stanje se imenuje trdi segment. Na splošno je mehki segment sestavljen iz dolge prožne verige polimernega poliola, trdi segment pa je sestavljen iz izocianata in podaljševalca verige. Mehki in trdi segment sta izmenično razporejena tako, da tvorita ponavljajoče se strukturne enote. Glavna veriga poliuretanske molekule poleg uretanske skupine vsebuje tudi polarne skupine, kot so etrska, estrska ali sečninska skupina. Zaradi obstoja velikega števila teh polarnih skupin lahko pride do tvorbe vodikovih vezi v molekuli poliuretana in med molekulami, mehki segment in trdi segment pa sta termodinamično nekompatibilna, kar povzroči nastanek trdega segmenta in mehkega segmenta. segmentne mikrodomene in ustvari mikroskopsko fazno ločitveno strukturo. Linearni poliuretani lahko tvorijo tudi fizične zamrežitve z vodikovimi vezmi. Zaradi teh strukturnih značilnosti imajo poliuretanski elastomeri odlično odpornost proti obrabi in žilavost, znano kot "guma, odporna proti obrabi" [1], in ker obstaja veliko vrst poliuretanskih surovin, se lahko raznolikost in razmerje surovin prilagodi za sintezo izdelkov z različne karakteristike delovanja. izdelki, ki izdelujejo poliuretanske elastomere, ki se pogosto uporabljajo na področju nacionalnega gospodarstva. Čeprav proizvodnja poliuretanskega elastomera ne predstavlja majhnega deleža poliuretanskih izdelkov, njegova raznolikost in širok spekter uporabe nista primerljiva z drugimi materiali. Poliuretanski elastomer ima odlične celovite lastnosti, njegov modul pa je med modulom splošne gume in plastike. Ima naslednje značilnosti: ①Visoka trdnost in elastičnost, lahko ohranja visoko elastičnost v širokem razponu trdote (Shore A10-Shore D75); ②Pod enako trdoto ima večjo nosilnost kot drugi elastomeri; ③ Odlična odpornost proti obrabi, njegova odpornost proti obrabi je 2-10-krat večja od naravne gume; ④ Dobra odpornost na utrujenost in odpornost na vibracije, primerna za visokofrekvenčne deformacijske aplikacije; ⑤ Visoka odpornost na udarce; ⑥ Odpornost na aromatski poliuretan Odlična odpornost na sevanje, kisik in ozon; ⑦ Odlična odpornost na maščobe in kemikalije; ⑧ Na splošno je zahtevano nizko trdoto mogoče doseči brez mehčala, tako da ni težav zaradi migracije mehčala; ⑨ Oblikovanje in nizki stroški obdelave; ⑩Navadnega poliuretana ni mogoče uporabiti nad 100 stopinjami, formula pa lahko prenese visoko temperaturo 140 stopinj. V normalnih okoliščinah imajo poliuretanski elastomerni izdelki v primerjavi s kovinskimi materiali prednosti majhne teže, odpornosti proti izgubam, nizkega hrupa, nizkih stroškov obdelave in odpornosti proti koroziji; v primerjavi z gumo imajo poliuretanski elastomeri odpornost proti obrabi, odpornost proti rezu, odpornost proti trganju, visoko nosilnost, pretočnost, možnost pitja, prozornost ali prosojnost, odpornost na ozon, razpon trdote in druge prednosti; v primerjavi s plastiko imajo poliuretanski elastomeri prednosti brez krhkosti, elastičnega spomina, odpornosti proti obrabi itd. Obstajajo različne metode obdelave poliestrskih elastomerov, nenehno se pojavljajo nove tehnologije in nove različice, možnosti uporabe pa bodo zelo široke [2] .
2. Tehnologija predelave poliuretanskega elastomera
V laboratoriju se poliuretanski elastomeri na splošno sintetizirajo s predpolimernimi metodami ročnega litja, vključno z enostopenjsko metodo, predpolimerno metodo in semi-predpolimerno metodo.
Enostopenjska metoda je, da v formulo naenkrat dodate diizocianat, poliol, katalizator in druge pomožne snovi in jih po hitrem mešanju vlijete v kalup, da pripravite izdelek iz poliuretanskega elastomera. Čeprav ima izdelek, pridobljen z enostopenjsko metodo, slabo enakomernost delovanja in ponovljivost ter lahko v reakcijski sistem vnese veliko število zračnih mehurčkov, tako da je v izdelku veliko število produktov, je postopek te metode preprosta, prihrani energijo in zmanjša stroške, zato se ta metoda uporablja predvsem v. Uporablja se v industriji penjenja, redko pa se uporablja v proizvodnji litih poliuretanskih elastomerov [3]. Trenutno se je s pojavom nekaterih novih postopkov oblikovanja, kot je tehnologija reakcijskega brizganja (RIM), hitreje razvila tudi enostopenjska metoda.
Poliuretanski elastomer, pripravljen s predpolimerno metodo, je razdeljen na dva koraka, zato ga imenujemo tudi dvostopenjski postopek. Najprej oligomerni alkohol in presežek poliizocianata reagirata, da nastane predpolimer s skupino NCO na končni skupini, nato pa polimer med ulivanjem reagira s podaljševalnikom verige, da se pripravi poliuretanski elastomer. Ta metoda se večinoma uporablja pri izdelavi poliuretanske elastičnosti. Pomanjkljivost je, da je predpolimer občutljiv na temperaturo, zahteva visoko opremo med ulivanjem in ima dolg postopek. Razlika med semi-predpolimerno metodo in predpolimerno metodo je v tem, da se predpolimeru v obliki zmesi dodajo nekateri poliestrski polioli ali polieter polioli, podaljševalci verige, kemični dodatki itd. To pomeni, da je oligomerni poliol v formuli razdeljen na dele, en del reagira s presežkom diizocianata, da se sintetizira predpolimer, drugi del pa se zmeša s podaljševalnikom verige in doda med vbrizgavanjem. Masni delež prostega NCO v nastalem predpolimeru je razmeroma visok, na splošno 0.12-0.15 (12 odstotkov - odstotkov), zato se ta predpolimer pogosto imenuje "kvazipredpolimer". Značilnosti polprepolimerne metode: ① Viskoznost predpolimerne komponente je nizka in jo je mogoče prilagoditi tako, da je podobna viskoznosti mešane komponente utrjevalnika; ② Tudi razmerje je blizu (to pomeni, da je razmerje mešalne mase lahko 1:1). To ne samo izboljša enakomernost mešanja, ampak tudi izboljša nekatere lastnosti elastičnosti. Ta metoda je enostavna za realizacijo industrializacije: med zgornjimi tremi metodami ima na splošno najboljšo učinkovitost poliuretanski elastomer, pripravljen s predpolimerno metodo, najslabšo pa enostopenjska metoda. To je zato, ker se pri enostopenjski metodi polimerizacija in reakcija podaljševanja verige izvajata istočasno. V poznejši fazi reakcije je zaradi močnega povečanja viskoznosti sistema aktivnost molekularne verige nadzorovana z difuzijsko reakcijo, reakcija ni popolna in molekulska masa dobljenega poliuretanskega elastomera je relativno majhna. Struktura ni enakomerna, kar vpliva na delovanje poliuretanskega elastomera. V procesu predpolimerne metode se reakcija poliuretanskega predpolimera in reakcija med poliuretanskim predpolimerom in podaljševalnikom verige izvaja korak za korakom in vse so reakcije, ki jih je mogoče nadzorovati. Reakcija je razmeroma temeljita in dobljeni poliuretanski elastik. Nasipna molekulska masa je relativno velika in struktura je razmeroma enakomerna, kar vodi do tvorbe vodikovih vezi med makromolekulami, s čimer se izboljša učinkovitost poliuretanskega elastomera. Lastnosti poliuretanskega elastomera, pripravljenega s semi-predpolimerno metodo, so med predpolimerno metodo in enostopenjsko metodo, reakcijska temperatura pa je nizka, kar je primerno za industrijsko proizvodnjo. Članek obravnava razmerje med strukturo in lastnostmi poliuretanskih elastomerov, ki so vsi sintetizirani s predpolimerno metodo.
3. Zgradba in lastnosti poliuretanskih elastomerov
Mehanske lastnosti poliuretanskih elastomerov so neposredno povezane z notranjo strukturo poliuretanskih elastomerov, na njihovo mikrostrukturo in morfologijo pa močno vpliva interakcija med polarnimi skupinami, kot so vrsta, struktura in morfologija mehkih in trdih segmentov. Mehanske lastnosti in toplotna odpornost poliuretanskih elastomerov. V zadnjih letih so ljudje začeli preučevati razmerje med mehanskimi lastnostmi poliuretanskih elastomerov in njihovimi agregiranimi strukturami in mikrostrukturami.
a. Mikrofazna separacijska struktura poliuretanskega elastomera
Na lastnosti poliuretana vpliva predvsem morfološka zgradba makromolekulske verige. Edinstveno fleksibilnost in odlične fizikalne lastnosti poliuretana lahko razložimo z dvofazno morfologijo. Stopnja mikrofazne ločitve in dvofazna struktura mehkih in trdih segmentov v poliuretanskih elastomerih sta ključnega pomena za njihovo delovanje. Zmerno ločevanje faz je koristno za izboljšanje lastnosti polimera. Postopek ločevanja mikrofaznega ločevanja je, da razlika v polarnosti med trdim segmentom in mehkim segmentom ter kristaliničnost trdega segmenta sama vodi do njihove termodinamične nezdružljivosti (nemešljivosti) in nagnjenosti k spontanemu ločevanju faz, zato je trdi segment enostaven da se združijo in tvorijo domene, ki so razpršene v kontinuirani fazi, ki jo tvorijo mehki segmenti. Proces mikrofazne separacije je pravzaprav proces ločevanja in agregacije oziroma kristalizacije trdega segmenta v elastomeru iz kopolimernega sistema.
Pojav poliuretanske mikrofazne separacije je prvi predlagal ameriški učenjak Cooper. Po tem je bilo opravljenega veliko raziskovalnega dela o strukturi poliuretana [4]. Napredovale so tudi raziskave agregatne strukture poliuretana, ki je oblikovala relativno popolno strukturo. Teorija mikrofazne strukture sistema [5]: v blok poliuretanskem sistemu mikrofazno ločevanje trdega in mehkega segmenta povzroči termodinamična nezdružljivost med segmentom in mehkim segmentom. Privlačna sila segmentov med trdimi segmenti je veliko večja od segmentov med mehkimi segmenti. Trdi segmenti so netopni v fazi mehkega segmenta, vendar so v njej porazdeljeni in tvorijo diskontinuirano mikrofazno strukturo (struktura morskega otoka). Ima fizično povezovalno in ojačitveno vlogo v mehkem segmentu. V procesu ločevanja mikrofaz bo povečana interakcija med trdimi segmenti olajšala ločevanje trdih segmentov iz sistema in se združila ali kristalizirala, kar bo spodbudilo ločevanje mikrofaz. Seveda obstaja določena združljivost med plastično fazo in gumijasto fazo, faze med plastičnimi mikrodomenami in gumijastimi mikrodomenami pa se mešajo, da tvorijo pretočno fazo. Hkrati so bili predlagani tudi drugi modeli, povezani z ločevanjem mikrofaz, kot je Seymour [6] in drugi, ki so predlagali, da trdi segment in območja, obogatena z mehkim segmentom, med seboj tvorijo neprekinjeno navzkrižno povezano mrežo. Paik Sung in Schneide [7] sta predlagala bolj realističen model strukture ločevanja mikrofaz: stopnja ločevanja mikrofaz v uretanu je nepopolna, ni povsem soobstoj mikrofaz, ampak vključuje enote mešanih mehkih segmentov. Med segmenti v mikrodomeni pride do mešanja, kar ima določen vpliv na morfologijo in mehanske lastnosti materiala. Mehki segment vsebuje trde segmente, ki lahko povzročijo spremembo temperature posteklenitve mehkega segmenta. Bistveno izboljšan, zožuje obseg materialov, ki se uporabljajo v nizkotemperaturnih okoljih. Vključitev mehkih segmentov v domene trdih segmentov lahko zniža temperaturo posteklenitve domen trdih segmentov in s tem zmanjša toplotno odpornost materiala.
b. Obnašanje poliuretanskih elastomerov pri vezavi vodika
Vodikove vezi obstajajo med skupinami, ki vsebujejo atome dušika in atome kisika z močno elektronegativnostjo, in skupinami, ki vsebujejo atome vodika. Kohezijska energija skupin je povezana z velikostjo kohezijske energije skupin. Močne, vodikove vezi večinoma obstajajo med segmenti. Glede na poročila lahko večina iminskih skupin v različnih skupinah poliuretanskih makromolekul tvori vodikove vezi, večino pa tvorijo iminske skupine in karbonilne skupine v trdem segmentu, majhen del pa se tvori z etrskim kisikom v mehkem segmentu. skupina ali ester karbonil. V primerjavi z vezno silo intramolekularnih kemičnih vezi je sila vodikove vezi veliko manjša. Vendar pa je tudi obstoj velikega števila vodikovih vezi v polarnih polimerih eden od pomembnih dejavnikov, ki vplivajo na delovanje. Vodikove vezi so reverzibilne. Pri nižjih temperaturah tesna razporeditev spolnih segmentov spodbuja nastanek vodikovih vezi: pri višjih temperaturah segmenti prejmejo energijo in so podvrženi toplotnemu gibanju, razdalja med segmenti in molekulami se poveča, vodikove vezi pa oslabijo ali celo izginejo. Vodikove vezi igrajo vlogo fizičnega navzkrižnega povezovanja, zaradi česar ima lahko poliuretansko telo večjo trdnost, odpornost proti obrabi, odpornost na topila in manjšo natezno trajno deformacijo. Več kot je vodikovih vezi, močnejše so medmolekularne sile in večja je trdnost materiala. Količina vodikovih vezi neposredno vpliva na stopnjo mikrofazne diferenciacije sistema [8].
c. Kristaličnost
Linearni poliuretan s pravilno strukturo, bolj polarnimi in togimi skupinami, več medmolekularnimi vodikovimi vezmi in dobro kristaliničnostjo je izboljšal nekatere lastnosti poliuretanskega materiala, kot sta trdnost in odpornost na topila. Trdota, trdnost in zmehčišče poliuretanskih materialov naraščajo s povečanjem kristaliničnosti, medtem ko se raztezek in topnost ustrezno zmanjšujeta. Pri nekaterih aplikacijah, kot so enokomponentna termoplastična poliuretanska lepila, je za pridobitev začetne lepljivosti potrebna hitra kristalizacija. Nekateri termoplastični poliuretanski elastomeri se sproščajo hitreje zaradi visoke kristaliničnosti. Kristalni polimeri pogosto postanejo neprozorni zaradi anizotropije lomljene svetlobe. Če se v kristalne linearne poliuretanske makromolekule vnese majhna količina razvejanih ali visečih skupin, se kristaliničnost materiala zmanjša. Ko se gostota zamreženja do določene mere poveča, mehki segment izgubi svojo kristaliničnost. Ko je material raztegnjen, natezna napetost naredi molekularno verigo mehkega segmenta usmerjeno in pravilnost se izboljša, kristaliničnost poliuretanskega elastomera se izboljša in trdnost materiala se ustrezno izboljša. Močnejša kot je polarnost trdega segmenta, bolj ugodno za izboljšanje mrežne energije poliuretanskega materiala po kristalizaciji. Za polieter poliuretan se s povečanjem vsebnosti trdega segmenta povečajo polarne skupine, medmolekularna sila trdega segmenta se poveča, stopnja mikrofazne ločitve se poveča, mikrodomena trdega segmenta postopoma tvori kristalizacijo in kristaliničnost se poveča s trdim segmentom vsebino. Postopoma povečajte trdnost materiala.
d. Vpliv strukture mehkega segmenta na lastnosti poliuretanskega elastomera
Oligomerni polioli, kot so polietri in poliestri, tvorijo mehke segmente. Mehki segment predstavlja večino poliuretana, lastnosti poliuretana, pripravljenega iz različnih oligomernih poliolov in diizocianatov, pa so različne. Fleksibilni (mehki) segment poliuretanskih elastomerov vpliva predvsem na elastične lastnosti materiala in pomembno prispeva k njegovim nizkotemperaturnim in nateznim lastnostim. Zato je parameter Tg mehkega segmenta izjemno pomemben, in drugič, kristaliničnost, tališče in kristalizacija, povzročena z deformacijami, so tudi dejavniki, ki vplivajo na njegove končne mehanske lastnosti. Poliuretanski elastomeri in pene iz poliestra z močno polarnostjo kot mehki segmenti imajo boljše mehanske lastnosti. Ker poliuretan iz poliestrskega poliola vsebuje veliko polarno estrsko skupino, se med trdimi segmenti ne morejo oblikovati samo vodikove vezi, ampak lahko tudi polarne skupine na mehkem segmentu delno interagirajo s trdimi segmenti. Polarne skupine tvorijo vodikove vezi, tako da je lahko faza trdega segmenta bolj enakomerno porazdeljena v fazi mehkega segmenta, ki deluje kot elastična točka zamreženja. Nekateri poliestrski polioli lahko tvorijo mehko segmentno kristalizacijo pri sobni temperaturi, kar vpliva na lastnosti poliuretana. Trdnost, odpornost na olje in toplotno oksidativno staranje poliestrskega poliuretanskega materiala so višje kot pri polieter poliuretanskem materialu PPG, vendar je odpornost proti hidrolizi slabša kot pri polieterskem tipu. Politetrahidrofuranski (PTMG) poliuretan je zaradi pravilne strukture molekularne verige enostaven za oblikovanje kristalov, njegova trdnost pa je primerljiva s poliestrskim poliuretanom. Na splošno je etrska skupina mehkega segmenta polieter poliuretana enostavna za vrtenje v notranjosti, ima dobro fleksibilnost in odlično delovanje pri nizkih temperaturah, v polieter poliolni verigi pa ni nobene estrske skupine, ki bi jo bilo razmeroma enostavno hidrolizirati, in njena odpornost proti hidrolizi Boljša kot poliester poliuretan. Ogljik etrske vezi polietrskega mehkega segmenta zlahka oksidira, da tvori peroksidne radikale, kar ima za posledico vrsto reakcij oksidativne razgradnje. Poliuretan s polibutadiensko molekularno verigo kot mehkim segmentom ima šibko polarnost, slabo združljivost med mehkimi in trdimi segmenti ter slabo trdnost elastomera. Zaradi steričnih ovir ima mehki segment, ki vsebuje stransko verigo, šibke vodikove vezi, slabo kristaliničnost in trdnost je slabša kot pri isti glavni verigi mehkega segmenta brez poliuretana stranske skupine. Molekulska masa mehkega segmenta vpliva na mehanske lastnosti poliuretana. Na splošno, ob predpostavki, da je molekulska masa poliuretana enaka, se trdnost poliuretanskega materiala zmanjšuje s povečanjem molekulske mase mehkega segmenta; če je mehki segment poliestrska veriga, se trdnost polimernega materiala počasi zmanjšuje s povečanjem molekulske mase poliestrskega diola; Če je mehki segment polietrska veriga, se trdnost polimernega materiala zmanjša s povečanjem molekulske mase polieter glikola, vendar se raztezek poveča. To je posledica visoke polarnosti mehkega segmenta estra in velike medmolekularne sile, ki lahko delno izravna zmanjšanje trdnosti poliuretanskega materiala zaradi povečanja molekulske mase in povečanja vsebnosti mehkega segmenta. Mehki segment polietra ima šibko polarnost. Če se molekulska masa poveča, se vsebnost trdega segmenta v ustreznem poliuretanu zmanjša, kar povzroči zmanjšanje trdnosti materiala. Zhu Jinhua et al. [9] so sintetizirali vrsto poliuretanskih blok kopolimerov in cepljenih kopolimerov, ki vsebujejo različne mehke segmente, in preizkusili njihove dinamične mehanske lastnosti. Rezultati so pokazali, da ima združljivost poliuretanskih kopolimerov in verige makromolekul, povezana s strukturo, prisotnost cepilnih verig pomembno vpliva na združljivost in dušilne lastnosti poliuretanskih blok kopolimerov. Na splošno učinek molekulske mase mehkega segmenta na lastnosti odpornosti in toplotnega staranja poliuretanskih elastomerov ni pomemben. Kristalinost mehkega segmenta ima velik prispevek k kristaliničnosti linearnega poliuretana. Na splošno je kristaliničnost koristna za povečanje trdnosti poliuretana. Toda včasih kristalizacija zmanjša nizkotemperaturno fleksibilnost materiala in kristalni polimeri so pogosto neprozorni. Da bi se izognili kristalizaciji, je mogoče zmanjšati celovitost molekule, na primer z uporabo kopoliestra ali kopolieter poliola ali mešanega poliola, mešanega podaljška verige itd.
e. Vpliv trdega segmenta na lastnosti poliuretanskega elastomera
Struktura trdega segmenta je eden glavnih dejavnikov, ki vplivajo na toplotno odpornost poliuretanskih elastomerov. Struktura diizocianata in podaljška verige, ki sestavljata segment poliuretanskega elastomera, je drugačna, kar vpliva tudi na toplotno odpornost. Trdi segment poliuretanskega materiala je sestavljen iz poliizocianata in podaljševalca verige. Vsebuje močne polarne skupine, kot so uretanska skupina, arilna skupina in substituirana sečninska skupina. Običajno tega segmenta, ki ga tvori aromatični izocianat, ni enostavno spremeniti in se pri sobni temperaturi raztegne. v obliki palice. Trdi segmenti običajno vplivajo na visokotemperaturne lastnosti poliuretana, kot so mehčanje, temperatura taljenja. Običajno uporabljeni diizocianati so TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI itd., pogosto uporabljeni alkoholi so etilenglikol, -butandiol, heksandiol itd., pogosto uporabljeni amini pa so MOCA, EDA, DETDA itd. Vrsta trdega segmenta se izbere glede na želene mehanske lastnosti polimera, kot so najvišja temperatura uporabe, vremenska odpornost, topnost itd., upoštevati pa je treba tudi njegovo ekonomičnost. Različne strukture diizocianatov lahko vplivajo na pravilnost trdega segmenta in tvorbo vodikovih vezi, s čimer imajo večji vpliv na trdnost elastomera. Na splošno aromatski obroč, ki vsebuje izocianat, povzroči, da ima trdi segment večjo togost in kohezivno energijo, kar na splošno poveča trdnost elastomera.
Togi segment, ki vsebuje sečninsko skupino, sestavljeno iz diizocianata in diaminskega podaljška verige, je zelo enostavno oblikovati plastično mikrodomeno zaradi velike kohezije sečninske skupine, poliuretan, sestavljen iz tega togega segmenta, pa je nagnjen k mikrofazi. ločitev. Na splošno velja, da večja kot je togost togega segmenta, ki sestavlja poliuretan, lažje pride do ločevanja mikrofaz. V poliuretanu je večja kot je vsebnost togega segmenta, večja je verjetnost, da pride do mikrofazne ločitve.
Podaljšek verige je povezan s strukturo trdega segmenta poliuretanskega elastomera in ima velik vpliv na delovanje elastomera. V primerjavi s poliuretanom s podaljšano verigo alifatskega diola ima poliuretan s podaljšano verigo, ki vsebuje aromatski obročni diamin, večjo trdnost, ker lahko podaljšek verige amina tvori sečninsko vez, polarnost sečninske vezi pa je večja od polarnosti uretanske vezi. . Poleg tega je razlika v parametrih topnosti med trdim segmentom sečninske vezi in mehkim segmentom polietra velika, zato imata trdi segment polisečnine in mehki segment polietra večjo termodinamično nekompatibilnost, zaradi česar ima poliuretanurea boljše ločevanje mikrofaz. [10], zato ima diamin poliuretan s podaljšano verigo večjo mehansko trdnost, modul, viskoelastičnost, toplotno odpornost in boljšo učinkovitost pri nizkih temperaturah kot diolni poliuretan s podaljšano verigo. Poliuretanski elastomeri za ulivanje večinoma uporabljajo aromatske diamine kot podaljševalce verige, ker imajo iz njih pripravljeni poliuretanski elastomeri dobre celovite lastnosti. Xu Guangjie et al. [11] so poročali, da so poliole karboksilnega estra pripravili z reakcijo anhidrida maleinske kisline s polioli in nato z reakcijo z drugimi monomeri, kot je TDI-80, sredstvi za navzkrižno povezovanje in podaljševalci verige, da so pripravili poliole, ki vsebujejo karboksil. Poliuretanski predpolimer smo dispergirali v vodni raztopini trietanolamina, da smo naredili poliuretan na vodni osnovi, proučevali pa smo vpliv vrste in količine podaljševalca verige na učinkovitost smole in ugotovili, da je podaljševalec verige z aminom učinkovitejši od podaljšek hidroksilne verige Koristno je izboljšati mehanske lastnosti smole. Uporaba bisfenola A kot podaljševalca verige lahko ne le izboljša mehanske lastnosti smole, ampak tudi poveča temperaturo posteklenitve smole, razširi širino vrha notranjega trenja in izboljša temperaturno območje smole v usnjenem stanju [ 12]. Struktura diaminskega podaljška verige, uporabljenega v poliuretanski sečnini, neposredno vpliva na vodikovo vez, kristalizacijo in ločevanje mikrofazne strukture v materialu in v veliki meri določa učinkovitost materiala [13]. S povečevanjem vsebnosti trdega segmenta se postopoma povečujeta natezna trdnost in trdota poliuretanskega materiala, raztezek ob pretrgu pa se zmanjšuje. To je zato, ker obstaja mikrofazna ločitev med fazo z določeno stopnjo kristaliničnosti, ki jo tvori trdi segment, in amorfno fazo, ki jo tvori mehki segment, in kristalno območje trdega segmenta deluje kot učinkovita točka zamreženja. Prav tako igra podobno vlogo kot ojačitev polnila za amorfno področje mehkega segmenta. Ko se vsebnost poveča, se poveča učinek ojačitve in učinkovit učinek zamreženja trdega segmenta v mehkem segmentu, kar spodbuja povečanje trdnosti materiala.
f. Vpliv zamreženja na lastnosti poliuretanskih elastomerov
Zmerno intramolekularno zamreženje lahko poveča trdoto, temperaturo mehčanja in modul elastičnosti poliuretanskih materialov ter zmanjša raztezek ob pretrganju, trajno deformacijo in nabrekanje v topilih. Za poliuretanske elastomere lahko s pravilnim zamreženjem proizvedemo materiale z odlično mehansko trdnostjo, visoko trdoto, elastičnostjo in odlično odpornostjo proti obrabi, odpornostjo na olje, ozon in toploto. Če pa je zamreženje prekomerno, se lahko lastnosti, kot sta natezna trdnost in raztezek, zmanjšajo. V blok poliuretanskih elastomerih lahko kemično zamreženje razdelimo v dve kategoriji: (1) uporaba trifunkcionalnih podaljškov verige (kot je TMP) za tvorbo zamrežne strukture; (2) uporaba presežka izocianata za reakcijo, da nastane dikondenzat sečnine (prek sečninskih skupin) ali alofanat (prek uretanskih skupin) zamreževanje. Zamreženje pomembno vpliva na stopnjo vodikove vezi in tvorba zamreženj močno zmanjša stopnjo vodikove vezi materiala, vendar ima kemično zamreženje boljšo toplotno stabilnost kot fizično zamreženje, ki ga povzroča vodikova vez. Ko so s pomočjo FT-IR in DSC preučevali učinke kemične zamrežne mreže na morfologijo, mehanske lastnosti in toplotne lastnosti poliuretan sečninskih elastomerov, je bilo ugotovljeno, da imajo poliuretanski sečninski elastomeri z različnimi zamreženimi mrežami različne morfologije. Ko se gostota poveča, se stopnja mikrofaznega mešanja elastomera poveča, temperatura posteklenitve mehkega segmenta se znatno poveča in 300-odstotna natezna trdnost elastomera se postopoma poveča, medtem ko se raztezek pri pretrganju postopoma zmanjšuje. Ko dosežejo mehanske lastnosti (natezna trdnost in trgalna trdnost) elastomera najvišje.
4. Uporaba poliuretanskih elastomerov
a. Uporaba pri pripravi premoga, rudarstvu, metalurgiji in drugih industrijah
Poliuretanski elastomeri so najbolj nekovinski materiali, ki izpolnjujejo zahteve rudnikov in lahko nadomestijo nekatere kovinske materiale. Izdelki iz poliuretanskega elastomera za gore vključujejo sitaste plošče, elastomerne obloge, tekoče trakove in podobno. Sita iz poliuretanske gume vključujejo sprostitvena sita, natezna sita, sita z režami itd. Sito iz poliuretanske gume ima značilnosti odlične odpornosti proti obrabi, odpornosti na vodo, odpornosti na olje, absorpcije vibracij in zmanjšanja hrupa, visoke trdnosti, močne vezi s kovinskim okvirjem, nizke hrup, dober samočistilni učinek, zmanjšanje obremenitve zaslona, varčevanje z energijo in podaljšanje časa zaslona. Življenjska doba stroja, visoka kakovost presejanja. Veliko rudarske opreme, kot so stresalniki, posebni koncentratorji, flotacijski stroji, koncentratorji, spiralna korita, pulverizerji, koncentratorji, cevi in kolena, kontaktni materiali, kot je gramoz, in zahtevajo obloge, odporne proti obrabi; rudarski enotirni žerjavi Jekleno jedro iz uretanskega pogonskega kolesa, ognjevarni in antistatični poliuretanski transportni trak, TPU plašč za kabel opreme, obroč za prah, blaženje udarcev itd., prednostni material je poliuretanski elastomer.
b. Valj iz poliuretanske gume
Valj iz poliuretanske gume je nekakšen izdelek iz poliuretanske gume z odlično zmogljivostjo, ki je običajno izdelan iz jekla ali železa, prekritega s plastjo poliuretanskega elastomera s postopkom ulivanja. Glede na uporabo ločimo: luščilne gumijaste valje za predelavo zrnja, ekstruzijske gumijaste valje in gumijaste valje za pripravo celuloze v papirni industriji, valje za vlečenje žice, vlečne valje in rezalne valje v tekstilni industriji, lesni, steklarski in embalažni gumijasti valji za prenosne ležaje. uporabljajo se v industriji, različni gumijasti valji za stroje za tiskanje in barvanje, majhni gumijasti valji za različne instrumente, prenosni gumijasti valji za transportne sisteme, tiskarski gumijasti valji, kovinski hladno valjani prenosni gumijasti valji, valji za barvanje kovinskih jeklenih plošč itd., guma plast teh gumijastih valjev je lahko izdelana iz poliuretanskega elastomera. Večina gumijastih valjev je izdelana s postopkom litja. Na splošno je jekleno jedro nameščeno v sredino cilindričnega kalupa in elastomer je ulit. Posebne otroške posteljice lahko uporabljajo centrifugalno litje ali centrifugalno litje. Spin litje odpravlja potrebo po kalupih in uporablja vulkanizacijo pri sobni temperaturi za ulivanje elastomernih sistemov, kar skrajša celoten čas obdelave.
c. Kolesa in pnevmatike iz poliuretanske gume
Poliuretanski elastomer ima veliko nosilnost, odpornost proti obrabi, odpornost na olje in je trdno vezan na kovinski okvir. Lahko se uporablja za izdelavo gumijastih valjev, ki se pogosto uporabljajo v različnih prenosnih mehanizmih, kot so; tekoči trakovi proizvodnih linij, vodilni valji, tobogani za žičnice itd. V smeri športa in zabave so kolesa vrhunskih rolerjev in skirojev izdelana iz poliuretana. Kolo iz uretanske gume ima tudi lastnosti odpornosti na olje, dobro žilavost in močan oprijem. Poliuretan se uporablja tudi pri prenosu majhnih elektronskih in natančnih instrumentov, različnih univerzalnih kolesih itd. Obstajajo tudi pnevmatike z mikro peno, pnevmatike s PU peno itd.
d. Mehanski pripomočki
Različni tesnilni obroči, bloki za blaženje udarcev, spojke, avtomobilske snežne verige itd.
e. Material za čevlje
Poliuretanski elastomer ima lastnosti dobrega blaženja, majhne teže, odpornosti proti obrabi, protizdrsnosti itd. in dobre obdelave. Postal je pomemben sintetični material za čevlje v čevljarski industriji, ki izdeluje športne čevlje, kot so baseball copati, žogice za golf in nogomet. , podplati, pete, prstne kapice, kot tudi smučarski čevlji, zaščitni čevlji, prosti čas čevlji itd. Poliuretanski materiali, ki se uporabljajo za materiale za čevlje, vključujejo lite mikrocelične elastomere in termoplastične poliuretanske elastomere itd., glavni pa so podplati iz mikroceličnih elastomerov . Poliuretanski mikrocelični elastomer je lahek in dobro odporen proti obrabi. Priljubljeni so pri proizvajalcih čevljev. Izdelek ima nizko gostoto in je veliko lažji od tradicionalnih gumijastih podplatov in PVC materialov za čevlje. Mikroporozni poliuretanski elastomeri se na Kitajskem večinoma uporabljajo v podplatih in vložkih potovalnih čevljev, usnjenih čevljev, športnih čevljev, sandalov itd. Uporabljajo se predvsem v podplatih posebnih športnih copat, ki v tujini zahtevajo odpornost proti obrabi in elastičnost. Dizajn je lahko raznolik. TPU peta za visoko odpornost proti obrabi. Toplotno razgradljivo penilno sredstvo je mogoče dodati pri brizganju za izdelavo penastega TPU elastičnega materiala za čevlje.
f. Šablona za izrezovanje in izrezovanje za oblikovanje delov iz pločevine itd.
Pri prebijanju tankih pločevinastih delov z običajnimi jeklenimi matricami se na površini loma pogosto pojavijo robovi. Tehnologija žigosanja zamenjave tradicionalnega jeklenega kalupa s poliuretansko gumo je preskok v tehnologiji žigosanja pločevine, ki lahko močno skrajša cikel izdelave kalupa, podaljša življenjsko dobo kalupa, zmanjša proizvodne stroške oblikovanih delov in izboljša kakovost površine in dimenzijska natančnost delov, še posebej primerna za Primeren je za poskusno proizvodnjo majhnih in srednjih serij ter enodelnih izdelkov in je bolj primeren za tanke in kompleksne dele za štancanje. V proizvodnih linijah za ploščice in keramiko lahko uporaba kalupov za obloge iz PU elastomera zmanjša proizvodne stroške, izboljša učinkovitost proizvodnje in donos. Poliuretan se lahko uporablja za izdelavo betonskih kalupov. Poliuretanske kalupe lahko uporabite za reprodukcijo različnih vzorcev in izdelavo okrasnih blokov. V proizvodnji žigosanja kovinskih kalupov se poliuretanske elastomerne palice, cevi in ploščice uporabljajo namesto kovinskih vzmeti kot komponente pufra, z visoko elastičnostjo, prožnostjo, stiskanjem Visoka deformacijska trdnost, brez poškodb kalupa.
g. Medicinski elastomerni izdelki
Medicinski poliuretanski elastomeri so v tujini večinoma termoplastični poliuretani, obstaja pa tudi majhna količina litih poliuretanskih elastomerov in mikroceličnih elastomerov. Poliuretanski elastomeri zaradi visoke trdnosti, odpornosti proti obrabi, biokompatibilnosti ter brez mehčalcev in drugih inertnih dodatkov majhnih molekul zavzemajo pomembno mesto v medicinskih polimernih materialih. Medicinski poliuretanski izdelki vključujejo poliuretanske gastroskopske cevi, medicinske cevi, umetne in diafragme ter materiale za inkapsulacijo, poliuretanske elastične povoje, trahealne tulke itd. [14].
h. Cevi
Z uporabo prožnosti, visoke natezne trdnosti, udarne trdnosti, odpornosti na nizke temperature, odpornosti na visoke temperature in visoke tlačne trdnosti poliuretanskih elastomerov je mogoče izdelati različne cevi in trde cevi, kot so visokotlačne cevi, medicinski katetri, oljne cevi. , cevi za dovod zraka, cevi za dovod goriva, cevi za barvanje, požarne cevi, cevi za dovod plinskih materialov itd. Uretanske cevi so večinoma ekstrudirane iz termoplastičnega poliuretana.
