Vliv měkkého segmentu polyuretanového elastomeru na jeho mechanické vlastnosti
Urethanový elastomer (PUE) se jako suroviny syntetizuje hlavně z oligomerních polyolů, polyisokyanátů a prodlužovačů řetězce. Jeho mechanické vlastnosti lze upravovat v širokém rozsahu. Může být syntetizován výběrem vhodných surovin podle potřeb k přípravě produktů, které splňují potřeby. Obecně řečeno, oligomerní polyol tvoří měkký segment polyuretanu, polyisokyanát a prodlužovač řetězce tvoří tvrdý segment a mezi měkkým segmentem a tvrdým segmentem dochází k separaci mikrofáz, takže PUE má vynikající výkon. Existuje mnoho klasifikačních metod pro PUE: podle technologie zpracování jej lze rozdělit do tří typů: typ lití, typ termoplastu a typ míchání; podle procesu chemické reakce lze rozdělit na jednokrokovou metodu a dvoukrokovou metodu; Typy alkoholu lze rozdělit na typ polyetherový a polyesterový.
1 Experimentální část
1.1 Suroviny a nástroje
Tetrahydrofuran homopolyetherpolyol (PTMG): Mn=1000 a Mn=2000, Japan Mitsubishi Chemical Corporation, průmyslový výrobek; Polykaprolaktonpolyol (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., průmyslové produkty; polybutylendipátdiol (PBA, Mn=1000, 2000), polyethylenadipátdiol (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., průmyslové produkty; Polykarbonátový diol (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., průmyslový výrobek; 4, 4' – Difenylmethandiisokyanát (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., průmyslový výrobek; 1, 4 – Butandiol (BDO): Chemický závod v Pekingu, analytická čistota; Dibutylcín dilaurát (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., čistota pro činidla.
Elektronický univerzální testovací stroj: Model CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Gumový měřič tvrdosti: Model LX-A, továrna na experimentální materiály Yingkou.
1.2 Syntéza PUE
1.2.1 Příprava prepolymeru
Dehydratujte oligomerní polyol ve vakuu při 100~110 stupních po dobu 2 hodin, ochlaďte na 50~55 stupňů pro použití; nalijte roztavený MDI do tříhrdlé láhve, když teplota MDI klesne na 50~55 stupňů, přidejte odměřený Pro dobré oligomerní polyoly nejprve reagujte přirozeně po dobu 30 minut bez zahřívání a poté míchejte a zahřívejte 2 hodiny na 80 °C 85 stupňů, odeberte vzorky pro analýzu hmotnostního zlomku NCO a ukončete reakci, když se hodnota analýzy blíží návrhové hodnotě. Lze získat prepolymer, který se uzavře a uloží pro pozdější použití.
1.2.2 Příprava elastomeru
Odvažte vhodné množství prepolymeru, přidejte BDO a T12 v poměru, rychle a rovnoměrně promíchejte, nalijte do předehřáté ploché formy na 120 stupňů a po dosažení bodu gelu vytlačte a vytvrzujte 30 minut. Mechanické vlastnosti byly testovány po vytvrzování po dobu 18 hodin v peci při pokojové teplotě po dobu 24 hodin.
1.3 Zkušební metoda
Obsah NCO se určuje podle HG/T2409-1992; Tvrdost Shore A je určena podle GB/T531.1-2008; 300% napětí v tahu, prodloužení při přetržení a pevnost v tahu jsou určeny podle GB/T528-2009; pevnost v roztržení se určuje podle GB/T531.1-2008 GB/T529-2008 stanovení.
2.1 Vliv oligomerních polyolů na mechanické vlastnosti PUE
Různé typy a molekulární struktury oligomerních polyolů mají přímý vliv na mechanické vlastnosti PUE. Použijte polyetherpolyol a polyesterpolyol se stejnou relativní molekulovou hmotností (oba 2000), udržujte hmotnostní zlomek měkkého segmentu na 55 procentech, syntetizujte prepolymer s MDI, koeficient prodloužení řetězce [n(OH) v systému: n(NCO )] je 1, předpolymer má prodloužený řetězec pomocí BDO a mechanické vlastnosti připraveného PUE jsou uvedeny v tabulce 1.
Z tabulky 1 je vidět, že když je w(NCO) prepolymeru stejné, mechanické vlastnosti PUE, jehož měkkým segmentem je PCL, PBA, PEA a PCDL, jsou obecně lepší než těch, jejichž měkkým segmentem je PTMG. Je to proto, že PCL, PBAPEA a PCDL jsou všechny polyesterové polyoly s esterovými skupinami uvnitř, zatímco PTMG je polyetherpolyol s etherovými skupinami uvnitř a esterové skupiny jsou polárnější než etherové skupiny, což usnadňuje vnitřek polyuretanu Generování vodíkových vazeb, a mechanické vlastnosti jsou lepší. V polyesterovém PUE, protože PCDL obsahuje uhličitanovou skupinu, je polarita největší a získaný PUE má nejvyšší stupeň krystalinity v měkkém segmentu, takže jeho tvrdost a pevnost v tahu jsou nejvyšší a prodloužení při přetržení je nejnižší; obsah esterové skupiny v PCL Nejnižší tvrdost Shore A a pevnost v tahu a nejvyšší prodloužení při přetržení; PBA a PEA mají více esterových skupin PEA, ale protože prodlužovač řetězce používá BDO, počet atomů uhlíku mezi dvěma hydroxylovými skupinami je 4 a PEA má o 2 atomy uhlíku méně než PBA. Struktura PBA a BDO je podobnější, výsledný polyuretan je pravidelnější a krystalinita je silnější. Výkon PUE syntetizovaného PBA jako měkký segment je tedy lepší než výkon PEA.
2.2 Vliv relativní molekulové hmotnosti oligomerního polyolu na mechanické vlastnosti PUE
K syntéze polyuretanu se používá stejný druh oligomerních polyolů s různými relativními molekulovými hmotnostmi, protože velikost měkkého segmentu je odlišná a vliv na mechanické vlastnosti PUE je také odlišný. Použijte polyetherpolyol a polyesterpolyol s různými relativními molekulovými hmotnostmi, zachovejte stejné w(NCO), syntetizujte prepolymer s MDI, použijte BDO jako prodlužovač řetězce a koeficient prodloužení řetězce je 1. Mechanické vlastnosti připraveného elastomeru jsou uvedeny v tabulce 2.
Jak je vidět z tabulky 2, ať už jde o polyester PUE syntetizovaný PBA nebo polyether PUE syntetizovaný PTMG, když je w(NCO) prepolymeru stejné, se zvýšením relativní molekulové hmotnosti oligomerního polyolu, PUE se sníží. Tvrdost, 300% napětí v tahu, pevnost v tahu a pevnost v roztržení se snížily, zatímco prodloužení při přetržení se zvýšilo. Když se relativní molekulová hmotnost oligomerního polyolu sníží, polarita připraveného PUE se sníží, což neprospívá tvorbě vodíkových vazeb, míra separace mikrofází mezi měkkými a tvrdými segmenty je oslabena a s tím související tvrdost, modul a síla jsou sníženy; Relativní molekulová hmotnost oligomerních polyolů se zvyšuje, což oslabuje interakci mezi vodíkovými vazbami, snižuje tendenci ke krystalizaci měkkých segmentů, udržuje vysokou elasticitu PUE a zvyšuje prodloužení při přetržení.
2.3 Vliv obsahu NCO na mechanické vlastnosti polyuretanových elastomerů
Rozdílný obsah NCO v prepolymeru povede k různému obsahu měkkého segmentu syntetického PUE, což ovlivní mechanické vlastnosti elastomeru. Za prvé, polyetherpolyol a polyesterpolyol o stejné relativní molekulové hmotnosti byly použity k syntéze prepolymerů s různými hodnotami NCO s MDI. Fyzikální a mechanické vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 3.
Z tabulky 3 je vidět, že ať už se jedná o polyester PUE syntetizovaný PBA nebo polyether PUE syntetizovaný PTMG, se zvýšením prepolymeru w (NCO), tvrdost, 300% napětí v tahu, pevnost v tahu a pevnost v roztržení PUE se zvyšují. Pevnost v přetržení se zvyšuje, zatímco prodloužení při přetržení klesá. Je tomu tak proto, že čím vyšší w(NCO) v prepolymeru, tím vyšší obsah polyisokyanátu a současně se zvýší množství prodlužovače řetězce, což zvýší obsah tvrdých segmentů PUE a zvýší tvrdost; w(NCO) v prepolymeru se zvýší. ), urethanové skupiny se zvyšují, polarita polyuretanu se zvětšuje a stupeň separace mikrofází se zvyšuje, aby se zvýšil modul a pevnost; zvýšení w(NCO) usnadňuje vytváření vodíkových vazeb uvnitř polyuretanu a zvyšuje se interakce vodíkových vazeb. velké, takže prodloužení klesá.
2.4 Vliv koeficientu prodloužení řetězce na mechanické vlastnosti PUE
Pokud je koeficient prodloužení řetězu jiný, bude se lišit i množství použitého prodlužovače řetězu, což povede k různému obsahu syntetického měkkého segmentu PUE, což ovlivní mechanické vlastnosti PUE. S použitím polyetherpolyolu a polyesterpolyolu se stejnou relativní molekulovou hmotností, zachováním stejného w(NCO), syntézou prepolymeru s MDI, změnou koeficientu prodloužení řetězce a použitím BDO k prodloužení řetězce prepolymeru, připravená mechanika PUE výkon je uveden v tabulce 4.
Z tabulky 4 je vidět, že ať už se jedná o polyester PUE syntetizovaný PBA nebo polyether PUE syntetizovaný PTMG, když w(NCO) prepolymeru je stejné, se zvýšením koeficientu prodloužení řetězce, tvrdost PUE, 300 procent Napětí v tahu, prodloužení při přetržení, pevnost v tahu a pevnost v roztržení se nejprve zvýšily a poté snížily a mechanické vlastnosti byly nejlepší, když byl koeficient prodloužení řetězu 1.00. Je to proto, že když je koeficient prodloužení řetězce 1.00, polyuretanový elastomer má tendenci tvořit molekulu s dlouhým řetězcem s nejvyšším stupněm linearity a PUE má v tomto okamžiku nejlepší mechanické vlastnosti. Když je koeficient prodloužení řetězce nižší než 1.{10}} v důsledku nedostatečného množství prodlužovače řetězce nelze vytvořit dlouhé makromolekulární řetězce a výkon polyuretanu je nízký; když je koeficient prodloužení řetězu větší než 1,00, může kvůli nadměrnému množství činidla pro prodloužení řetězu splnit požadavky na prodloužení řetězu. Existují zbytky a tyto zbytky působí jako změkčovadla a zhoršují mechanické vlastnosti PUE.
Závěr
① Když je prepolymer w (NCO) stejný: mechanické vlastnosti PUE, jehož měkký segment je PCL, PBA, PEA a PCDL, jsou obecně lepší než ty, jejichž měkký segment je PTMG; Tvrdost, 300 procenta napětí v tahu, pevnost v tahu a pevnost v roztržení se snížily, zatímco prodloužení při přetržení se zvýšilo; se zvýšením koeficientu prodloužení řetězu, tvrdost, 300 procent napětí v tahu, prodloužení při přetržení, pevnost v tahu PUE Pevnost a pevnost v tahu vykazovaly trend nejprve rostoucí a poté klesající, a když byl koeficient prodloužení řetězu 1,00, mechanický vlastnosti byly nejlepší.
② Se zvýšením prepolymeru w(NCO) se zvýšila tvrdost, 300% napětí v tahu, pevnost v tahu a pevnost v roztržení PUE, zatímco prodloužení při přetržení se snížilo.
