Polyuretanový elastomer, také známý jako polyuretanový elastomer, je polymerní syntetický materiál obsahující více uretanových skupin na hlavním řetězci. Obecně se skládá z oligomerů, jako je polyester, polyether a polyolefin. Vzniká postupným přidáváním a polymerací polyolů, polyisokyanátů a diolů nebo diaminových prodlužovačů řetězce. Je to elastický materiál mezi běžnou pryží a plastem, to znamená, že má vysokou elasticitu pryže a vysokou pevnost plastu. Má velkou tažnost a široký rozsah tvrdosti; zvláště vynikající je jeho odolnost proti opotřebení, biokompatibilita a krevní slučitelnost. Zároveň má také vynikající odolnost proti oleji, nárazuvzdornost, odolnost vůči nízkým teplotám, odolnost proti záření a zátěži, tepelnou izolaci, izolaci a další vlastnosti. Oblasti použití polyuretanových elastomerů jsou proto velmi široké. Stala se nepostradatelným a cenným materiálem v národním hospodářství a životě lidí.
Polyuretanový elastomer má široké spektrum vlastností, které úzce souvisí s jeho strukturou a jeho struktura závisí na mnoha faktorech jako jsou reaktanty, reakční doba, reakční teplota a i malé změny obsahu vody mohou způsobit polyuretanové elastomery Obrovský rozdíl v mechanických vlastnostech .
1. Přehled polyuretanových elastomerů
Polyuretanový elastomer, také známý jako polyuretanový kaučuk, patří ke speciální syntetické pryži a je to druh elastického polymeru obsahujícího více uretanových skupin (-NHCOO-) v hlavním řetězci molekuly. Je to typický multiblokový kopolymerový materiál. . Polyurethanové elastomery se obvykle připravují polyadiční reakcí za použití polymerních polyolů, isokyanátů, prodlužovačů řetězce, síťovacích činidel a malého množství pomocných činidel jako surovin. Z hlediska molekulární struktury je polyuretanový elastomer (PUE) blokový polymer a jeho molekulární řetězec se obecně skládá ze dvou částí. Při normální teplotě je jedna část ve vysoce elastickém stavu, nazývaném měkký segment; Krystalický stav se nazývá tvrdý segment. Obecně je měkký segment složen z dlouhého flexibilního řetězce polymerního polyolu a tvrdý segment je složen z isokyanátu a prodlužovače řetězce. Měkký segment a tvrdý segment jsou střídavě uspořádány tak, aby tvořily opakující se konstrukční jednotky. Kromě uretanové skupiny obsahuje hlavní řetězec polyuretanové molekuly také polární skupiny, jako je etherová, esterová nebo močovinová skupina. Vzhledem k existenci velkého počtu těchto polárních skupin mohou v molekule polyuretanu a mezi molekulami vznikat vodíkové vazby a měkký segment a tvrdý segment jsou termodynamicky nekompatibilní, což indukuje tvorbu tvrdého segmentu a měkkého segmentu. segmentovou mikrodoménu a vytváří mikroskopickou strukturu separace fází. Lineární polyuretany mohou také vytvářet fyzikální příčné vazby prostřednictvím vodíkových vazeb. Tyto strukturální vlastnosti způsobují, že polyuretanové elastomery mají vynikající odolnost proti opotřebení a houževnatost, známou jako "kaučuk odolná proti opotřebení" [1], a protože existuje mnoho druhů polyuretanových surovin, lze rozmanitost a poměr surovin upravit tak, aby syntetizovaly produkty s různé výkonnostní charakteristiky. výrobky, díky nimž se polyuretanové elastomery široce používají v oblasti národního hospodářství. Přestože produkce polyuretanového elastomeru nepředstavuje malý podíl polyuretanových produktů, jeho rozmanitost a široká škála aplikací jsou nesrovnatelné s jinými materiály. Polyuretanový elastomer má vynikající komplexní vlastnosti a jeho modul je mezi obecným kaučukem a plastem. Má následující vlastnosti: ①Vysoká pevnost a elasticita, dokáže udržet vysokou elasticitu v širokém rozsahu tvrdosti (Shore A10-Shore D75); ②Při stejné tvrdosti má vyšší únosnost než jiné elastomery; ③ Vynikající odolnost proti opotřebení, jeho odolnost proti opotřebení je 2-10krát vyšší než u přírodního kaučuku; ④ Dobrá odolnost proti únavě a odolnost proti vibracím, vhodná pro vysokofrekvenční vychylovací aplikace; ⑤ Vysoká odolnost proti nárazu; ⑥ Odolnost proti aromatickému polyuretanu Vynikající odolnost vůči záření, kyslíku a ozónu; ⑦ Vynikající odolnost proti mastnotě a chemikáliím; ⑧ Obecně lze požadované nízké tvrdosti dosáhnout bez změkčovadla, takže nevzniká žádný problém způsobený migrací změkčovadla; ⑨ Lisování a nízké náklady na zpracování; ⑩ Obyčejný polyuretan nelze použít při teplotách vyšších než 100 stupňů, ale složení odolá vysoké teplotě 140 stupňů. Za normálních okolností ve srovnání s kovovými materiály mají polyuretanové elastomerní produkty výhody nízké hmotnosti, odolnosti proti ztrátám, nízké hlučnosti, nízkých nákladů na zpracování a odolnosti proti korozi; ve srovnání s pryží mají polyuretanové elastomery odolnost proti opotřebení, odolnost proti proříznutí, odolnost proti roztržení, vysokou nosnost, tekuté, pitné, průhledné nebo průsvitné, odolnost proti ozónu, rozsah tvrdosti a další výhody; ve srovnání s plasty mají polyuretanové elastomery výhody v podobě nekřehkosti, elastické paměti, odolnosti proti opotřebení atd. Pro polyesterové elastomery existují různé metody zpracování, neustále se objevují nové technologie a nové odrůdy a vyhlídky použití budou velmi široké [2] .
2. Technologie zpracování polyuretanového elastomeru
V laboratoři jsou polyuretanové elastomery obecně syntetizovány metodami ručního odlévání prepolymerů, včetně jednokrokové metody, prepolymerové metody a semiprepolymerové metody.
Jednostupňový způsob spočívá v přidání diisokyanátu, polyolu, katalyzátoru a dalších pomocných činidel do receptury najednou a nalití do formy po vysokorychlostním míchání, aby se připravil produkt z polyuretanového elastomeru. Přestože produkt získaný jednostupňovou metodou má špatnou stejnoměrnost a opakovatelnost výkonu a může do reakčního systému zavést velké množství vzduchových bublin, takže v produktu je velké množství produktů, proces této metody je jednoduchá, šetří energii a snižuje náklady, proto se tato metoda používá především v roce Používá se v průmyslu pěnění, ale zřídka se používá při výrobě litých polyuretanových elastomerů [3]. V současné době, se vznikem některých nových tvářecích procesů, jako je technologie reakčního vstřikování (RIM), se také rychleji vyvíjela jednokroková metoda.
Polyuretanový elastomer připravený prepolymerovou metodou je rozdělen do dvou kroků, proto se také nazývá dvoukroková metoda. Nejprve se oligomerní alkohol a přebytek polyisokyanátu nechají reagovat za vzniku prepolymeru s NCO skupinou na koncové skupině a poté se polymer nechá reagovat s prodlužovačem řetězce během odlévání za vzniku polyuretanového elastomeru. Tato metoda se nejvíce používá při výrobě polyuretanové elasticity. Nevýhodou je, že prepolymer je citlivý na teplotu, vyžaduje vysoké vybavení při odlévání a má dlouhý proces. Rozdíl mezi semiprepolymerovou metodou a prepolymerovou metodou je v tom, že některé polyesterpolyoly nebo polyetherpolyoly, prodlužovače řetězce, chemické přísady atd. se přidávají do prepolymeru ve formě směsi. To znamená, že oligomerní polyol ve vzorci se rozdělí na části, jedna část se nechá reagovat s přebytkem diisokyanátu za účelem syntézy prepolymeru a druhá část se smíchá s prodlužovačem řetězce a přidá se během injekce. Hmotnostní podíl volných NCO ve výsledném prepolymeru je relativně vysoký, obecně 0.12-0.15 (12 procent – procent), takže tento prepolymer se často nazývá „kvazi-prepolymer“. Charakteristiky semiprepolymerové metody: ① Viskozita prepolymerní složky je nízká a lze ji upravit tak, aby byla podobná viskozitě smíšené složky vytvrzovacího činidla; ② Poměr je také blízký (to znamená, že poměr směšovací hmoty může být 1:1). To nejen zlepšuje rovnoměrnost míchání, ale také zlepšuje některé vlastnosti elasticity. Tento způsob je snadno proveditelný industrializací: z výše uvedených tří způsobů má obecně polyuretanový elastomer připravený prepolymerním způsobem nejlepší výkon a jednostupňový způsob má nejhorší výkon. Je tomu tak proto, že u jednostupňové metody se polymerace a reakce prodlužování řetězce provádějí současně. V pozdější fázi reakce je v důsledku prudkého zvýšení viskozity systému aktivita molekulárního řetězce řízena difúzní reakcí, reakce není dokončena a molekulová hmotnost získaného polyuretanového elastomeru je relativně vysoká. malý. Struktura není jednotná, což ovlivňuje výkon polyuretanového elastomeru. V procesu prepolymerové metody se reakce polyurethanového prepolymeru a reakce mezi polyurethanovým prepolymerem a prodlužovačem řetězce provádějí krok za krokem a všechny jsou řiditelné reakce. Reakce je poměrně důkladná a získaný polyuretan elastický. Objemová molekulová hmotnost je relativně velká a struktura je relativně jednotná, což vede k tvorbě vodíkových vazeb mezi makromolekulami, čímž se zlepšuje výkon polyuretanového elastomeru. Vlastnosti polyuretanového elastomeru připraveného semiprepolymerovou metodou jsou mezi prepolymerovou metodou a jednokrokovou metodou a reakční teplota je nízká, což je vhodné pro průmyslovou výrobu. Tento článek pojednává o vztahu mezi strukturou a vlastnostmi polyuretanových elastomerů, které jsou všechny syntetizovány prepolymerovou metodou.
3. Struktura a vlastnosti polyuretanových elastomerů
Mechanické vlastnosti polyuretanových elastomerů přímo souvisejí s vnitřní strukturou polyuretanových elastomerů a jejich mikrostruktura a morfologie jsou silně ovlivněny interakcí mezi polárními skupinami, jako je typ, struktura a morfologie měkkých a tvrdých segmentů. Mechanické vlastnosti a tepelná odolnost polyuretanových elastomerů. V posledních letech lidé začali studovat vztah mezi mechanickými vlastnostmi polyuretanových elastomerů a jejich agregovanými strukturami a mikrostrukturami.
A. Mikrofázová separační struktura polyuretanového elastomeru
Vlastnosti polyuretanu jsou ovlivněny především morfologickou strukturou makromolekulárního řetězce. Jedinečnou flexibilitu a vynikající fyzikální vlastnosti polyuretanu lze vysvětlit dvoufázovou morfologií. Stupeň mikrofázové separace a dvoufázová struktura měkkých a tvrdých segmentů v polyuretanových elastomerech jsou rozhodující pro jejich výkon. Mírná separace fází je prospěšná pro zlepšení vlastností polymeru. Separační proces mikrofázové separace spočívá v tom, že rozdíl v polaritě mezi tvrdým a měkkým segmentem a samotná krystalinita tvrdého segmentu vedou k jejich termodynamické nekompatibilitě (nemísitelnosti) a tendenci ke spontánní separaci fází, takže tvrdý segment je snadný. agregovat dohromady za vzniku domén, které jsou rozptýleny v kontinuální fázi tvořené měkkými segmenty. Proces mikrofázové separace je vlastně proces separace a agregace nebo krystalizace tvrdého segmentu v elastomeru z kopolymerního systému.
Fenomén polyuretanové mikrofázové separace byl poprvé navržen americkým učencem Cooperem. Poté bylo provedeno mnoho výzkumných prací na struktuře polyuretanu [4]. Pokročil také výzkum agregované struktury polyuretanu, který vytvořil relativně kompletní strukturu. Teorie mikrofázové struktury systému [5]: u blokového polyuretanového systému je mikrofázové oddělení tvrdého segmentu a měkkého segmentu vyvoláno termodynamickou nekompatibilitou mezi segmentem a měkkým segmentem. Přitažlivá síla segmentů mezi tvrdými segmenty je mnohem větší než přitažlivá síla segmentů mezi měkkými segmenty. Tvrdé segmenty jsou nerozpustné ve fázi měkkého segmentu, ale jsou v ní rozmístěny a tvoří nespojitou mikrofázovou strukturu (struktura mořských ostrovů). Hraje fyzickou spojovací a posilující roli v měkkém segmentu. V procesu separace mikrofází usnadní zvýšená interakce mezi tvrdými segmenty separaci tvrdých segmentů ze systému a agregují nebo krystalizují, což podporuje separaci mikrofází. Samozřejmě existuje určitá kompatibilita mezi plastovou fází a kaučukovou fází a fáze mezi plastovými mikrodoménami a pryžovými mikrodoménami jsou smíchány za vzniku průtočné fáze. Současně byly také navrženy další modely související s mikrofázovou separací, jako například Seymour [6] a další navrhli, že oblasti obohacené o tvrdý segment a měkké segmenty tvoří souvislou zesíťovanou síť navzájem. Paik Sung a Schneide [7] navrhli realističtější model struktury separace mikrofáz: stupeň separace mikrofáz v uretanu je nedokonalý, ne zcela mikrofázové koexistence, ale zahrnuje smíšené jednotky měkkých segmentů. Mezi segmenty v mikrodoméně dochází k promíchávání, které má do jisté míry vliv na morfologii a mechanické vlastnosti materiálu. Měkký segment obsahuje tvrdé segmenty, což může vést ke změně teploty skelného přechodu měkkého segmentu. Jasně vylepšené, zužující rozsah materiálů používaných v prostředí s nízkou teplotou. Začlenění měkkých segmentů do domén tvrdých segmentů může snížit teplotu skelného přechodu domén tvrdých segmentů, čímž se sníží tepelná odolnost materiálu.
b. Chování vodíkové vazby polyuretanových elastomerů
Vodíkové vazby existují mezi skupinami obsahujícími atomy dusíku a atomy kyslíku se silnou elektronegativitou a skupinami obsahujícími atomy vodíku. Kohezní energie skupin souvisí s velikostí kohezní energie skupin. Mezi segmenty většinou existují silné vodíkové vazby. Podle zpráv může většina iminových skupin v různých skupinách polyuretanových makromolekul tvořit vodíkové vazby a většina z nich je tvořena iminovými skupinami a karbonylovými skupinami v tvrdém segmentu a malá část je tvořena etherovým kyslíkem. v měkkém segmentu. vytvořená skupina nebo ester karbonyl. Ve srovnání s vazebnou silou intramolekulárních chemických vazeb je síla vodíkové vazby mnohem menší. Existence velkého počtu vodíkových vazeb v polárních polymerech je však také jedním z důležitých faktorů ovlivňujících výkon. Vodíkové vazby jsou reverzibilní. Při nižších teplotách podporuje těsné uspořádání pohlavních segmentů tvorbu vodíkových vazeb: při vyšších teplotách segmenty přijímají energii a podléhají tepelnému pohybu, vzdálenost mezi segmenty a molekulami se zvětšuje a vodíkové vazby se oslabují nebo dokonce mizí. Vodíkové vazby hrají roli fyzikálního zesíťování, díky kterému může mít polyuretanové tělo vyšší pevnost, odolnost proti oděru, odolnost proti rozpouštědlům a menší trvalou deformaci v tahu. Čím více vodíkových vazeb, tím silnější jsou mezimolekulární síly a tím vyšší je pevnost materiálu. Množství vodíkových vazeb přímo ovlivňuje stupeň mikrofázové diferenciace systému [8].
C. Krystalinita
Lineární polyuretan s pravidelnou strukturou, polárnějšími a tužšími skupinami, více mezimolekulárními vodíkovými vazbami a dobrou krystalinitou zlepšil některé vlastnosti polyuretanového materiálu, jako je pevnost a odolnost proti rozpouštědlům. Tvrdost, pevnost a bod měknutí polyuretanových materiálů se zvyšují se zvyšující se krystalinitou, zatímco tažnost a rozpustnost se odpovídajícím způsobem snižují. U některých aplikací, jako jsou jednosložková termoplastická polyuretanová lepidla, je pro dosažení počáteční lepivosti vyžadována rychlá krystalizace. Některé termoplastické polyuretanové elastomery se uvolňují rychleji díky své vysoké krystalinitě. Krystalické polymery se často stávají neprůhlednými v důsledku anizotropie lomu světla. Pokud se do krystalických lineárních polyuretanových makromolekul vnese malé množství rozvětvených nebo pendantních skupin, krystalinita materiálu klesá. Když se hustota síťování do určité míry zvýší, měkký segment ztrácí svou krystalinitu. Když je materiál natažen, tahové napětí způsobí orientaci molekulárního řetězce měkkého segmentu a zlepší se pravidelnost, zlepší se krystalinita polyuretanového elastomeru a odpovídajícím způsobem se zlepší pevnost materiálu. Čím silnější je polarita tvrdého segmentu, tím více přispívá ke zlepšení energie mřížky polyuretanového materiálu po krystalizaci. U polyetherpolyuretanu se s nárůstem obsahu tvrdého segmentu zvyšují polární skupiny, zvyšuje se mezimolekulární síla tvrdého segmentu, zvyšuje se stupeň separace mikrofáz, mikrodoména tvrdého segmentu postupně tvoří krystalizaci a krystalinita se zvyšuje s tvrdým segmentem. obsah. Postupně zvyšujte pevnost materiálu.
d. Vliv struktury měkkého segmentu na vlastnosti polyuretanového elastomeru
Oligomerní polyoly, jako jsou polyethery a polyestery, tvoří měkké segmenty. Měkký segment tvoří většinu polyuretanu a vlastnosti polyuretanu připraveného z různých oligomerních polyolů a diisokyanátů jsou různé. Pružný (měkký) segment polyuretanových elastomerů ovlivňuje především elastické vlastnosti materiálu a významně se podílí na jeho nízkoteplotních a tahových vlastnostech. Proto je parametr Tg měkkého segmentu extrémně důležitý a za druhé, krystalinita, teplota tání a deformací indukovaná krystalizace jsou také faktory, které ovlivňují jeho konečné mechanické vlastnosti. Polyuretanové elastomery a pěny vyrobené z polyesteru se silnou polaritou jako měkké segmenty mají lepší mechanické vlastnosti. Protože polyuretan vyrobený z polyesterpolyolu obsahuje velkou polární esterovou skupinu, mohou se mezi tvrdými segmenty tvořit nejen vodíkové vazby, ale také polární skupiny na měkkém segmentu mohou částečně interagovat s tvrdými segmenty. Polární skupiny tvoří vodíkové vazby, takže fáze tvrdého segmentu může být rovnoměrněji distribuována ve fázi měkkého segmentu, která působí jako elastický zesíťující bod. Některé polyesterové polyoly mohou při pokojové teplotě tvořit krystalizaci měkkých segmentů, což ovlivňuje vlastnosti polyuretanu. Pevnost, odolnost proti oleji a tepelné oxidační stárnutí polyesterového polyuretanového materiálu jsou vyšší než u PPG polyetherpolyuretanového materiálu, ale odolnost proti hydrolýze je horší než u polyetherového typu. Polytetrahydrofuran (PTMG) polyuretan snadno tvoří krystaly díky své pravidelné struktuře molekulárního řetězce a jeho pevnost je srovnatelná s pevností polyesterového polyuretanu. Obecně řečeno, etherová skupina měkkého segmentu polyetherpolyuretanu se snadno uvnitř otáčí, má dobrou flexibilitu a má vynikající vlastnosti při nízkých teplotách a neexistuje žádná esterová skupina, která by se relativně snadno hydrolyzovala v polyetherpolyolovém řetězci, a její odolnost proti hydrolýze Lepší než polyester polyuretan. Uhlík etherové vazby polyetherového měkkého segmentu se snadno oxiduje za vzniku peroxidových radikálů, což vede k řadě oxidativních degradačních reakcí. Polyuretan s molekulárním řetězcem polybutadienu jako měkký segment má slabou polaritu, špatnou kompatibilitu mezi měkkými a tvrdými segmenty a špatnou pevnost elastomeru. V důsledku sterické zábrany má měkký segment obsahující postranní řetězec slabé vodíkové vazby, špatnou krystalinitu a pevnost je horší než u stejného hlavního řetězce měkkého segmentu bez polyuretanové postranní skupiny. Molekulová hmotnost měkkého segmentu má vliv na mechanické vlastnosti polyuretanu. Obecně řečeno, za předpokladu, že molekulová hmotnost polyuretanu je stejná, pevnost polyuretanového materiálu klesá s rostoucí molekulovou hmotností měkkého segmentu; pokud je měkkým segmentem polyesterový řetězec, pevnost polymerního materiálu pomalu klesá se zvyšováním molekulové hmotnosti polyesterdiolu; Pokud je měkkým segmentem polyetherový řetězec, pevnost polymerního materiálu klesá se zvyšováním molekulové hmotnosti polyetherglykolu, ale prodloužení se zvyšuje. To je způsobeno vysokou polaritou esterového měkkého segmentu a velkou intermolekulární silou, která může částečně kompenzovat pokles pevnosti polyuretanového materiálu v důsledku zvýšení molekulové hmotnosti a zvýšení obsahu měkkého segmentu. Měkký segment polyetheru má slabou polaritu. Zvyšuje-li se molekulová hmotnost, klesá obsah tvrdého segmentu v příslušném polyuretanu, což má za následek snížení pevnosti materiálu. Zhu Jinhua a kol. [9] syntetizovali řadu polyuretanových blokových kopolymerů a roubovaných kopolymerů obsahujících různé měkké segmenty a testovali jejich dynamické mechanické vlastnosti. Výsledky ukázaly, že kompatibilita polyuretanových kopolymerů a řetězce makromolekul Strukturně související, přítomnost roubovaných řetězců má významný vliv na kompatibilitu a tlumicí vlastnosti polyuretanových blokových kopolymerů. Obecně platí, že vliv molekulové hmotnosti měkkého segmentu na odolnost a vlastnosti tepelného stárnutí polyuretanových elastomerů není významný. Krystalinita měkkého segmentu má velký podíl na krystalinitě lineárního polyuretanu. Obecně řečeno, krystalinita je prospěšná pro zvýšení pevnosti polyuretanu. Někdy však krystalizace snižuje flexibilitu materiálu při nízkých teplotách a krystalické polymery jsou často neprůhledné. Aby se zabránilo krystalizaci, integrita molekuly může být snížena, jako je použití kopolyesteru nebo kopolyetherpolyolu nebo směsného polyolu, směsného prodlužovače řetězce atd.
E. Vliv tvrdého segmentu na vlastnosti polyuretanového elastomeru
Struktura tvrdého segmentu je jedním z hlavních faktorů ovlivňujících tepelnou odolnost polyuretanových elastomerů. Struktura diisokyanátu a prodlužovače řetězce, které tvoří segment polyuretanového elastomeru, je odlišná, což také ovlivňuje tepelnou odolnost. Tvrdý segment polyuretanového materiálu se skládá z polyisokyanátu a prodlužovače řetězce. Obsahuje silné polární skupiny, jako je uretanová skupina, arylová skupina a substituovaná močovinová skupina. Tuhý segment tvořený aromatickým isokyanátem obvykle není snadné vyměnit a natahuje se při pokojové teplotě. tyčovitý. Tvrdé segmenty obvykle ovlivňují vysokoteplotní vlastnosti polyuretanu, jako je měknutí, teplota tání. Běžně používané diisokyanáty jsou TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI atd., běžně používané alkoholy jsou ethylenglykol, -butandiol, hexandiol atd. a běžně používané aminy jsou MOCA, EDA, DETDA atd. Typ tvrdého segmentu se volí podle požadovaných mechanických vlastností polymeru, jako je maximální teplota použití, odolnost proti povětrnostním vlivům, rozpustnost atd., přičemž je třeba vzít v úvahu také jeho hospodárnost. Různé diisokyanátové struktury mohou ovlivnit pravidelnost tvrdého segmentu a tvorbu vodíkových vazeb, čímž mají větší vliv na pevnost elastomeru. Obecně řečeno, aromatický kruh obsahující isokyanát způsobuje, že tvrdý segment má větší tuhost a kohezní energii, což obecně zvyšuje pevnost elastomeru.
Pevný segment obsahující močovinovou skupinu složenou z diisokyanátu a diaminového prodlužovače řetězce lze velmi snadno vytvořit plastovou mikrodoménu díky velké soudržnosti močovinové skupiny a polyuretan složený z tohoto tuhého segmentu je náchylný k mikrofázi. oddělení. Obecně řečeno, čím vyšší je tuhost tuhého segmentu tvořícího polyuretan, tím snadněji dochází k separaci mikrofází. V polyuretanu platí, že čím vyšší je obsah tuhého segmentu, tím pravděpodobněji dochází k separaci mikrofází.
Prodlužovač řetězu souvisí se strukturou tvrdého segmentu polyuretanového elastomeru a má velký vliv na výkon elastomeru. Ve srovnání s polyuretanem s prodlouženým řetězcem alifatického diolu má polyuretan s prodlouženým řetězcem obsahující aromatický kruh diamin vyšší pevnost, protože aminový prodlužovač řetězce může tvořit močovinovou vazbu a polarita močovinové vazby je vyšší než polarita uretanové vazby . Kromě toho je rozdíl v parametrech rozpustnosti mezi tvrdým segmentem močovinové vazby a měkkým segmentem polyetheru velký, takže tvrdý segment polymočoviny a měkký segment polyetheru mají větší termodynamickou nekompatibilitu, díky čemuž má polyuretanmočovina lepší separaci mikrofází. [10], má tedy diaminový polyuretan s prodlouženým řetězcem vyšší mechanickou pevnost, modul, viskoelasticitu, tepelnou odolnost a lepší vlastnosti při nízkých teplotách než polyuretan s prodlouženým diolovým řetězcem. Odlévací polyuretanové elastomery většinou používají aromatické diaminy jako prodlužovače řetězce, protože z nich připravené polyurethanové elastomery mají dobré komplexní vlastnosti. Xu Guangjie a kol. [11] uvedli, že karboxyesterové polyoly byly připraveny reakcí maleinanhydridu s polyoly a poté reakcí s jinými monomery, jako je TDI-80, síťovací činidla a prodlužovače řetězce za účelem přípravy polyolů obsahujících karboxylové skupiny. Polyuretanový prepolymer byl dispergován ve vodném roztoku triethanolaminu za vzniku polyuretanu na vodní bázi a byl studován vliv typu a množství prodlužovače řetězce na výkon pryskyřice a bylo zjištěno, že aminové prodlužovač řetězce byl účinnější než prodlužovač hydroxylového řetězce Je výhodné zlepšit mechanické vlastnosti pryskyřice. Použití bisfenolu A jako prodlužovače řetězce může nejen zlepšit mechanické vlastnosti pryskyřice, ale také zvýšit teplotu skelného přechodu pryskyřice, rozšířit šířku vnitřního třecího vrcholu a zlepšit teplotní rozsah pryskyřice ve stavu kůže [ 12]. Struktura diaminového prodlužovače řetězce použitého v polyuretanové močovině přímo ovlivňuje vodíkové vazby, krystalizaci a separaci mikrofázové struktury v materiálu a do značné míry určuje výkon materiálu [13]. S nárůstem obsahu tvrdých segmentů se postupně zvyšovala pevnost v tahu a tvrdost polyuretanového materiálu a snižovalo se prodloužení při přetržení. Je tomu tak proto, že mezi fází s určitým stupněm krystalinity tvořenou tvrdým segmentem a amorfní fází tvořenou měkkým segmentem dochází k separaci mikrofází a krystalická oblast tvrdého segmentu působí jako účinný bod zesítění. Hraje také roli podobnou výztuži pro amorfní oblast měkkého segmentu. Když se obsah zvýší, zesílí se zesilující účinek a účinný síťovací účinek tvrdého segmentu v měkkém segmentu, což podporuje zvýšení pevnosti materiálu.
F. Vliv síťování na vlastnosti polyuretanových elastomerů
Mírné intramolekulární zesítění může zvýšit tvrdost, teplotu měknutí a modul pružnosti polyuretanových materiálů a snížit prodloužení při přetržení, trvalou deformaci a bobtnání v rozpouštědlech. U polyuretanových elastomerů může správné zesítění vytvořit materiály s vynikající mechanickou pevností, vysokou tvrdostí, elasticitou a vynikající odolností proti opotřebení, odolností proti olejům, ozónu a tepelnou odolností. Pokud je však zesítění nadměrné, mohou být sníženy vlastnosti, jako je pevnost v tahu a prodloužení. V blokových polyuretanových elastomerech lze chemické zesítění rozdělit do dvou kategorií: (1) použití trifunkčních prodlužovačů řetězce (jako je TMP) k vytvoření zesíťující struktury; (2) použití přebytku isokyanátu k reakci za vzniku dikondenzátu močoviny (přes močovinové skupiny) nebo allofanátu (přes urethanové skupiny) zesíťování. Síťování má významný vliv na stupeň vodíkové vazby a tvorba příčných vazeb značně snižuje stupeň vodíkové vazby materiálu, ale chemické zesíťování má lepší tepelnou stabilitu než fyzikální zesíťování způsobené vodíkovými vazbami. Když byly pomocí FT-IR a DSC studovány účinky chemické síťovací sítě na morfologii, mechanické vlastnosti a tepelné vlastnosti polyuretanových močovinových elastomerů, bylo zjištěno, že polyuretanové močovinové elastomery s různými síťovacími sítěmi mají různé morfologie. Se zvyšující se hustotou se zvyšuje stupeň mikrofázového promíchání elastomeru, výrazně se zvyšuje teplota skelného přechodu měkkého segmentu a postupně se zvyšuje 300procentní pevnost elastomeru v tahu, zatímco prodloužení při přetržení postupně klesá. Když , mechanické vlastnosti (pevnost v tahu a pevnost v roztržení) elastomeru dosáhnou nejvyšší.
4. Aplikace polyuretanových elastomerů
A. Aplikace v úpravně uhlí, hornictví, hutnictví a dalších průmyslových odvětvích
Polyuretanové elastomery jsou nejvíce nekovové materiály, které splňují požadavky dolů a mohou nahradit některé kovové materiály. Polyuretanové elastomerní produkty pro hory zahrnují sítové desky, elastomerové obložení, dopravníkové pásy a podobně. Polyuretanová pryžová síta zahrnují relaxační síta, tahová síta, štěrbinová síta atd. Polyuretanová pryžová sítová deska se vyznačuje vynikající odolností proti opotřebení, odolností proti vodě, oleji, absorbcí vibrací a snížením hluku, vysokou pevností, pevným spojením s kovovým rámem, nízkou hluk, dobrý samočistící efekt, odlehčení zátěže sítového stroje, úspora spotřeby energie a prodloužení doby obrazovky. Životnost stroje, vysoká kvalita stínění. Mnoho důlních zařízení, jako jsou třepačky, speciální koncentrátory, flotační stroje, koncentrátory, spirálové žlaby, drtiče, koncentrátory, trubky a kolena, kontaktní materiály, jako je štěrk, a vyžadují vyložení odolné proti opotřebení; důlní jednokolejové jeřáby Uretanové hnací kolo s ocelovým jádrem, samozhášecí a antistatický polyuretanový dopravní pás, kabel zařízení TPU plášť, prachový kroužek, tlumení nárazů atd., preferovaným materiálem je polyuretanový elastomer.
b. Polyuretanový pryžový váleček
Polyuretanový pryžový válec je druh výrobku z polyuretanové pryže s vynikajícím výkonem, který je obecně vyroben z oceli nebo železa pokrytého vrstvou polyuretanového elastomeru procesem odlévání. Podle použití jsou to: loupací pryžové válce pro zpracování obilí, vytlačovací pryžové válce a rozvlákňovací pryžové válce v papírenském průmyslu, válce pro tažení drátu, protahovací válce a řezací válce v textilním průmyslu, dřevo, sklo a obaly Pryžové válce s přenosovými ložisky používané v průmyslu, různé gumové válečky pro tiskařské a barvicí stroje, malé gumové válečky pro různé nástroje, převodové gumové válečky pro dopravní systémy, tiskové gumové válečky, převodové gumové válečky pro válcování kovů za studena, válečky na barevné potahování kovových ocelových plechů atd. vrstva těchto pryžových válečků může být vyrobena z polyuretanového elastomeru. Většina pryžových válců se vyrábí procesem odlévání. Obecně se ocelové jádro umístí do středu válcové formy a elastomer se odlije. Speciální postýlky mohou používat odstředivé lití nebo odstředivé lití. Odstředivé lití eliminuje potřebu forem a využívá vulkanizaci při pokojové teplotě k odlévání elastomerních systémů, čímž se zkracuje celková doba zpracování.
C. Kola a pneumatiky z polyuretanové pryže
Polyuretanový elastomer má velkou nosnost, odolnost proti opotřebení, oleji a je pevně spojen s kovovým rámem. Může být použit k výrobě pryžových válečků široce používaných v různých převodových mechanismech, jako jsou; dopravníkové pásy výrobní linky, vodicí válečky, skluzavky lanovky atd. . Ve směru sportu a zábavy jsou kolečka špičkových kolečkových bruslí a koloběžek celá vyrobena z polyuretanu. Kolo z uretanové pryže má také vlastnosti odolnosti vůči oleji, dobré houževnatosti a silné přilnavosti. Polyuretan se také používá v malých elektronických a přesných přístrojových převodovkách, různých univerzálních kolech atd. Existují také pneumatiky z mikropěny, pneumatiky plněné PU pěnou atd.
d. Mechanické příslušenství
Různé těsnící kroužky, tlumicí bloky, spojky, automobilové sněhové řetězy atd.
E. Materiál obuvi
Polyuretanový elastomer má vlastnosti dobrého tlumícího výkonu, nízké hmotnosti, odolnosti proti opotřebení, protiskluzu atd. a dobrého zpracovatelského výkonu. Stal se důležitým syntetickým materiálem pro boty v obuvnickém průmyslu, vyrábí sportovní boty, jako jsou baseballové boty, golfové míčky a fotbal. , podrážky, podpatky, tužinky, ale i lyžařské boty, bezpečnostní obuv, obuv pro volný čas atd. Mezi polyuretanové materiály používané pro obuvnické materiály patří lité mikrocelulární elastomery a termoplastické polyuretanové elastomery atd., hlavní jsou mikrocelulární elastomerové podrážky . Polyuretanový mikrobuněčný elastomer má nízkou hmotnost a dobrou odolnost proti oděru. Upřednostňují ji výrobci obuvi. Výrobek má nízkou hustotu a je mnohem lehčí než tradiční pryžové podrážky a PVC materiály obuvi. Mikroporézní polyuretanové elastomery se v Číně používají především v podrážkách a vložkách cestovní obuvi, kožené obuvi, sportovní obuvi, sandálů atd. Používají se především v podrážkách speciálních sportovních bot, které v zahraničí vyžadují odolnost proti opotřebení a elasticitu. Design lze diverzifikovat. TPU pata pro vysokou odolnost proti oděru. Tepelně rozložitelné pěnidlo může být přidáno při vstřikování, aby se vyrobil pěnový TPU elastický materiál obuvi.
F. Vystýlka a vysekávací šablona pro tvarování plechových dílů atd.
Při děrování dílů z tenkého plechu běžnými ocelovými matricemi se na lomové ploše často vyskytují otřepy. Technologie lisování nahrazující tradiční ocelovou formu polyuretanovou pryží je skokem v technologii lisování plechů, která může výrazně zkrátit výrobní cyklus formy, prodloužit životnost formy, snížit výrobní náklady na lisované díly a zlepšit kvalita povrchu a rozměrová přesnost dílů, zvláště vhodný pro Je vhodný pro zkušební výrobu malých a středních sérií a kusových výrobků a je vhodnější pro tenké a složité lisované díly. V linkách na výrobu dlaždic a keramiky může použití forem pro obložení PU elastomerem snížit výrobní náklady, zlepšit efektivitu výroby a výnos. Polyuretan lze použít k výrobě betonových forem. Polyuretanové formy lze použít k reprodukci různých vzorů a výrobě dekorativních bloků. Při lisovací výrobě kovových forem se místo kovových pružin jako nárazníkové komponenty používají polyuretanové elastomerové tyče, trubky a talířové podložky, s vysokou elasticitou, pružností, tlakem Vysoká pevnost v deformaci, bez poškození formy.
G. Lékařské elastomerové výrobky
Lékařské polyuretanové elastomery jsou v zahraničí především termoplastické polyuretany, v malém množství jsou i lité polyuretanové elastomery a mikrocelulární elastomery. Díky své vysoké pevnosti, odolnosti proti opotřebení, biokompatibilitě a absenci změkčovadel a dalších inertních aditiv s malými molekulami zaujímají polyuretanové elastomery důležitou pozici v lékařských polymerních materiálech. Mezi zdravotnické polyuretanové výrobky patří polyuretanové gastroskopické hadice, lékařské hadice, umělé a membránové a zapouzdřovací materiály, polyuretanové elastické obinadla, tracheální návleky atd. [14].
h. Trubky
S využitím pružnosti, vysoké pevnosti v tahu, rázové houževnatosti, odolnosti proti nízkým teplotám, vysoké teplotní odolnosti a vysoké pevnosti v tlaku polyuretanových elastomerů lze z nich vyrobit různé hadice a tvrdé trubky, jako jsou vysokotlaké hadice, lékařské katétry, olejové trubky , potrubí pro přívod vzduchu, potrubí pro přívod paliva, hadice pro barvy, požární hadice, potrubí pro přívod plynu atd. Uretanové potrubí se většinou vytlačuje z termoplastického polyuretanu.
