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聚氨酯弹性体的基本特性

来源:www.xygcsl.com发表时间:2017-09-29

聚氨酯弹性体虽因原料、制法的不同,它们的性能有一定的差异,但由于有相同的结构,因而也有着一系列共同的性质。聚氨酯弹性体的弹性模最介于橡胶与塑料之间,最大的特点在于既有高硬度,又有高弹性,这种性能是其他橡胶与塑料所没有的。另外耐磨耗性非常优秀也是它的优点之一。因此,聚氨酯弹性体的用途并不限于橡胶方面,而可以制成各种高分子材料的产品。

聚氨酯弹性体分聚酯与聚醚两类,从物理性能进行比较,可以看到一般低硬度弹性体以聚酯型的性能较好,而聚醚型较差。高硬度的弹性体制品则以聚醚型为优。

另外聚酯的耐油性、耐热性及与金属的粘接性都较好,而耐水解性、耐寒性及耐菌性等性能则以聚醚型为好。

以二元胺硫化的聚醚类聚氨酯弹性体,分子间氢键所形成的二级交联键对机械强度有相当大的影响。随着温度升高氢键力逐渐减弱,物理性能降低,然而此时亦完全能够比得上普通橡胶的强度。一般聚氨酯弹性体连续长期使用的温度为80℃~90℃,短时间可到120℃左右。耐低温性能较好,聚酯型的聚氨酯弹性体脆性温度为-40℃,而聚醚型橡胶达-80℃~-70℃,但是在低温下较易变硬。

聚氨酯弹性体的耐油和耐溶剂性一般都是好的,特别对于润滑油和燃料油具有良好的耐溶胀性。常温下对大多数溶剂的抗耐性均优于丁腈橡胶,但随着温度的升高,即使在没显膨胀的情况下,其性能也迅速下降。聚氨酯弹性体在芳族溶剂或极性溶剂中会发生溶胀,聚四氢呋喃醚型聚氨酯浇注胶的耐油与耐溶剂性能见表5-4所示。

性能数据表性能数据表


聚氨酯弹性体由于存在着耐水解性能差的缺点,在应用方面受到某些限制,聚酯型聚氨酯弹性体比聚醚型聚氨酯弹性体耐水解性能要差,后者的耐水解性为前者的5~10倍。因为聚醚型聚氨酯键中最易水解的链段为氨基甲酸酯,比聚酯型聚氨酯易水解的羧酸酯键要牢固得多,另外醚键是很耐水解的。

水对聚氨酯弹性体的作用有两种:一种是由所吸的水产生增塑作用。即所吸的水与聚氨酯聚合物中的极性基形成氢键,使聚合物本身分子间的氢键削弱,从而使物理性能降低,但此吸水过程是可逆的,干燥后物理性能又复归当初。聚酯型的这种吸水率要比聚醚型低一些,在饱和吸水状态下拉伸强度的降低率聚酯型为10%,聚醚型高达20%。

另一种作用是所吸的水使聚氨酯橡胶水解,此为不可逆过程。由聚氨酯弹性体在100℃的水中浸泡时的失重结果可知,聚醚型聚氨酯弹性体浸8星期后失重在2%以下,而聚酯型聚氨酯弹性体浸4 星期后失重60%,8 星期后完全分解,而且可回收己二酸。

通过各种实验可以推断出,聚氨酯弹性体中各种基团的耐水解性能依下列顺序递降:醚》氨基甲酸酯>脲、缩二脲》酯。

聚醚型与聚酯型聚氨酯弹性体耐水解性能的比较如图5-1所示。

曲线数据图曲线数据图



聚氨酯弹性体经长时间的日光照射会变色发暗,物理机械性能逐渐降低,添加少量防老剂与紫外线吸收剂可以提高耐气候性能,而添加少量着色剂或炭黑则能显著提高耐气候性能。聚氨酯弹性体结构中没有不饱和键,故其耐臭氧性能极佳。将试片置于浓度为百万分之三的臭氧中,在拉伸20%的状态下经500h 后未发现任何异状。聚酯型聚氨酯弹性体防霉菌性极差,由它制成的电缆护套在有一定湿度的仓库中就能被霉菌所降解而不能使用,因而在配方中必须添加适量的杀菌剂,而聚醚型的抗菌性则很好。

聚氨酯弹性体在电器方面作为绝缘材料使用较普遍,聚氨酯硫化胶的介电性能相当于天然胶,聚四氢呋喃醚型聚氨酯浇注胶可以在100℃以下的温度使用到100kHz左右的频率。

聚氨酯弹性体拉伸强度较高:一般可达28~42MPa。但不同类型的聚氨酯弹性体略有差别,混炼型最低为28MPa,浇注型最高达42MPa,热塑型弹性体居中,为35MPa。伸长率一般可达400%~600%,最大为1000%。

聚氨酯的弹性比较高,但是它的滞后损失比较大,因此生热也高。这就是聚氨酯弹性体制品在多次弯曲或高速滚动负荷条件下经常损坏的原因。

聚氨酯弹性体制品的硬度范围较其他橡胶都宽广,最低为邵尔硬度10,其中大多数制品具有45~95 的硬度。硬度高于70 时,拉伸强度和定伸应力都高于天然橡胶;在80~90时,拉伸强度、定伸应力和撕裂强度却相当高。 

聚氨酯硫化胶具有非常高的撕裂强度,最高可达62kN/m。但随试验温度的升高,撕裂强度迅速下降,比丁苯橡胶下降速度要快得多。在100℃~110℃的温度下,聚氨酯弹性体的撕裂强度与丁苯橡胶相当,温度再升高,撕裂强度就更低。

聚氨酯弹性体的耐磨性均比一般橡胶好得多,聚氨酯硫化胶的耐磨性比天然胶高9倍,比丁苯胶高1~3倍,在磨耗剧烈的使用条件下,用聚氨酯制橡胶零件的耐磨性要比用其他橡胶制的零件高10 倍以上。但必须注意的是耐磨性在实际条件下还受生热、温度、热老化及臭氧作用等因素的影响。

 但由于聚氨酯弹性体滞后生热量大,如用于飞机、汽车轮胎等高速行驶并承受反复压缩变形的条件下,热量发散较慢,易积蓄热量,而其耐热温度仅80℃~100℃,因此其制品易损坏,只适宜制作低速运转及薄的制品。



  

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