热塑性含氟聚氨酯弹性体的研制(2)
致 谢 25
参考文献 26
1.绪论
1.1 聚氨酯弹性体简述
聚氨酯(PU)全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团(NHCOO)的大分子化合物的统称。它是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等—料制成的聚合物。通过改变—料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，还可含有醚、酯、脲、缩二脲，脲基甲酸酯等基团。图1为聚氨酯反应结构图。
图1 聚氨酯的反应结构图
1.1.1 聚氨酯材料制备来源和发现
聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。目前，聚氨酯材料已经在交通运输、冶金、建筑、轻工(造纸、制鞋、皮革)、印刷和印染等工业领域得到广泛应用，其消费量也越来越大。用于制备聚氨酯的多元醇大部分以石化产品为—料制成。由于石油价格不断上涨，而且资源日渐枯竭，人们不得不寻求基于天然产物的聚醚多元醇以部分或者全部取代现用的聚醚多元醇。
1849年德国化学家沃尔茨（Wurze）用烷基硫酸盐与氰酸钾进行复分解反应合成了烷基异氰酸酯。接着化学家霍夫曼（A.W.Hoffmann)在1850年成功合成了苯异氰酸酯。后来亨切尔（Hentschel)等人在1884年合成了异氰酸酯。 由于，只需要简单修改配方，便可获得不同的密度、弹性、刚性等物理性能。目前，已大量替代玻璃纤文保温材料、木材、传统橡胶制品等 。聚氨酷弹性体是通常弹性体中特殊的一类,其原料品种多,配方可变性较大,可调范围很宽,聚氨酷弹性体能在很宽的硬度范围内保持很好的弹性和良好的机械性能,所以聚氨酯弹性体的性能范围很宽,是介于橡胶和塑料之间的一类高分子材料如图1.1所示。
图1.1 硬段和软缎
1.1.2 TPU的主要特性有：
硬度范围广：通过改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品，而且随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性和耐磨性。
机械强度高：TPU制品的承载能力、抗冲击性及减震性能突出。
耐寒性突出：TPU的玻璃态转变温度比较低，在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能。
加工性能好：TPU可采用常见的热塑性材料的加工方法进行加工，如注塑、挤出、压延等等。同时，TPU与某些高分子材料共同加工能够得到性能互补的聚合物合金。
TPU作为弹性体是介于橡胶和塑料之间的一种材料，这从它的刚性看出来，TPU的刚性可由弹性模量来度量。橡胶的弹性模量通常在1~10Mpa，TPU在10~1000Mpa，塑料（尼龙，ABS，PC，POM）在1000~10000Mpa。TPU 的硬度范围相当宽，从Shore A 60~Shore D 80并且在整个硬度范围内具有高弹性；TPU在很宽的温度范围内-40~120℃，具有柔性，而不需要增塑剂； TPU对油类（矿物油，动植物油脂和润滑油）和许多溶剂有良好的抵抗能力；TPU 还有良好的耐天候性，极优的耐高能射线性能。众所周知的耐磨性，抗撕裂性，屈扰强度都是优良的；拉伸强度高，伸长率大，长期压缩永久变形率低等都是TPU的显著优点。
这里介绍的TPU性能包括二个方面：力学性能，物理性能。力学性能：TPU弹性体的力学性能主要包括：硬度，拉伸强度，压缩性能，撕裂强度，回弹性和耐磨性能，耐屈扰性等，而TPU 弹性塑料的力学性能，除这些性能外，还有较高剪切强度和冲击功等。
（a）硬度：硬度是材料抵抗变形，刻痕和划伤的能力的一种指标。TPU硬度通常用邵尔A（Shore A）和邵尔D（shore D）硬度计测定，邵尔A用于比较软的TPU，邵尔D用于较硬的TPU。硬度主要由TPU结构中的硬段含量来决定，硬段含量越高，TPU的硬度就会随之上升。硬度上升后，TPU的其他性能也会发生改变，拉伸模量和撕裂强度增加，刚性和压缩应力（负荷能力）增加，伸长率降低，密度和动态生热增加，耐环境性能增加。TPU的硬度与温度存在一定关系。从室温冷却降温至突变温度（-4~-12℃），硬度无明显变化；在突变温度下，TPU硬度突然增加而变得很硬并失去弹性，这是由于软段结晶作用的结果。
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