El elastómero de poliuretano, también conocido como elastómero de poliuretano, es un material sintético polimérico que contiene más grupos de uretano en la cadena principal. Generalmente se compone de oligómeros como poliéster, poliéter y poliolefina. Se forma por la adición y polimerización gradual de polioles, poliisocianatos y extensores de cadena dioles o diaminas. Es un material elástico entre el caucho y el plástico en general, es decir, tiene la alta elasticidad del caucho y la alta resistencia del plástico. Tiene una gran elongación y un amplio rango de dureza; destaca especialmente su resistencia al desgaste, biocompatibilidad y compatibilidad con la sangre. Al mismo tiempo, también tiene una excelente resistencia al aceite, resistencia al impacto, resistencia a bajas temperaturas, resistencia a la radiación y resistencia a la carga, aislamiento térmico, aislamiento y otras propiedades. Por tanto, los campos de aplicación de los elastómeros de poliuretano son muy amplios. Se ha convertido en un material indispensable y valioso en la economía nacional y en la vida de las personas.
El elastómero de poliuretano tiene una amplia gama de propiedades, que está estrechamente relacionada con su estructura, y su estructura depende de muchos factores, como los reactivos, el tiempo de reacción, la temperatura de reacción e incluso pequeños cambios en el contenido de agua pueden causar elastómeros de poliuretano. Gran diferencia en las propiedades mecánicas. .
1. Descripción general de los elastómeros de poliuretano
El elastómero de poliuretano, también conocido como caucho de poliuretano, pertenece al caucho sintético especial y es un tipo de polímero elástico que contiene más grupos de uretano (-NHCOO-) en la cadena principal de la molécula. Es un material típico de copolímero multibloque. . Los elastómeros de poliuretano generalmente se preparan mediante una reacción de poliadición utilizando polioles poliméricos, isocianatos, extensores de cadena, agentes de reticulación y una pequeña cantidad de agentes auxiliares como materias primas. En términos de estructura molecular, el elastómero de poliuretano (PUE) es un polímero de bloque, y su cadena molecular generalmente se compone de dos partes. A temperatura normal, una parte se encuentra en un estado muy elástico, llamado segmento blando; El estado cristalino se llama segmento duro. Generalmente, el segmento blando se compone de una cadena larga y flexible de poliol polimérico, y el segmento duro se compone de isocianato y extensor de cadena. El segmento blando y el segmento duro están dispuestos alternativamente para formar unidades estructurales repetitivas. Además del grupo uretano, la cadena principal de la molécula de poliuretano también contiene grupos polares como éter, éster o grupo urea. Debido a la existencia de una gran cantidad de estos grupos polares, se pueden formar enlaces de hidrógeno en la molécula de poliuretano y entre las moléculas, y el segmento blando y el segmento duro son termodinámicamente incompatibles, lo que induce la formación del segmento duro y el segmento blando. microdominio de segmento y produce una estructura de separación de fase microscópica. Los poliuretanos lineales también pueden formar enlaces cruzados físicos a través de enlaces de hidrógeno. Estas características estructurales hacen que los elastómeros de poliuretano tengan una excelente resistencia al desgaste y tenacidad, lo que se conoce como "goma resistente al desgaste" [1], y debido a que existen muchas variedades de materias primas de poliuretano, la variedad y la proporción de materias primas se pueden ajustar para sintetizar productos con diferentes características de rendimiento. Productos, fabricación de elastómeros de poliuretano ampliamente utilizados en el campo de la economía nacional. Aunque la producción de elastómero de poliuretano no representa una pequeña proporción de los productos de poliuretano, su variedad y amplia gama de aplicaciones no tienen comparación con otros materiales. El elastómero de poliuretano tiene excelentes propiedades integrales y su módulo se encuentra entre el caucho y el plástico en general. Tiene las siguientes características: ①Alta resistencia y elasticidad, puede mantener una alta elasticidad en un amplio rango de dureza (Shore A10-Shore D75); ②Bajo la misma dureza, tiene mayor capacidad de carga que otros elastómeros; ③ Excelente resistencia al desgaste, su resistencia al desgaste es 2-10 veces mayor que la del caucho natural; ④ Buena resistencia a la fatiga y resistencia a la vibración, adecuado para aplicaciones de desviación de alta frecuencia; ⑤ Alta resistencia al impacto; ⑥ Resistencia al poliuretano aromático Excelente resistencia a la radiación, al oxígeno y al ozono; ⑦ Excelente resistencia a grasas y productos químicos; ⑧ Generalmente, la baja dureza requerida se puede lograr sin plastificante, por lo que no hay problema causado por la migración del plastificante; ⑨ Moldeado y bajo costo de procesamiento; ⑩El poliuretano ordinario no se puede usar por encima de los 100 grados, pero la fórmula puede soportar altas temperaturas de 140 grados. En circunstancias normales, en comparación con los materiales metálicos, los productos de elastómero de poliuretano tienen las ventajas de peso ligero, resistencia a la pérdida, bajo sonido, bajos costos de procesamiento y resistencia a la corrosión; en comparación con el caucho, los elastómeros de poliuretano tienen resistencia al desgaste, resistencia al corte, resistencia al desgarro, alta capacidad de carga, vertible, potable, transparente o translúcido, resistencia al ozono, rango de dureza y otras ventajas; En comparación con los plásticos, los elastómeros de poliuretano tienen las ventajas de no ser quebradizos, memoria elástica, resistencia al desgaste, etc. Existen varios métodos de procesamiento para los elastómeros de poliéster, surgen constantemente nuevas tecnologías y nuevas variedades, y las perspectivas de aplicación serán muy amplias [2] .
2. Tecnología de procesamiento de elastómero de poliuretano.
En el laboratorio, los elastómeros de poliuretano generalmente se sintetizan mediante métodos de prepolímero de fundición manual, incluido el método de un solo paso, el método de prepolímero y el método de semiprepolímero.
El método de un solo paso es agregar el diisocianato, el poliol, el catalizador y otros agentes auxiliares en la fórmula al mismo tiempo y verterlo en el molde después de agitar a alta velocidad para preparar el producto de elastómero de poliuretano. Aunque el producto obtenido por el método de un solo paso tiene poca uniformidad y repetibilidad, y puede introducir una gran cantidad de burbujas de aire en el sistema de reacción, por lo que hay una gran cantidad de productos en el producto, el proceso de este método es simple, ahorra energía y reduce costos, por lo que este método se usa principalmente en Se usa en la industria de la espuma, pero rara vez se usa en la producción de elastómeros de poliuretano moldeados [3]. En la actualidad, con la aparición de algunos nuevos procesos de moldeo, como la tecnología de moldeo por inyección de reacción (RIM), el método de un solo paso también se ha desarrollado más rápidamente.
El elastómero de poliuretano preparado por el método del prepolímero se divide en dos pasos, por lo que también se le llama método de dos pasos. En primer lugar, el alcohol oligómero y el exceso de poliisocianato se hacen reaccionar para formar un prepolímero con un grupo NCO en el grupo final, y luego el polímero se hace reaccionar con un extensor de cadena durante la colada para preparar un elastómero de poliuretano. Este método se utiliza principalmente en la producción de elasticidad de poliuretano. La desventaja es que el prepolímero es sensible a la temperatura, requiere equipo pesado durante la colada y tiene un proceso largo. La diferencia entre el método del semi-prepolímero y el método del prepolímero es que algunos poliéster polioles o poliéter polioles, alargadores de cadena, aditivos químicos, etc. se añaden al prepolímero en forma de mezcla. Es decir, el poliol oligómero de la fórmula se divide en partes, una parte se hace reaccionar con un exceso de diisocianato para sintetizar el prepolímero y la otra parte se mezcla con extensor de cadena y se agrega durante la inyección. La fracción de masa de NCO libre en el prepolímero resultante es relativamente alta, generalmente 0.12-0.15 (12 por ciento - por ciento), por lo que este prepolímero a menudo se denomina "cuasi-prepolímero". Las características del método de semi-prepolímero: ① La viscosidad del componente de prepolímero es baja y se puede ajustar para que sea similar a la viscosidad del componente mixto del agente de curado; ② La relación también es cercana (es decir, la relación de masa de mezcla puede ser 1:1). Esto no solo mejora la uniformidad de la mezcla, sino que también mejora algunas propiedades de elasticidad. Este método es fácil de realizar industrialización: entre los tres métodos anteriores, en términos generales, el elastómero de poliuretano preparado por el método de prepolímero tiene el mejor rendimiento, y el método de un solo paso tiene el peor rendimiento. Esto se debe a que en el método de un solo paso, las reacciones de polimerización y extensión de cadena se llevan a cabo al mismo tiempo. En la última etapa de la reacción, debido al fuerte aumento de la viscosidad del sistema, la actividad de la cadena molecular está controlada por la reacción de difusión, la reacción no está completa y el peso molecular del elastómero de poliuretano obtenido es relativamente pequeña. La estructura no es uniforme, lo que afecta el desempeño del elastómero de poliuretano. En el proceso del método del prepolímero, la reacción del prepolímero de poliuretano y la reacción entre el prepolímero de poliuretano y el extensor de cadena se llevan a cabo paso a paso, y todas son reacciones controlables. La reacción es relativamente completa y el poliuretano obtenido es elástico. El peso molecular a granel es relativamente grande y la estructura es relativamente uniforme, lo que conduce a la formación de enlaces de hidrógeno entre macromoléculas, lo que mejora el rendimiento del elastómero de poliuretano. Las propiedades del elastómero de poliuretano preparado por el método del semiprepolímero se encuentran entre el método del prepolímero y el método de un solo paso, y la temperatura de reacción es baja, lo cual es adecuado para la producción industrial. Este artículo analiza la relación entre la estructura y las propiedades de los elastómeros de poliuretano, todos los cuales se sintetizan mediante el método de prepolímero.
3. Estructura y propiedades de los elastómeros de poliuretano
Las propiedades mecánicas de los elastómeros de poliuretano están directamente relacionadas con la estructura interna de los elastómeros de poliuretano, y su microestructura y morfología se ven fuertemente afectadas por la interacción entre los grupos polares, como el tipo, estructura y morfología de los segmentos blandos y duros. Propiedades mecánicas y resistencia al calor de elastómeros de poliuretano. En los últimos años se ha comenzado a estudiar la relación entre las propiedades mecánicas de los elastómeros de poliuretano y sus estructuras y microestructuras agregadas.
una. Estructura de separación de microfases de elastómero de poliuretano.
Las propiedades del poliuretano se ven afectadas principalmente por la estructura morfológica de la cadena macromolecular. La flexibilidad única y las excelentes propiedades físicas del poliuretano pueden explicarse por la morfología de dos fases. El grado de separación de microfases y la estructura de dos fases de los segmentos blandos y duros de los elastómeros de poliuretano son fundamentales para su rendimiento. La separación de fases moderada es beneficiosa para mejorar las propiedades del polímero. El proceso de separación de la separación de microfases es que la diferencia de polaridad entre el segmento duro y el segmento blando y la cristalinidad del propio segmento duro conducen a su incompatibilidad termodinámica (inmiscibilidad) y una tendencia a la separación espontánea de fases, por lo que el segmento duro es fácil. Agregarse para formar dominios, que se dispersan en la fase continua formada por los segmentos blandos. El proceso de separación de microfases es en realidad el proceso de separación y agregación o cristalización del segmento duro en el elastómero del sistema de copolímero.
El fenómeno de la separación de microfases de poliuretano fue propuesto por primera vez por el académico estadounidense Cooper. Después de eso, se realizó una gran cantidad de trabajo de investigación sobre la estructura del poliuretano [4]. La investigación sobre la estructura agregada del poliuretano también avanzó, formando una estructura relativamente completa. La teoría de la estructura de microfase del sistema [5]: en el sistema de bloque de poliuretano, la separación de microfase del segmento duro y el segmento blando es inducida por la incompatibilidad termodinámica entre el segmento y el segmento blando. La fuerza de atracción de los segmentos entre los segmentos duros es mucho mayor que la de los segmentos entre los segmentos blandos. Los segmentos duros son insolubles en la fase del segmento blando, pero se distribuyen en ella formando una estructura de microfase discontinua (estructura isla-mar). Desempeña un papel de enlace físico y refuerzo en el segmento blando. En el proceso de separación de microfases, la mayor interacción entre los segmentos duros facilitará la separación de los segmentos duros del sistema y se agregarán o cristalizarán, promoviendo la separación de microfases. Por supuesto, existe cierta compatibilidad entre la fase plástica y la fase de caucho, y las fases entre los microdominios de plástico y los microdominios de caucho se mezclan para formar una fase de flujo continuo. Al mismo tiempo, también se han propuesto otros modelos relacionados con la separación de microfases, como Seymour [6] y otros propusieron que las regiones enriquecidas en segmento duro y segmento blando forman una red reticulada continua entre sí. Paik Sung y Schneide [7] propusieron un modelo de estructura de separación de microfases más realista: el grado de separación de microfases en el uretano es imperfecto, no es una coexistencia total de microfases, pero incluye unidades mixtas de segmentos blandos. Existe una mezcla entre segmentos en el microdominio, lo que tiene cierto grado de influencia en la morfología y propiedades mecánicas del material. El segmento blando contiene segmentos duros, lo que puede provocar un cambio en la temperatura de transición vítrea del segmento blando. Brillantemente mejorado, reduciendo la gama de materiales utilizados en entornos de baja temperatura. La inclusión de segmentos blandos en los dominios de segmentos duros puede reducir la temperatura de transición vítrea de los dominios de segmentos duros, reduciendo así la resistencia al calor del material.
b. Comportamiento de enlaces de hidrógeno de elastómeros de poliuretano
Los enlaces de hidrógeno existen entre grupos que contienen átomos de nitrógeno y átomos de oxígeno con electronegatividad fuerte y grupos que contienen átomos de hidrógeno. La energía cohesiva de los grupos está relacionada con el tamaño de la energía cohesiva de los grupos. Los enlaces de hidrógeno fuertes existen principalmente entre los segmentos. Según los informes, la mayoría de los grupos imina en los diversos grupos de macromoléculas de poliuretano pueden formar enlaces de hidrógeno, y la mayoría de ellos están formados por los grupos imina y los grupos carbonilo en el segmento duro, y una pequeña parte se forma con el oxígeno del éter. en el segmento blando. grupo o éster carbonilo formado. En comparación con la fuerza de enlace de los enlaces químicos intramoleculares, la fuerza de enlace de hidrógeno es mucho menor. Sin embargo, la existencia de una gran cantidad de enlaces de hidrógeno en los polímeros polares también es uno de los factores importantes que afectan el rendimiento. Los puentes de hidrógeno son reversibles. A temperaturas más bajas, la disposición cercana de los segmentos sexuales promueve la formación de enlaces de hidrógeno: a temperaturas más altas, los segmentos reciben energía y experimentan un movimiento térmico, la distancia entre los segmentos y las moléculas aumenta y los enlaces de hidrógeno se debilitan o incluso desaparecen. Los enlaces de hidrógeno desempeñan el papel de la reticulación física, lo que puede hacer que el cuerpo de poliuretano tenga mayor resistencia, resistencia a la abrasión, resistencia a los solventes y menor deformación permanente por tracción. Cuantos más enlaces de hidrógeno, más fuertes son las fuerzas intermoleculares y mayor es la resistencia del material. La cantidad de enlaces de hidrógeno afecta directamente el grado de diferenciación de microfases del sistema [8].
C. cristalinidad
El poliuretano lineal con estructura regular, grupos más polares y rígidos, más enlaces de hidrógeno intermoleculares y buena cristalinidad ha mejorado algunas propiedades del material de poliuretano, como la fuerza y la resistencia a los solventes. La dureza, la resistencia y el punto de reblandecimiento de los materiales de poliuretano aumentan con el aumento de la cristalinidad, mientras que la elongación y la solubilidad disminuyen en consecuencia. Para algunas aplicaciones, como los adhesivos de poliuretano termoplástico de un componente, se requiere una cristalización rápida para obtener la adherencia inicial. Algunos elastómeros de poliuretano termoplástico se liberan más rápido debido a su alta cristalinidad. Los polímeros cristalinos a menudo se vuelven opacos debido a la anisotropía de la luz refractada. Si se introduce una pequeña cantidad de grupos colgantes o ramificados en las macromoléculas de poliuretano lineal cristalino, la cristalinidad del material disminuye. Cuando la densidad de reticulación aumenta hasta cierto punto, el segmento blando pierde su cristalinidad. Cuando el material se estira, la tensión de tracción orienta la cadena molecular del segmento blando y mejora la regularidad, mejora la cristalinidad del elastómero de poliuretano y mejora correspondientemente la resistencia del material. Cuanto más fuerte sea la polaridad del segmento duro, más conducente a la mejora de la energía reticular del material de poliuretano después de la cristalización. Para poliuretano de poliéter, con el aumento del contenido de segmento duro, los grupos polares aumentan, la fuerza intermolecular del segmento duro aumenta, el grado de separación de microfase aumenta, el microdominio del segmento duro forma gradualmente cristalización y la cristalinidad aumenta con el segmento duro. contenido. Aumente gradualmente la resistencia del material.
d. Influencia de la estructura del segmento blando en las propiedades del elastómero de poliuretano
Los polioles oligoméricos, como los poliéteres y los poliésteres, forman los segmentos blandos. El segmento blando representa la mayor parte del poliuretano, y las propiedades del poliuretano preparado a partir de diferentes oligómeros polioles y diisocianatos son diferentes. El segmento flexible (suave) de los elastómeros de poliuretano afecta principalmente a las propiedades elásticas del material y contribuye significativamente a sus propiedades a baja temperatura y de tracción. Por lo tanto, el parámetro Tg del segmento blando es extremadamente importante y, en segundo lugar, la cristalinidad, el punto de fusión y la cristalización inducida por deformación también son factores que afectan sus propiedades mecánicas finales. Elastómeros de poliuretano y espumas de poliéster con fuerte polaridad ya que los segmentos blandos tienen mejores propiedades mecánicas. Debido a que el poliuretano hecho de poliéster poliol contiene un gran grupo éster polar, no solo se pueden formar enlaces de hidrógeno entre los segmentos duros, sino que también los grupos polares en el segmento blando pueden interactuar parcialmente con los segmentos duros. Los grupos polares forman enlaces de hidrógeno, de modo que la fase del segmento duro puede distribuirse más uniformemente en la fase del segmento blando, que actúa como un punto de reticulación elástico. Algunos polioles de poliéster pueden formar una cristalización de segmentos blandos a temperatura ambiente, lo que afecta las propiedades del poliuretano. La fuerza, la resistencia al aceite y el envejecimiento por oxidación térmica del material de poliuretano de poliéster son más altos que los del material de poliuretano de poliéter PPG, pero la resistencia a la hidrólisis es peor que la del tipo de poliéter. El poliuretano de politetrahidrofurano (PTMG) es fácil de formar cristales debido a su estructura de cadena molecular regular, y su resistencia es comparable a la del poliuretano de poliéster. En términos generales, el grupo éter del segmento blando del poliéter poliuretano es fácil de rotar internamente, tiene buena flexibilidad y tiene un excelente rendimiento a bajas temperaturas, y no hay ningún grupo éster que sea relativamente fácil de hidrolizar en la cadena de poliéter poliol, y su resistencia a la hidrólisis Mejor que el poliéster poliuretano. El carbono del enlace éter del segmento blando de poliéter se oxida fácilmente para formar radicales de peróxido, lo que da como resultado una serie de reacciones de degradación oxidativa. El poliuretano con cadena molecular de polibutadieno como segmento blando tiene una polaridad débil, poca compatibilidad entre los segmentos blandos y duros, y poca resistencia del elastómero. Debido al impedimento estérico, el segmento blando que contiene la cadena lateral tiene enlaces de hidrógeno débiles, mala cristalinidad y la resistencia es peor que la de la misma cadena principal del segmento blando sin poliuretano del grupo lateral. El peso molecular del segmento blando tiene un efecto sobre las propiedades mecánicas del poliuretano. En términos generales, suponiendo que el peso molecular del poliuretano sea el mismo, la resistencia del material de poliuretano disminuye con el aumento del peso molecular del segmento blando; si el segmento blando es una cadena de poliéster, la resistencia del material polimérico disminuye lentamente con el aumento del peso molecular del poliéster diol; Si el segmento blando es una cadena de poliéter, la resistencia del material polimérico disminuye con el aumento del peso molecular del poliéter glicol, pero aumenta la elongación. Esto se debe a la alta polaridad del segmento blando de éster y la gran fuerza intermolecular, que puede compensar parcialmente la disminución de la resistencia del material de poliuretano debido al aumento del peso molecular y al aumento del contenido de segmento blando. El segmento blando de poliéter es débil en polaridad. Si el peso molecular aumenta, el contenido del segmento duro en el poliuretano correspondiente disminuye, dando como resultado una disminución en la resistencia del material. Zhu Jinhua et al. [9] sintetizó una serie de copolímeros de bloque de poliuretano y copolímeros de injerto que contenían diferentes segmentos blandos y probó sus propiedades mecánicas dinámicas. Los resultados mostraron que la compatibilidad de los copolímeros de poliuretano y la cadena de macromoléculas relacionadas con la estructura, la presencia de cadenas de injerto tiene un efecto significativo en la compatibilidad y las propiedades amortiguadoras de los copolímeros de bloque de poliuretano. Generalmente, el efecto del peso molecular del segmento blando sobre la resistencia y las propiedades de envejecimiento térmico de los elastómeros de poliuretano no es significativo. La cristalinidad del segmento blando tiene una gran contribución a la cristalinidad del poliuretano lineal. En términos generales, la cristalinidad es beneficiosa para aumentar la resistencia del poliuretano. Pero a veces la cristalización reduce la flexibilidad a baja temperatura del material y los polímeros cristalinos suelen ser opacos. Para evitar la cristalización, se puede reducir la integridad de la molécula, como usar copoliéster o copoliéter poliol, poliol mixto, extensor de cadena mixto, etc.
mi. Influencia del segmento duro en las propiedades del elastómero de poliuretano
La estructura del segmento duro es uno de los principales factores que afectan la resistencia al calor de los elastómeros de poliuretano. La estructura del diisocianato y extensor de cadena que componen el segmento de elastómero de poliuretano es diferente, lo que también afecta la resistencia al calor. El segmento duro del material de poliuretano está compuesto de poliisocianato y extensor de cadena. Contiene grupos polares fuertes como el grupo uretano, el grupo arilo y el grupo urea sustituida. Por lo general, el segmento rígido formado por el isocianato aromático no es fácil de cambiar y se estira a temperatura ambiente. en forma de varilla. Los segmentos duros generalmente afectan las propiedades de alta temperatura del poliuretano, como el reblandecimiento y la temperatura de fusión. Los diisocianatos de uso común son TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI, etc., los alcoholes de uso común son etilenglicol, -butanodiol, hexanodiol, etc., y las aminas de uso común son MOCA, EDA, DETDA, etc. El tipo de segmento duro se selecciona de acuerdo con las propiedades mecánicas deseadas del polímero, tales como temperatura máxima de uso, resistencia a la intemperie, solubilidad, etc., y también se debe considerar su economía. Diferentes estructuras de diisocianato pueden afectar la regularidad del segmento duro y la formación de enlaces de hidrógeno, lo que tiene un mayor impacto en la resistencia del elastómero. En términos generales, el anillo aromático que contiene isocianato hace que el segmento duro tenga mayor rigidez y energía cohesiva, lo que generalmente aumenta la resistencia del elastómero.
El segmento rígido que contiene el grupo urea compuesto por diisocianato y extensor de cadena de diamina es muy fácil de formar microdominios plásticos debido a la gran cohesión del grupo urea, y el poliuretano compuesto por este segmento rígido es propenso a la microfase. separación. En términos generales, cuanto mayor es la rigidez del segmento rígido que constituye el poliuretano, más fácil se produce la separación de microfases. En el poliuretano, cuanto mayor sea el contenido del segmento rígido, más probable es que se produzca la separación de microfases.
El extensor de cadena está relacionado con la estructura del segmento duro del elastómero de poliuretano y tiene una gran influencia en el rendimiento del elastómero. En comparación con el poliuretano de cadena extendida de diol alifático, el poliuretano de cadena extendida que contiene diamina de anillo aromático tiene mayor resistencia, porque el extensor de cadena de amina puede formar un enlace de urea, y la polaridad del enlace de urea es mayor que la del enlace de uretano. . Además, la diferencia en los parámetros de solubilidad entre el segmento duro del enlace de urea y el segmento blando del poliéter es grande, por lo que el segmento duro de la poliurea y el segmento blando del poliéter tienen una mayor incompatibilidad termodinámica, lo que hace que la poliuretanourea tenga una mejor separación de microfases. [10], por lo tanto, el poliuretano extendido con cadena de diamina tiene mayor resistencia mecánica, módulo, viscoelasticidad, resistencia al calor y mejor rendimiento a baja temperatura que el poliuretano extendido con cadena de diol. Los elastómeros de poliuretano de fundición utilizan principalmente diaminas aromáticas como extensores de cadena porque los elastómeros de poliuretano preparados a partir de ellos tienen buenas propiedades integrales. Xu Guangjie et al. [11] informó que los polioles de éster de carboxilo se prepararon haciendo reaccionar anhídrido maleico con polioles y luego reaccionando con otros monómeros como TDI-80, agentes de reticulación y extensores de cadena para preparar polioles que contienen carboxilo. El prepolímero de poliuretano se dispersó en una solución acuosa de trietanolamina para hacer poliuretano a base de agua, y se estudió la influencia del tipo y la cantidad de extensor de cadena en el rendimiento de la resina, y se encontró que el extensor de cadena de amina era más eficaz que el extensor de cadena de hidroxilo es beneficioso para mejorar las propiedades mecánicas de la resina. El uso de bisfenol A como extensor de cadena no solo puede mejorar las propiedades mecánicas de la resina, sino también aumentar la temperatura de transición vítrea de la resina, ampliar el ancho del pico de fricción interna y mejorar el rango de temperatura de la resina en estado de cuero. 12]. La estructura del extensor de cadena de diamina utilizado en la urea de poliuretano afecta directamente el enlace de hidrógeno, la cristalización y la separación de la estructura de microfase en el material, y determina en gran medida el rendimiento del material [13]. Con el aumento del contenido de segmento duro, la resistencia a la tracción y la dureza del material de poliuretano aumentaron gradualmente y disminuyó el alargamiento a la rotura. Esto se debe a que existe una separación de microfases entre la fase con cierto grado de cristalinidad formada por el segmento duro y la fase amorfa formada por el segmento blando, y la región cristalina del segmento duro actúa como punto de reticulación efectivo. También juega un papel similar al refuerzo de relleno para la región amorfa del segmento blando. Cuando aumenta el contenido, se mejoran el efecto de refuerzo y el efecto de reticulación efectivo del segmento duro en el segmento blando, lo que promueve el aumento de la resistencia del material.
F. Influencia de la reticulación en las propiedades de los elastómeros de poliuretano
La reticulación intramolecular moderada puede aumentar la dureza, la temperatura de reblandecimiento y el módulo de elasticidad de los materiales de poliuretano, y reducir el alargamiento a la rotura, la deformación permanente y la hinchazón en los disolventes. Para los elastómeros de poliuretano, la reticulación adecuada puede producir materiales con excelente resistencia mecánica, alta dureza, elasticidad y excelente resistencia al desgaste, al aceite, al ozono y al calor. Sin embargo, si la reticulación es excesiva, pueden reducirse propiedades como la resistencia a la tracción y el alargamiento. En los elastómeros de poliuretano en bloque, la reticulación química se puede dividir en dos categorías: (1) el uso de extensores de cadena trifuncionales (como TMP) para formar una estructura de reticulación; (2) el uso de exceso de isocianato para reaccionar para formar reticulación de urea dicondensada (a través de grupos de urea) o alofanato (a través de grupos de uretano). El entrecruzamiento tiene un efecto significativo en el grado de enlace de hidrógeno, y la formación de enlaces cruzados reduce en gran medida el grado de enlace de hidrógeno del material, pero el entrecruzamiento químico tiene una mejor estabilidad térmica que el entrecruzamiento físico causado por el enlace de hidrógeno. Cuando se estudiaron los efectos de la red de reticulación química en la morfología, las propiedades mecánicas y las propiedades térmicas de los elastómeros de poliuretano urea por medio de FT-IR y DSC, se encontró que los elastómeros de poliuretano urea con diferentes redes de reticulación tenían diferentes morfologías. A medida que aumenta la densidad, aumenta el grado de mezcla de microfases del elastómero, aumenta significativamente la temperatura de transición vítrea del segmento blando y aumenta gradualmente la resistencia a la tracción del 300 por ciento del elastómero, mientras que el alargamiento a la rotura disminuye gradualmente. Cuando , las propiedades mecánicas (resistencia a la tracción y resistencia al desgarro) del elastómero alcanzan su punto máximo.
4. Aplicaciones de elastómeros de poliuretano
una. Aplicación en preparación de carbón, minería, metalurgia y otras industrias.
Los elastómeros de poliuretano son los materiales más no metálicos que cumplen con los requisitos de las minas y pueden reemplazar algunos materiales metálicos. Los productos de elastómero de poliuretano para montañas incluyen placas de tamiz, revestimientos de elastómero, cintas transportadoras y similares. Los tamices de caucho de poliuretano incluyen tamices de relajación, tamices de tensión, tamices ranurados, etc. La placa de tamiz de caucho de poliuretano tiene las características de excelente resistencia al desgaste, resistencia al agua, resistencia al aceite, absorción de vibraciones y reducción de ruido, alta resistencia, fuerte unión con el marco de metal, baja Ruido, buen efecto de autolimpieza, aligerando la carga de la máquina de pantalla, ahorrando consumo de energía y prolongando el tiempo de pantalla. Vida útil de la máquina, alta calidad de cribado. Muchos equipos de minería, como agitadores, concentradores especiales, máquinas de flotación, concentradores, canaletas en espiral, pulverizadores, concentradores, tuberías y codos, materiales de contacto como grava y requieren revestimientos resistentes al desgaste; grúas monorriel para minería La rueda motriz de uretano con núcleo de acero, la cinta transportadora de poliuretano ignífugo y antiestático, el cable del equipo, la cubierta de TPU, el anillo antipolvo, la absorción de impactos, etc., el elastómero de poliuretano es el material preferido.
b. Rodillo de goma de poliuretano
El rodillo de caucho de poliuretano es un tipo de producto de caucho de poliuretano con un rendimiento excelente, que generalmente está hecho de acero o hierro cubierto con una capa de elastómero de poliuretano mediante un proceso de fundición. De acuerdo con el uso, hay: rodillos de goma para descascarillar para el procesamiento de granos, rodillos de goma para extrusión y rodillos de goma para pulpar en la industria del papel, rodillos de trefilado, rodillos de estirado y rodillos de corte en la industria textil, madera, vidrio y embalaje Rodillos de goma para cojinetes de transmisión utilizado en la industria, varios rodillos de goma para maquinaria de impresión y teñido, pequeños rodillos de goma para diversos instrumentos, rodillos de goma de transmisión para sistemas de transporte, rodillos de goma de impresión, rodillos de goma de transmisión de laminación en frío de metal, rodillos de revestimiento de color de placa de acero de metal, etc., el caucho La capa de estos rodillos de goma puede estar hecha de elastómero de poliuretano. La mayoría de los rodillos de goma se fabrican mediante el proceso de fundición. Generalmente, el núcleo de acero se coloca en el centro del molde cilíndrico y se funde el elastómero. Las cunas especiales pueden usar fundición centrífuga o fundición giratoria. La fundición giratoria elimina la necesidad de moldes y utiliza la vulcanización a temperatura ambiente para fundir sistemas de elastómeros, lo que reduce el tiempo total de procesamiento.
C. Ruedas y neumáticos de goma de poliuretano
El elastómero de poliuretano tiene una gran capacidad de carga, resistencia al desgaste, resistencia al aceite y está firmemente adherido al marco de metal. Puede ser utilizado para la fabricación de rodillos de caucho ampliamente utilizados en diversos mecanismos de transmisión, tales como; cintas transportadoras de línea de producción, rodillos guía, toboganes de teleférico, etc. En la dirección de los deportes y el entretenimiento, las ruedas de los patines y scooters de gama alta están todas hechas de poliuretano. La rueda de caucho de uretano también tiene las características de resistencia al aceite, buena tenacidad y fuerte adherencia. El poliuretano también se utiliza en pequeñas transmisiones de instrumentos electrónicos y de precisión, varias ruedas universales, etc. También hay neumáticos de microespuma, neumáticos rellenos de espuma de PU, etc.
d. Accesorios mecánicos
Varios anillos de sellado, bloques amortiguadores, acoplamientos, cadenas de nieve para automóviles, etc.
mi. Material del calzado
El elastómero de poliuretano tiene las características de buen rendimiento de amortiguación, peso ligero, resistencia al desgaste, antideslizante, etc., y buen rendimiento de procesamiento. Se ha convertido en un importante material sintético para zapatos en la industria del calzado, fabricando calzado deportivo como zapatos de béisbol, pelotas de golf y fútbol. , suelas, tacones, punteras, así como botas de esquí, zapatos de seguridad, zapatos casuales, etc. Los materiales de poliuretano utilizados para los materiales del calzado incluyen elastómeros microcelulares fundidos y elastómeros de poliuretano termoplástico, etc., y las suelas de elastómero microcelular son los principales . El elastómero microcelular de poliuretano es liviano y tiene buena resistencia a la abrasión. Es el favorito de los fabricantes de calzado. El producto tiene una baja densidad y es mucho más ligero que las suelas de goma tradicionales y los materiales de zapatos de PVC. Los elastómeros de poliuretano microporoso se utilizan principalmente en suelas y plantillas de zapatos de viaje, zapatos de cuero, zapatos deportivos, sandalias, etc. en China. Se utilizan principalmente en las suelas de zapatos deportivos especiales que requieren resistencia al desgaste y elasticidad en el exterior. El diseño se puede diversificar. Talón de TPU para una alta resistencia a la abrasión. El agente espumante que se descompone térmicamente se puede agregar en el moldeo por inyección para hacer un material de calzado elástico de TPU espumado.
F. Plantilla de troquelado y troquelado para conformar piezas de chapa, etc.
Cuando se punzonan piezas de láminas delgadas con troqueles de acero convencionales, a menudo hay rebabas en la superficie de fractura. La tecnología de estampado de reemplazo del molde de acero tradicional con caucho de poliuretano es un salto en la tecnología de estampado de láminas de metal, que puede acortar en gran medida el ciclo de fabricación del molde, prolongar la vida útil del molde, reducir el costo de producción de las piezas moldeadas y mejorar la calidad de la superficie y la precisión dimensional de las piezas, especialmente adecuado para Es adecuado para la producción de prueba de lotes pequeños y medianos y productos de una sola pieza, y es más adecuado para piezas de estampado delgadas y complejas. En las líneas de producción de baldosas y cerámica, el uso de moldes de revestimiento de elastómero de PU puede reducir los costos de producción, mejorar la eficiencia y el rendimiento de la producción. El poliuretano se puede utilizar para hacer moldes de hormigón. Los moldes de poliuretano se pueden utilizar para reproducir varios patrones y producir bloques decorativos. En la producción de estampado de moldes metálicos, se utilizan varillas, tubos y placas de elastómero de poliuretano en lugar de resortes metálicos como componentes amortiguadores, con alta elasticidad, flexibilidad, compresión, alta resistencia a la deformación, sin daños en el molde.
gramo. Productos médicos de elastómero
Los elastómeros de poliuretano médicos son principalmente poliuretanos termoplásticos en el extranjero, y también hay una pequeña cantidad de elastómeros de poliuretano fundido y elastómeros microcelulares. Debido a su alta resistencia, resistencia al desgaste, biocompatibilidad y ausencia de plastificantes y otros aditivos inertes de molécula pequeña, los elastómeros de poliuretano ocupan una posición importante en los materiales poliméricos médicos. Los productos médicos de poliuretano incluyen mangueras de gastroscopio de poliuretano, mangueras médicas, materiales artificiales y de diafragma y encapsulación, vendajes elásticos de poliuretano, manguitos traqueales, etc. [14].
H. Tubería
Utilizando la flexibilidad, la alta resistencia a la tracción, la resistencia al impacto, la resistencia a bajas temperaturas, la resistencia a altas temperaturas y la alta resistencia a la compresión de los elastómeros de poliuretano, se puede fabricar en varias mangueras y tuberías duras, como mangueras de alta presión, catéteres médicos, tuberías de aceite , tuberías de suministro de aire, tuberías de suministro de combustible, mangueras de pintura, mangueras contra incendios, tuberías de suministro de material de gas, etc. Las tuberías de uretano se extruyen principalmente a partir de poliuretano termoplástico.
