Poliuretanski elastomer, poznat i kao poliuretanski elastomer, je polimerni sintetički materijal koji sadrži više uretanskih grupa u glavnom lancu. Uglavnom se sastoji od oligomera kao što su poliester, polieter i poliolefin. Nastaje postupnim dodavanjem i polimerizacijom poliola, poliizocijanata i diola ili produživača diaminskih lanaca. To je elastičan materijal između obične gume i plastike, odnosno ima visoku elastičnost gume i visoku čvrstoću plastike. Ima veliko istezanje i širok raspon tvrdoće; njegova otpornost na habanje, biokompatibilnost i kompatibilnost s krvlju su posebno izvanredni. U isto vrijeme, također ima odličnu otpornost na ulje, otpornost na udarce, otpornost na niske temperature, otpornost na zračenje i otpornost na opterećenje, toplinsku izolaciju, izolaciju i druga svojstva. Stoga su polja primjene poliuretanskih elastomera vrlo široka. Postao je nezamjenjiv i vrijedan materijal u narodnoj privredi i životu ljudi.
Poliuretanski elastomer ima širok spektar svojstava, što je usko povezano s njegovom strukturom, a njegova struktura ovisi o mnogim faktorima kao što su reaktanti, vrijeme reakcije, temperatura reakcije, pa čak i male promjene u sadržaju vode mogu uzrokovati poliuretanske elastomere Ogromna razlika u mehaničkim svojstvima .
1. Pregled poliuretanskih elastomera
Poliuretanski elastomer, poznat i kao poliuretanska guma, pripada specijalnoj sintetičkoj gumi i vrsta je elastičnog polimera koji sadrži više uretanskih grupa (-NHCOO-) u glavnom lancu molekula. To je tipičan multi-blok kopolimer materijal. . Poliuretanski elastomeri se obično pripremaju poliadicionom reakcijom koristeći polimer poliole, izocijanate, produžnike lanca, sredstva za umrežavanje i malu količinu pomoćnih sredstava kao sirovine. U smislu molekularne strukture, poliuretanski elastomer (PUE) je blok polimer, a njegov molekularni lanac se uglavnom sastoji od dva dijela. Pri normalnoj temperaturi, jedan dio je u visoko elastičnom stanju, koji se naziva meki segment; Kristalno stanje se naziva tvrdi segment. Općenito, mekani segment se sastoji od dugog fleksibilnog lanca polimer poliola, a tvrdi segment se sastoji od izocijanata i produljivača lanca. Meki i tvrdi segment su naizmjenično raspoređeni tako da formiraju ponavljajuće strukturne jedinice. Pored uretanske grupe, glavni lanac poliuretanske molekule sadrži i polarne grupe kao što su eter, ester ili urea grupa. Zbog postojanja velikog broja ovih polarnih grupa mogu se formirati vodikove veze u molekuli poliuretana i između molekula, a meki segment i tvrdi segment su termodinamički nekompatibilni, što dovodi do stvaranja tvrdog i mekog segmenta. segmentira mikrodomen i proizvodi mikroskopsku strukturu za razdvajanje faza. Linearni poliuretani također mogu formirati fizičke poprečne veze kroz vodoničnu vezu. Ove strukturne karakteristike čine da poliuretanski elastomeri imaju odličnu otpornost na habanje i žilavost, poznatu kao "guma otporna na habanje" [1], a budući da postoji mnogo varijanti poliuretanskih sirovina, raznolikost i omjer sirovina mogu se prilagoditi za sintetizaciju proizvoda sa različite karakteristike performansi. proizvodi, za izradu poliuretanskih elastomera koji se široko koriste u oblasti nacionalne privrede. Iako proizvodnja poliuretanskog elastomera ne čini mali udio poliuretanskih proizvoda, njegova raznolikost i širok raspon primjena su neusporedivi s drugim materijalima. Poliuretanski elastomer ima odlična sveobuhvatna svojstva, a njegov modul je između obične gume i plastike. Ima sljedeće karakteristike: ①Visoku čvrstoću i elastičnost, može održati visoku elastičnost u širokom rasponu tvrdoće (Shore A10-Shore D75); ②Pod istom tvrdoćom, ima veću nosivost od ostalih elastomera; ③ Odlična otpornost na habanje, njegova otpornost na habanje je 2-10 puta veća od prirodne gume; ④ Dobra otpornost na zamor i otpornost na vibracije, pogodna za aplikacije sa skretanjem visoke frekvencije; ⑤ Visoka otpornost na udarce; ⑥ Otpornost na aromatični poliuretan Odlična otpornost na zračenje, otpornost na kiseonik i ozon; ⑦ Odlična otpornost na masti i hemikalije; ⑧ Općenito, potrebna niska tvrdoća se može postići bez plastifikatora, tako da nema problema uzrokovanih migracijom plastifikatora; ⑨ Prerada i niski troškovi obrade; ⑩Obični poliuretan se ne može koristiti iznad 100 stepeni, ali formula može izdržati visoku temperaturu od 140 stepeni. U normalnim okolnostima, u poređenju sa metalnim materijalima, proizvodi od poliuretanskog elastomera imaju prednosti male težine, otpornosti na gubitke, niskog zvuka, niskih troškova obrade i otpornosti na koroziju; u usporedbi s gumom, poliuretanski elastomeri imaju otpornost na habanje, otpornost na rez, otpornost na kidanje, veliku nosivost, tečnost, pitke, prozirne ili prozirne, otpornost na ozon, raspon tvrdoće i druge prednosti; u odnosu na plastiku, poliuretanski elastomeri imaju prednosti nema krhkosti, elastične memorije, otpornosti na habanje itd. Postoje različite metode obrade poliesterskih elastomera, nove tehnologije i nove varijante se stalno pojavljuju, a izgledi za primjenu će biti vrlo široki [2] .
2. Tehnologija obrade poliuretanskog elastomera
U laboratoriji, poliuretanski elastomeri se općenito sintetiziraju metodama ručnog livenja predpolimera, uključujući metodu u jednom koraku, metodu prepolimera i metodu poluprepolimera.
Metoda u jednom koraku je dodavanje diizocijanata, poliola, katalizatora i drugih pomoćnih agenasa u formulu u jednom trenutku i izlivanje u kalup nakon miješanja velikom brzinom kako bi se pripremio proizvod poliuretanskog elastomera. Iako proizvod dobijen metodom u jednom koraku ima lošu ujednačenost performansi i ponovljivost, te može uneti veliki broj mjehurića zraka u reakcioni sistem, tako da u proizvodu postoji veliki broj proizvoda, proces ove metode je jednostavan, štedi energiju i smanjuje troškove, pa se ova metoda uglavnom koristi u industriji pjene, ali se rijetko koristi u proizvodnji livenih poliuretanskih elastomera [3]. Trenutno, s pojavom nekih novih procesa oblikovanja kao što je tehnologija reakcijskog brizganja (RIM), metoda u jednom koraku se također brže razvija.
Poliuretanski elastomer pripremljen metodom prepolimera podijeljen je u dva koraka, pa se naziva i dvostepena metoda. Prvo, oligomerni alkohol i višak poliizocijanata reaguju da bi se formirao predpolimer sa NCO grupom na krajnjoj grupi, a zatim polimer reaguje sa produžnim lancem tokom livenja da bi se dobio poliuretanski elastomer. Ova metoda se najviše koristi u proizvodnji poliuretanske elastičnosti. Nedostatak je što je predpolimer osjetljiv na temperaturu, zahtijeva visoku opremu tokom livenja i ima dug proces. Razlika između metode poluprepolimera i metode prepolimera je u tome što se neki poliester polioli ili polieterpolioli, produžitelji lanca, hemijski aditivi, itd. dodaju predpolimeru u obliku mješavine. Odnosno, oligomer poliol u formuli se dijeli na dijelove, jedan dio reaguje sa viškom diizocijanata da bi se sintetizovao prepolimer, a drugi deo se meša sa produžnim lanca i dodaje tokom ubrizgavanja. Maseni udio slobodnog NCO u rezultirajućem prepolimeru je relativno visok, općenito 0.12-0.15 (12 posto - posto), pa se ovaj predpolimer često naziva "kvazi-prepolimer". Karakteristike metode polu-prepolimera: ① Viskozitet prepolimerne komponente je nizak i može se podesiti tako da bude sličan viskozitetu miješane komponente sredstva za očvršćavanje; ② Omjer je također blizak (tj. maseni omjer miješanja može biti 1:1). Ovo ne samo da poboljšava ujednačenost miješanja, već i poboljšava neka svojstva elastičnosti. Ova metoda je laka za realizaciju industrijalizacije: među gornje tri metode, općenito govoreći, najbolje performanse ima poliuretanski elastomer pripremljen prepolimerskom metodom, a metoda u jednom koraku ima najgore performanse. To je zato što se u metodi u jednom koraku, polimerizacija i reakcija produžetka lanca provode u isto vrijeme. U kasnijoj fazi reakcije, zbog naglog povećanja viskoznosti sistema, aktivnost molekularnog lanca kontroliše se reakcijom difuzije, reakcija nije potpuna, a molekulska težina dobijenog poliuretanskog elastomera je relativno mala. Struktura nije ujednačena, što utiče na performanse poliuretanskog elastomera. U procesu prepolimer metode, reakcija poliuretanskog predpolimera i reakcija između poliuretanskog predpolimera i produljivača lanca odvijaju se korak po korak, i sve su to reakcije koje se mogu kontrolirati. Reakcija je relativno temeljita, a dobijeni poliuretanski elastičan. Masivna molekulska masa je relativno velika i struktura je relativno ujednačena, što pogoduje stvaranju vodoničnih veza između makromolekula, čime se poboljšavaju performanse poliuretanskog elastomera. Svojstva poliuretanskog elastomera pripremljenog metodom poluprepolimera su između metode prepolimera i metode u jednom koraku, a temperatura reakcije je niska, što je pogodno za industrijsku proizvodnju. Ovaj rad razmatra odnos između strukture i svojstava poliuretanskih elastomera, koji su svi sintetizirani metodom prepolimera.
3. Struktura i svojstva poliuretanskih elastomera
Mehanička svojstva poliuretanskih elastomera direktno su povezana sa unutrašnjom strukturom poliuretanskih elastomera, a na njihovu mikrostrukturu i morfologiju snažno utiče interakcija između polarnih grupa, kao što su tip, struktura i morfologija mekih i tvrdih segmenata. Mehanička svojstva i toplinska otpornost poliuretanskih elastomera. Posljednjih godina ljudi su počeli proučavati vezu između mehaničkih svojstava poliuretanskih elastomera i njihovih agregiranih struktura i mikrostruktura.
a. Mikrofazna struktura razdvajanja poliuretanskog elastomera
Na svojstva poliuretana uglavnom utiče morfološka struktura makromolekularnog lanca. Jedinstvena fleksibilnost i odlična fizička svojstva poliuretana mogu se objasniti dvofaznom morfologijom. Stupanj razdvajanja mikrofaza i dvofazna struktura mekih i tvrdih segmenata u poliuretanskim elastomerima su kritični za njihov učinak. Umjereno odvajanje faza je korisno za poboljšanje svojstava polimera. Proces razdvajanja mikrofaznog odvajanja je da razlika u polarnosti između tvrdog segmenta i mekog segmenta i kristalnost samog tvrdog segmenta dovode do njihove termodinamičke nekompatibilnosti (nemešljivosti) i sklonosti spontanom razdvajanju faza, pa je tvrdi segment lak. da se agregiraju kako bi formirali domene, koji su raspršeni u kontinuiranoj fazi formiranoj od mekih segmenata. Proces mikrofaznog odvajanja je zapravo proces odvajanja i agregacije ili kristalizacije tvrdog segmenta u elastomeru iz kopolimernog sistema.
Fenomen poliuretanske mikrofazne separacije prvi je predložio američki naučnik Cooper. Nakon toga provedeno je mnogo istraživanja na strukturi poliuretana [4]. Istraživanje agregatne strukture poliuretana također je napredovalo, formirajući relativno cjelovitu strukturu. Teorija mikrofazne strukture sistema [5]: u blok poliuretanskom sistemu, mikrofazno razdvajanje tvrdog segmenta i mekog segmenta je izazvano termodinamičkom nekompatibilnošću između segmenta i mekog segmenta. Privlačna sila segmenata između tvrdih segmenata je mnogo veća od sile segmenata između mekih segmenata. Tvrdi segmenti su nerastvorljivi u fazi mekog segmenta, ali su raspoređeni u njoj, formirajući diskontinuiranu mikrofaznu strukturu (struktura more-ostrvo). On igra ulogu fizičkog povezivanja i ojačavanja u mekom segmentu. U procesu odvajanja mikrofaza, povećana interakcija između tvrdih segmenata će olakšati odvajanje tvrdih segmenata iz sistema i agregirati ili kristalizirati, promovišući razdvajanje mikrofaza. Naravno, postoji određena kompatibilnost između plastične faze i gumene faze, a faze između plastičnih mikro-domena i gumenih mikro-domena se miješaju kako bi se formirala protočna faza. Istovremeno, predloženi su i drugi modeli koji se odnose na razdvajanje mikrofaza, kao što je Seymour [6] i drugi koji su predložili da regioni obogaćeni tvrdim segmentom i mekim segmentom formiraju kontinuiranu umreženu mrežu jedni s drugima. Paik Sung i Schneide [7] su predložili realističniji model strukture razdvajanja mikrofaza: stepen mikrofazne separacije u uretanu je nesavršen, nije u potpunosti mikrofazni koegzistencija, ali uključuje mješovite jedinice mekog segmenta. Dolazi do miješanja segmenata u mikrodomenu, što ima određeni stepen uticaja na morfologiju i mehanička svojstva materijala. Mekani segment sadrži tvrde segmente, što može dovesti do promjene temperature staklastog prijelaza mekog segmenta. Jasno poboljšan, sužavajući raspon materijala koji se koriste u okruženjima niskih temperatura. Uključivanje mekih segmenata u domene tvrdog segmenta može smanjiti temperaturu staklastog prijelaza domena tvrdog segmenta, čime se smanjuje otpornost materijala na toplinu.
b. Ponašanje vodoničnog vezivanja poliuretanskih elastomera
Vodikove veze postoje između grupa koje sadrže atome dušika i atoma kisika sa jakom elektronegativnošću i grupa koje sadrže atome vodika. Energija kohezije grupa povezana je sa veličinom kohezivne energije grupa. Jake vodonične veze uglavnom postoje između segmenata. Prema izvještajima, većina imin grupa u različitim grupama poliuretanskih makromolekula može formirati vodikove veze, a većinu njih formiraju iminske grupe i karbonilne grupe u tvrdom segmentu, a mali dio se formira s eter kisikom. u mekom segmentu. formirana grupa ili ester karbonil. U poređenju sa silom veze intramolekularnih hemijskih veza, sila vodonične veze je mnogo manja. Međutim, postojanje velikog broja vodoničnih veza u polarnim polimerima je takođe jedan od važnih faktora koji utiču na performanse. Vodikove veze su reverzibilne. Na nižim temperaturama, bliski raspored polnih segmenata pospješuje stvaranje vodoničnih veza: na višim temperaturama segmenti primaju energiju i podliježu toplinskom kretanju, razmak između segmenata i molekula se povećava, a vodikove veze slabe ili čak nestaju. Vodikove veze igraju ulogu fizičkog umrežavanja, što može učiniti da poliuretansko tijelo ima veću čvrstoću, otpornost na abraziju, otpornost na rastvarače i manju vlačnu trajnu deformaciju. Što je više vodikovih veza, to su jače međumolekularne sile i veća je čvrstoća materijala. Količina vodoničnih veza direktno utiče na stepen mikrofazne diferencijacije sistema [8].
c. Kristalnost
Linearni poliuretan sa pravilnom strukturom, polarnijim i rigidnijim grupama, više međumolekularnih vodoničnih veza i dobrom kristalinom, poboljšao je neka svojstva poliuretanskog materijala, kao što su čvrstoća i otpornost na rastvarače. Tvrdoća, čvrstoća i tačka omekšavanja poliuretanskih materijala se povećavaju sa povećanjem kristalnosti, dok se istezanje i rastvorljivost shodno tome smanjuju. Za neke primjene, poput jednokomponentnih termoplastičnih poliuretanskih ljepila, potrebna je brza kristalizacija da bi se postigla početna ljepljivost. Neki termoplastični poliuretanski elastomeri se brže oslobađaju zbog svoje visoke kristalnosti. Kristalni polimeri često postaju neprozirni zbog anizotropije lomljene svjetlosti. Ako se mala količina razgranatih ili visećih grupa unese u kristalne linearne poliuretanske makromolekule, kristalnost materijala se smanjuje. Kada se gustina umrežavanja poveća do određene mjere, meki segment gubi svoju kristalnost. Kada se materijal rasteže, vlačni napon čini orijentiranim molekularni lanac mekog segmenta i poboljšava se pravilnost, poboljšava se kristalnost poliuretanskog elastomera, a time se i čvrstoća materijala. Što je jači polaritet tvrdog segmenta, to je pogodnije za poboljšanje energije rešetke poliuretanskog materijala nakon kristalizacije. Za polieter poliuretan, sa povećanjem sadržaja tvrdog segmenta, polarne grupe se povećavaju, povećava se intermolekularna sila tvrdog segmenta, povećava se stepen razdvajanja mikrofaza, mikrodomena tvrdog segmenta postepeno formira kristalizaciju, a kristalnost se povećava sa tvrdim segmentom. sadržaj. Postepeno povećavajte čvrstoću materijala.
d. Utjecaj strukture mekog segmenta na svojstva poliuretanskog elastomera
Oligomerni polioli kao što su polieteri i poliesteri čine meke segmente. Meki segment čini većinu poliuretana, a svojstva poliuretana pripremljenog od različitih oligomer poliola i diizocijanata su različita. Fleksibilni (meki) segment poliuretanskih elastomera uglavnom utiče na elastična svojstva materijala i značajno doprinosi njegovim niskim temperaturama i vlačnim svojstvima. Zbog toga je parametar Tg mekog segmenta izuzetno važan, a drugo, kristalnost, tačka topljenja i kristalizacija izazvana deformacijom su takođe faktori koji utiču na njegova krajnja mehanička svojstva. Poliuretanski elastomeri i pjene od poliestera sa jakim polaritetom kao mekim segmentima imaju bolja mehanička svojstva. Budući da poliuretan napravljen od poliester poliola sadrži veliku polarnu estersku grupu, ne mogu se formirati samo vodikove veze između tvrdih segmenata, već i polarne grupe na mekom segmentu mogu djelomično stupiti u interakciju sa tvrdim segmentima. Polarne grupe formiraju vodonične veze, tako da faza tvrdog segmenta može biti ravnomjernije raspoređena u fazi mekog segmenta, koja djeluje kao elastična tačka umrežavanja. Neki poliesterski polioli mogu formirati kristalizaciju mekog segmenta na sobnoj temperaturi, što utiče na svojstva poliuretana. Čvrstoća, otpornost na ulje i termičko oksidativno starenje poliester poliuretanskog materijala veći su od PPG polieter poliuretanskog materijala, ali je otpornost na hidrolizu lošija od otpornosti polieterskog tipa. Politetrahidrofuran (PTMG) poliuretan je lako formirati kristale zbog svoje pravilne strukture molekulskog lanca, a njegova snaga je uporediva sa poliester poliuretanom. Uopšteno govoreći, etersku grupu mekog segmenta polieter poliuretana lako je rotirati iznutra, ima dobru fleksibilnost i ima odlične performanse na niskim temperaturama, a nema estarske grupe koja se relativno lako hidrolizira u polieter poliolnom lancu, a njegova otpornost na hidrolizu Bolja od poliester poliuretana. Ugljik eterske veze polieterskog mekog segmenta lako se oksidira i formira peroksidne radikale, što rezultira nizom reakcija oksidativne degradacije. Poliuretan sa polibutadienskim molekulskim lancem kao mekim segmentom ima slab polaritet, lošu kompatibilnost između mekih i tvrdih segmenata i slabu čvrstoću elastomera. Zbog steričke smetnje, meki segment koji sadrži bočni lanac ima slabe vodonične veze, slabu kristalnost, a čvrstoća je lošija od one kod istog glavnog lanca mekog segmenta bez poliuretana bočne grupe. Molekularna težina mekog segmenta utiče na mehanička svojstva poliuretana. Uopšteno govoreći, pod pretpostavkom da je molekulska težina poliuretana ista, čvrstoća poliuretanskog materijala opada sa povećanjem molekulske težine mekog segmenta; ako je mekani segment poliesterski lanac, čvrstoća polimernog materijala polako opada s povećanjem molekularne težine poliesterskog diola; Ako je mekani segment polieterski lanac, čvrstoća polimernog materijala opada s povećanjem molekularne težine polieter glikola, ali raste istezanje. To je zbog visokog polariteta esterskog mekog segmenta i velike intermolekularne sile, koja može djelomično nadoknaditi smanjenje čvrstoće poliuretanskog materijala zbog povećanja molekularne težine i povećanja sadržaja mekog segmenta. Mekani segment polietera je slabog polariteta. Ako se molekularna težina poveća, sadržaj tvrdog segmenta u odgovarajućem poliuretanu se smanjuje, što rezultira smanjenjem čvrstoće materijala. Zhu Jinhua et al. [9] sintetizirali su seriju poliuretanskih blok kopolimera i graft kopolimera koji sadrže različite meke segmente i testirali njihova dinamička mehanička svojstva. Rezultati su pokazali da kompatibilnost poliuretanskih kopolimera i lanca makromolekula S obzirom na strukturu, prisustvo lanaca graft ima značajan uticaj na kompatibilnost i svojstva prigušenja poliuretanskih blok kopolimera. Općenito, učinak molekularne težine mekog segmenta na otpornost i svojstva termičkog starenja poliuretanskih elastomera nije značajan. Kristaliničnost mekog segmenta ima veliki doprinos kristalnosti linearnog poliuretana. Uopšteno govoreći, kristalnost je korisna za povećanje čvrstoće poliuretana. Ali ponekad kristalizacija smanjuje fleksibilnost materijala na niskim temperaturama, a kristalni polimeri su često neprozirni. Kako bi se izbjegla kristalizacija, integritet molekula se može smanjiti, kao što je korištenje kopoliestera ili kopolieter poliola, ili miješanog poliola, miješanog produživača lanca, itd.
e. Utjecaj tvrdog segmenta na svojstva poliuretanskog elastomera
Struktura tvrdog segmenta jedan je od glavnih faktora koji utječu na toplinsku otpornost poliuretanskih elastomera. Struktura diizocijanata i produljivača lanca koji čine segment poliuretanskog elastomera je različita, što također utiče na otpornost na toplinu. Tvrdi segment poliuretanskog materijala sastoji se od poliizocijanata i produžetka lanca. Sadrži jake polarne grupe kao što su uretanska grupa, aril grupa i supstituisana urea grupa. Obično se kruti segment formiran od aromatičnog izocijanata nije lako promijeniti i rasteže se na sobnoj temperaturi. u obliku štapa. Tvrdi segmenti obično utiču na visokotemperaturna svojstva poliuretana, kao što su omekšavanje, temperatura topljenja. Uobičajeno korišćeni diizocijanati su TDI, MDI, IPDI, PPDI, NDI, itd., najčešće korišćeni alkoholi su etilen glikol, -butandiol, heksandiol, itd., a najčešće korišćeni amini MOCA, EDA, DETDA itd. Tip tvrdog segmenta se bira prema željenim mehaničkim svojstvima polimera, kao što su maksimalna temperatura upotrebe, otpornost na vremenske prilike, rastvorljivost, itd., a treba uzeti u obzir i njegovu ekonomičnost. Različite strukture diizocijanata mogu uticati na pravilnost tvrdog segmenta i formiranje vodoničnih veza, čime imaju veći uticaj na čvrstoću elastomera. Uopšteno govoreći, aromatični prsten koji sadrži izocijanat čini da tvrdi segment ima veću krutost i energiju kohezije, što općenito povećava snagu elastomera.
Kruti segment koji sadrži urea grupu sastavljenu od diizocijanata i diaminskog produživača lanca vrlo je lako formirati plastičnu mikrodomenu zbog velike kohezije uree grupe, a poliuretan sastavljen od ovog krutog segmenta je sklon mikrofazi. razdvajanje. Uopšteno govoreći, što je veća krutost krutog segmenta koji čini poliuretan, lakše dolazi do razdvajanja mikrofaza. U poliuretanu, što je veći sadržaj krutog segmenta, veća je vjerovatnoća da će doći do razdvajanja mikrofaza.
Produživač lanca je povezan sa strukturom tvrdog segmenta poliuretanskog elastomera i ima veliki uticaj na performanse elastomera. U poređenju sa poliuretanom produženog lanca alifatskog diola, poliuretan produženog lanca koji sadrži aromatični prsten diamin ima veću čvrstoću, jer produžni lanac amina može formirati vezu uree, a polaritet veze uree je veći od polariteta uretanske veze . Štaviše, razlika u parametrima rastvorljivosti između tvrdog segmenta veze uree i mekog segmenta polietera je velika, tako da tvrdi segment poliuree i meki segment polietera imaju veću termodinamičku nekompatibilnost, što čini da poliuretanurea ima bolju mikrofaznu separaciju. [10], stoga poliuretan s produženim dijaminskim lancem ima veću mehaničku čvrstoću, modul, viskoelastičnost, otpornost na toplinu i bolje performanse na niskim temperaturama od poliuretana s produženim lancem diola. Poliuretanski elastomeri za livenje uglavnom koriste aromatične diamine kao produžetke lanca jer poliuretanski elastomeri pripremljeni od njih imaju dobra sveobuhvatna svojstva. Xu Guangjie et al. [11] su izvijestili da su polioli karboksil estra pripremljeni reakcijom anhidrida maleinske kiseline s poliolima, a zatim reakcijom s drugim monomerima kao što su TDI-80, sredstva za umrežavanje i produžitelji lanca za pripremu poliola koji sadrže karboksil. Poliuretanski predpolimer je dispergovan u vodenom rastvoru trietanolamina da bi se dobio poliuretan na bazi vode, a proučavan je uticaj vrste i količine produljivača lanca na performanse smole, te je utvrđeno da je produživač aminskog lanca efikasniji od produživač hidroksilnog lanca Korisno je poboljšati mehanička svojstva smole. Upotreba bisfenola A kao produljivača lanca može ne samo poboljšati mehanička svojstva smole, već i povećati temperaturu staklastog prijelaza smole, proširiti širinu unutrašnjeg vrha trenja i poboljšati temperaturni raspon smole u stanju kože [ 12]. Struktura produživača dijaminskog lanca koji se koristi u poliuretanskoj urei direktno utječe na vodoničnu vezu, kristalizaciju i odvajanje mikrofazne strukture u materijalu, te u velikoj mjeri određuje performanse materijala [13]. S povećanjem sadržaja tvrdog segmenta, vlačna čvrstoća i tvrdoća poliuretanskog materijala postupno su se povećavale, a rastezanje pri lomu se smanjivalo. To je zato što postoji mikrofazno razdvajanje između faze sa određenim stepenom kristalnosti koju formira tvrdi segment i amorfne faze formirane od mekog segmenta, a kristalno područje tvrdog segmenta deluje kao efektivna tačka umrežavanja. Također igra sličnu ulogu kao i ojačanje punilom za amorfni dio mekog segmenta. Kada se sadržaj poveća, pojačava se efekat ojačanja i efektno umrežavanje tvrdog segmenta u mekom segmentu, što podstiče povećanje čvrstoće materijala.
f. Utjecaj umrežavanja na svojstva poliuretanskih elastomera
Umjereno intramolekularno umrežavanje može povećati tvrdoću, temperaturu omekšavanja i modul elastičnosti poliuretanskih materijala, te smanjiti istezanje pri prekidu, trajnu deformaciju i bubrenje u otapalima. Za poliuretanske elastomere, pravilno umrežavanje može proizvesti materijale odlične mehaničke čvrstoće, visoke tvrdoće, elastičnosti i odlične otpornosti na habanje, otpornost na ulje, otpornost na ozon i otpornost na toplinu. Međutim, ako je umrežavanje pretjerano, svojstva kao što su vlačna čvrstoća i istezanje mogu se smanjiti. U blok poliuretanskim elastomerima, hemijsko umrežavanje se može podijeliti u dvije kategorije: (1) upotreba trifunkcionalnih produžitelja lanca (kao što je TMP) za formiranje strukture umrežavanja; (2) upotreba viška izocijanata za reakciju da bi se formirao dikondenzat Urea (preko grupa uree) ili alofanat (preko uretanskih grupa) umrežavanje. Umreženje ima značajan uticaj na stepen vodonične veze, a formiranje poprečnih veza u velikoj meri smanjuje stepen vodonične veze materijala, ali hemijsko umrežavanje ima bolju termičku stabilnost od fizičkog umrežavanja izazvanog vodoničnim vezom. Kada su učinci kemijske mreže umrežavanja na morfologiju, mehanička svojstva i termička svojstva poliuretanskih elastomera uree proučavani pomoću FT-IR i DSC, ustanovljeno je da poliuretanski urea elastomeri s različitim mrežama umrežavanja imaju različite morfologije. Kako gustoća raste, povećava se stupanj mikrofaznog miješanja elastomera, temperatura staklastog prijelaza mekog segmenta se značajno povećava, a vlačna čvrstoća elastomera od 300 posto postepeno raste, dok se istezanje pri lomljenju postepeno smanjuje. Kada , mehanička svojstva (zatezna čvrstoća i čvrstoća na kidanje) elastomera dostižu najviše.
4. Primjena poliuretanskih elastomera
a. Primjena u proizvodnji uglja, rudarstvu, metalurgiji i drugim industrijama
Poliuretanski elastomeri su najnemetalni materijali koji zadovoljavaju zahtjeve rudnika i mogu zamijeniti neke metalne materijale. Proizvodi od poliuretanskog elastomera za planine uključuju sitaste ploče, elastomerne obloge, transportne trake i slično. Sita od poliuretanske gume uključuju sita za relaksaciju, zatezna sita, sita s prorezima, itd. Poliuretanska gumena sita ima karakteristike odlične otpornosti na habanje, vodootpornosti, otpornosti na ulje, apsorpcije vibracija i smanjenja buke, visoke čvrstoće, jakog spajanja sa metalnim okvirom, niske buka, dobar efekat samočišćenja, olakšava opterećenje mašine za ekran, štedi potrošnju energije i produžava vreme rada na ekranu. Vijek trajanja mašine, visok kvalitet prosijavanja. Mnoga rudarska oprema kao što su tresač, specijalni koncentratori, flotacijske mašine, koncentratori, spiralna korita, pulverizatori, koncentratori, cijevi i koljena, kontaktni materijali kao što je šljunak i zahtijevaju obloge otporne na habanje; rudarske monošinske dizalice Pogonski kotač od uretana sa čeličnim jezgrom, poliuretanska transportna traka otporna na vatru i antistatik, TPU omotač kabela opreme, prsten za prašinu, apsorpcija udara itd., poliuretanski elastomer je poželjan materijal.
b. Valjak od poliuretanske gume
Valjak od poliuretanske gume je vrsta poliuretanskog gumenog proizvoda sa odličnim performansama, koji je uglavnom napravljen od čelika ili željeza prekrivenog slojem poliuretanskog elastomera postupkom livenja. Prema nameni razlikuju se: gumirani valjci za preradu žitarica, gumeni valjci za ekstruziju i gumeni valjci za pulpiranje u industriji papira, valjci za izvlačenje žice, valjci za crtanje i valjci za rezanje u tekstilnoj industriji, drvo, staklo i ambalaža Prenosni ležajni gumeni valjci koriste se u industriji, razni gumeni valjci za mašine za štampanje i bojenje, mali gumeni valjci za razne instrumente, prenosni gumeni valjci za transportne sisteme, gumeni valjci za štampanje, gumeni valjci za prenos metala za hladno valjanje, valjci za premazivanje boje metalne čelične ploče itd., guma sloj ovih gumenih valjaka može biti izrađen od poliuretanskog elastomera. Većina gumenih valjaka proizvodi se postupkom livenja. Općenito, čelično jezgro se postavlja u centar cilindričnog kalupa, a elastomer se lijeva. Posebni krevetići mogu koristiti centrifugalno ili spin livenje. Spin livenje eliminiše potrebu za kalupima i koristi vulkanizaciju na sobnoj temperaturi za livenje elastomernih sistema, smanjujući ukupno vreme obrade.
c. Točkovi i gume od poliuretanske gume
Poliuretanski elastomer ima veliku nosivost, otpornost na habanje, otpornost na ulje i čvrsto je vezan za metalni okvir. Može se koristiti za proizvodnju gumenih valjaka koji se široko koriste u različitim mehanizmima prijenosa, kao što su; proizvodne trake transportnih traka, vodećih valjaka, klizača za žičare, itd. Što se tiče sporta i zabave, kotači vrhunskih rolera i skutera izrađeni su od poliuretana. Točak od uretanske gume također ima karakteristike otpornosti na ulje, dobre žilavosti i jakog prianjanja. Poliuretan se takođe koristi u malim elektronskim i preciznim transmisijama instrumenata, raznim univerzalnim točkovima itd. Tu su i gume od mikro pene, gume punjene PU penom itd.
d. Mehanički pribor
Razni brtveni prstenovi, blokovi za amortizaciju, spojnice, automobilski lanci za snijeg, itd.
e. Materijal za cipele
Poliuretanski elastomer ima karakteristike dobre amortizacije, male težine, otpornosti na habanje, protiv klizanja, itd., i dobre performanse obrade. Postao je važan sintetički materijal za obuću u industriji obuće, praveći sportsku obuću kao što su patike za bejzbol, loptice za golf i fudbal. , potplate, potpetice, kapice za prste, kao i skijaške čizme, zaštitne cipele, cipele za slobodno vrijeme, itd. Poliuretanski materijali koji se koriste za materijale za cipele uključuju livene mikroćelijske elastomere i termoplastične poliuretanske elastomere, itd., a đonovi od mikroćelijskog elastomera su glavni . Poliuretanski mikroćelijski elastomer je male težine i dobre otpornosti na habanje. Favoriziraju ga proizvođači cipela. Proizvod je male gustine i mnogo je lakši od tradicionalnih gumenih potplata i PVC materijala za cipele. Mikroporozni poliuretanski elastomeri se uglavnom koriste u potplatima i ulošcima putnih cipela, kožnih cipela, sportskih cipela, sandala itd. u Kini. Uglavnom se koriste u potplatima specijalne sportske obuće koja zahtijeva otpornost na habanje i elastičnost u inostranstvu. Dizajn može biti raznolik. TPU peta za visoku otpornost na habanje. Termički razgradljivo sredstvo za pjenjenje može se dodati u brizganje kako bi se napravio pjenasti TPU elastični materijal za cipele.
f. Predložak za oblaganje i slepljenje kalupa za oblikovanje dijelova od lima itd.
Prilikom probijanja tankih limenih dijelova konvencionalnim čeličnim kalupima, na površini loma često postoje neravnine. Tehnologija štancanja zamjene tradicionalnog čeličnog kalupa poliuretanskom gumom je iskorak u tehnologiji štancanja limova, koja može uvelike skratiti ciklus proizvodnje kalupa, produžiti vijek trajanja kalupa, smanjiti troškove proizvodnje oblikovanih dijelova i poboljšati kvalitet površine i tačnost dimenzija delova, posebno pogodan za Pogodan je za probnu proizvodnju malih i srednjih serija i jednodelnih proizvoda, a pogodniji je za tanke i složene delove za štancanje. U proizvodnim linijama pločica i keramike, upotreba kalupa za oblaganje od PU elastomera može smanjiti troškove proizvodnje, poboljšati efikasnost proizvodnje i prinos. Poliuretan se može koristiti za izradu betonskih kalupa. Poliuretanski kalupi se mogu koristiti za reprodukciju različitih uzoraka i izradu ukrasnih blokova. U proizvodnji štancanja metalnih kalupa, poliuretanske elastomerne šipke, cijevi i pločasti jastučići koriste se umjesto metalnih opruga kao tampon komponenti, sa visokom elastičnošću, fleksibilnošću, kompresijom. Visoka deformacijska čvrstoća, bez oštećenja kalupa.
g. Medicinski proizvodi od elastomera
Medicinski poliuretanski elastomeri su uglavnom termoplastični poliuretani u inostranstvu, a postoji i mala količina livenih poliuretanskih elastomera i mikroćelijskih elastomera. Zbog svoje visoke čvrstoće, otpornosti na habanje, biokompatibilnosti i bez plastifikatora i drugih inertnih aditiva malih molekula, poliuretanski elastomeri zauzimaju važno mjesto u medicinskim polimernim materijalima. Medicinski poliuretanski proizvodi uključuju poliuretanska crijeva za gastroskop, medicinska crijeva, umjetne i dijafragme i materijale za inkapsulaciju, poliuretanske elastične zavoje, trahealne rukave, itd. [14].
h. Cijevi
Koristeći fleksibilnost, visoku vlačnu čvrstoću, otpornost na udar, otpornost na niske temperature, otpornost na visoke temperature i visoku čvrstoću na pritisak poliuretanskih elastomera, može se napraviti u razna crijeva i tvrde cijevi, kao što su crijeva visokog pritiska, medicinski kateteri, cijevi za ulje , cijevi za dovod zraka, cijevi za dovod goriva, crijeva za farbanje, vatrogasna crijeva, cijevi za dovod plina, itd. Uretanske cijevi su uglavnom ekstrudirane od termoplastičnog poliuretana.
