新型聚氨酯彈性體的類型和應用
發布時間：
2019-07-31
聚氨酯彈性體，也稱為聚氨酯橡膠，是一種分子鏈中含有較多氨基甲酸酯基團（-NHCOO-）的彈性體聚合物材料。它通常由低聚物多元醇、多異氰酸酯、鏈延長劑/交聯劑和少量添加劑制備而成。它通常由低聚物多元醇、多異氰酸酯、鏈延長劑/交聯劑和少量添加劑制備而成。鏈延長劑/交聯劑和少量輔助劑制備而成。
從分子結構的角度來看，聚氨酯彈性體是一種嵌段聚合物。通常由低聚物多元醇的柔性長鏈構成軟段，由二異氰酸酯和鏈延長劑構成硬段。硬段和軟段交替排列形成重復的結構單元。除了氨基甲酸酯基團外，聚氨酯分子內部和分子之間還可以形成氫鍵，在軟段和硬段中可以形成微相區，從而形成微相分離。這些結構特點使聚氨酯彈性體具有優異的耐磨性和韌性，被稱為“耐磨橡膠”。
聚氨酯彈性體具有優異的綜合性能，其模量介于普通橡膠和塑料之間。它具有以下特點：
1. 具有高強度和高彈性，可在較寬的硬度（邵氏A）范圍內保持高彈性（邵氏A10～邵氏D75）；
2. 在相同硬度下，承載能力高于其他彈性體；
3. 耐磨性優異，是天然橡膠的2～10倍；
4. 優異的耐油和耐化學性；芳香族聚氨酯的耐輻射性；優異的耐氧性和耐臭氧性；良好的耐疲勞性和耐振動性，適用于高頻撓曲應用；
5. 高抗沖擊性；良好的低溫柔韌性；通常無需增塑劑即可達到所需的低硬度，因此不存在增塑劑遷移引起的問題；
6. 普通聚氨酯不能在100℃以上使用，但采用特殊配方，可耐受140℃高溫；成型和加工成本低。
與金屬材料相比，聚氨酯彈性體產品具有重量輕、噪音低、耐磨、加工成本低和耐腐蝕等優點；與塑料相比，聚氨酯彈性體具有不脆、彈性記憶和耐磨等優點。與橡膠相比，聚氨酯彈性體具有耐磨、耐切割、耐撕裂、承載能力高、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可澆注和硬度范圍廣等優點。聚氨酯彈性體具有多種加工方法，新技術和新品種層出不窮，其應用前景十分廣闊。
澆注聚氨酯彈性體 (CPU)
澆注型聚氨酯 (CPU) 是一種通過澆注工藝生產的聚氨酯彈性體，通過液體樹脂澆注和反應成型，簡稱“澆注膠”。這種液體原料體系也稱為“液體橡膠”。在聚氨酯彈性體產品中，澆注聚氨酯彈性體的產量最大，是目前最重要的聚氨酯彈性體類型。
1 特點
① 將液體原料澆注或注入產品模具中反應固化，可以直接生產厚大件的聚氨酯橡膠制品和形狀復雜的制品；
② 產品綜合性能好；
③ 可通過調整原料的配方組成和用量獲得不同硬度的產品，性能變化范圍大；
④ 對于簡單的徒手澆注，設備投資小，加工方便；
⑤ 可用于制造小批量或單件樣品，靈活性好。
2 種類
·TDI型聚氨酯澆注膠
(1) 聚酯型TDI-MOCA澆注聚氨酯
(2) 聚醚型TDI-MOCA澆注聚氨酯
·MDI型聚氨酯澆注膠 (1) MDI-BD體系聚氨酯澆注膠
(1) MDI-HQEE (HER) 聚氨酯澆注膠
·特種聚氨酯澆注膠
(1) NDI澆注膠
(2) HMDI系列聚氨酯澆注膠
(3) HDI系列澆注聚氨酯
(4) PPDI型澆注聚氨酯
3 加工方法
(1) 手動澆注
手動澆注適用于小批量、品種多的小型產品生產，是實驗室和小廠生產柔性零件的常用方法。手動澆注工藝可采用一步法、預聚體法或半預聚體法。手動澆注簡單靈活，成本低。但存在混合不均勻的問題，氣泡不易消除。
(2) 機械澆注
澆注機配備自動計量泵和混合器。預聚體脫氣后，與經嚴格計量的鏈延長劑一起送入混合器進行均勻混合。澆注時，液料通過混合器的澆口注入模具，硫化后得到產品。混合器可連續或間歇運行。混合和注射動作可以同時進行。機械澆注可連續或間歇進行，生產效率高，產品質量穩定，適用于大批量、中大型產品的生產。
(3) 特殊澆注工藝
澆注型聚氨酯彈性體的生產一般可采用常壓澆注，即反應混合物澆注到敞開的模具中，然后封閉。常壓澆注過程中，攪拌帶入的空氣容易混合，可能導致彈性體產品中出現氣泡。對于形狀復雜的或不允許膠中存在氣泡的產品，可將模具放入大型真空室中。模具可通過澆注壓力注入，澆注時可抽真空。這種方法稱為真空澆注。
有垂直澆注法、傾斜澆注法、離心澆注法、旋轉澆注法等將液體橡膠注入模具的方法。必須采用適當的方法，避免在注入過程中混合氣泡。
熱塑性聚氨酯彈性體 (TPU)
熱塑性聚氨酯彈性體（簡稱TPU），也稱為PU熱塑性塑料，是由低聚物多元醇軟段和二異氰酸酯鏈延長劑硬段組成的線性嵌段共聚物。
TPU約占聚氨酯彈性體總量的25%，其主要用途包括：汽車零件和機械零件、運動鞋底、橡膠輥、電線電纜、軟管、薄膜和片材、織物（涂層和高彈性服裝及襪子等）、膠粘帶、織物涂層、粘合劑等。TPU根據軟段結構可分為聚酯型和聚醚型。根據結構特征分類，可分為全熱塑性和半熱塑性。
TPU通常為顆粒狀，具有良好的再加工性能。可以使用擠出、注塑、壓延、模壓等熱塑性加工方法，在較高溫度下將TPU顆粒塑化，制成各種形狀的產品或復合產品。擠出成型和注塑成型應用最廣，占比超過70%。TPU還用于制造彈性纖維、合成革樹脂、粘合劑和涂料。
混合型聚氨酯彈性體 (MPU)
混合型聚氨酯彈性體 (MPU) 是最早開發的彈性體類型。其主要加工特點是先合成具有穩定儲存性能的固體生膠，然后用一般的橡膠混煉機進行加工，得到具有網狀分子結構的熱固性聚氨酯彈性體。根據主鏈的軟段結構，混合型聚氨酯可分為聚酯型和聚醚型，根據不同的硫化劑又可分為S硫化膠和DCP硫化膠。
混合型聚氨酯彈性體的主要特性如下：
① 可用一般的橡膠加工設備生產產品；
② 與一般橡膠相比，耐磨性好，撕裂強度高，壓縮永久變形小，耐油性好；
③ 混合型聚氨酯彈性體的相對分子質量一般高于澆注型聚氨酯彈性體，范圍為10000～30000。通過選擇不同的原料配比，可以得到不同穆尼粘度的生膠；
④ 可以在混合型聚氨酯彈性體中添加炭黑、白炭黑等填料，以提高產品的硬度和增強性能。
聚氨酯彈性體的應用
1. 在煤炭準備、采礦、冶金等行業的應用
聚氨酯彈性體是一種最符合礦山要求的非金屬材料，可以替代一些金屬材料。礦山使用的聚氨酯彈性體產品包括篩板、彈性體襯里、輸送帶等。聚氨酯橡膠篩板包括松弛篩板、張緊篩板、縫隙篩板等。聚氨酯橡膠篩板具有優異的耐磨性、耐水性、耐油性、減振降噪、強度高、與金屬框架粘合力強、噪音低、自清潔效果好等優點，減輕了篩機的負荷，節約能源，延長了篩機的使用壽命，篩分質量高。
許多采礦設備，如搖床、浮選機、特種選礦機、流程系列、螺旋溜槽、破碎機、磁選機、管道和彎頭等，在與碎石等物料接觸時需要耐磨襯里；聚氨酯彈性體是礦用單軌吊車鋼芯聚氨酯驅動輪、阻燃抗靜電聚氨酯輸送帶、設備電纜TPU護套、集塵環、減震器等的優選材料。
2 聚氨酯膠輥的應用
聚氨酯頂輥是一種性能優異的聚氨酯橡膠制品，一般采用澆注工藝，在鋼輥或鐵輥上覆蓋一層聚氨酯彈性體。根據用途，可分為：糧食加工用的脫殼膠輥、造紙工業用的壓榨膠輥和施膠膠輥、紡織工業用的拉絲輥、牽伸輥和切斷輥、木材、玻璃和包裝工業用的傳動軸承膠輥、印染機械用的各種膠輥、各種儀器的微型膠輥、輸送系統的傳動膠輥、印刷膠輥、金屬冷軋傳動膠輥、金屬鋼板彩色涂層膠輥等，這些膠輥的橡膠層均可采用聚氨酯彈性體。
大多數膠輥采用澆注工藝制造，一般將鋼芯置于圓柱形模具中心澆注彈性體成型。特殊膠輥可采用離心澆注法或旋轉澆注法。旋轉澆注法無需模具，采用常溫硫化澆注彈性體體系，縮短了總加工時間。
3 聚氨酯橡膠輪和輪胎
聚氨酯彈性體具有承載能力大、耐磨、耐油等特點，并與金屬框架牢固結合。可用于制造廣泛應用于各種傳動機構的橡膠輪，例如：生產線輸送帶的支承滑輪、導向滑輪和纜車滑輪。在體育娛樂方面，高端溜冰鞋的旱冰鞋輪和滑板輪均采用聚氨酯制成。聚氨酯橡膠輪還具有耐油、韌性好、粘合力強等特點，在礦用單軌吊車、齒軌車、清掃車等車輛的使用中非常有效。聚氨酯還用于極小型電子精密儀器的傳動輪、各種萬向輪等。
還有微孔泡沫輪胎、PU泡沫充氣輪胎等。
4 機械附件
各種密封圈、減震塊、聯軸器、汽車防滑鏈等。
5 薄板零件成形的模具襯里和沖壓模板
用傳統的鋼模沖壓薄板零件時，斷裂面上常有毛刺。采用聚氨酯橡膠代替傳統鋼模的沖壓技術是鈑金沖壓技術的一次飛躍，它可以大大縮短模具制造周期，延長模具使用壽命，降低成形件的生產成本，提高零件的表面質量和尺寸精度，特別適用于中小批量和單件產品的試制，更適用于薄而復雜的沖壓件。
在瓷磚和陶瓷生產線上，采用PU彈性內襯模具可以降低生產成本，提高生產效率和產量。聚氨酯可以制作混凝土模具，聚氨酯模具可以復制各種圖案，可以生產裝飾塊。聚氨酯彈性體棒、管、板墊用于五金模具沖壓生產中代替金屬彈簧作為緩沖部件，具有高彈性、柔韌性、高原始收縮變形強度，不損傷模具。
6 鞋類
聚氨酯彈性體具有良好的緩沖性能、重量輕、耐磨、防滑、加工性能好等特點，已成為制鞋行業重要的鞋用合成材料，可用于制造運動鞋鞋底、鞋跟、棒球鞋鞋頭、高爾夫球、足球以及滑雪鞋、安全鞋、休閑鞋等。鞋材用聚氨酯材料包括澆注微孔彈性體和熱塑性聚氨酯彈性體，主要是微孔彈性體鞋底。
聚氨酯微孔彈性材料重量輕，耐磨性好，被制鞋廠商廣泛認可。該產品密度低，遠輕于傳統的橡膠鞋底和PVC鞋材。在中國，微孔聚氨酯彈性體主要用于旅游鞋、皮鞋、運動鞋、涼鞋等的鞋底和鞋墊。在國外，它主要用于需要耐磨性和彈性的特殊運動鞋鞋底，設計多樣化。TPU鞋跟具有高耐磨性。熱分解發泡劑可添加到注塑成型中，制成發泡TPU彈性鞋材。
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