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聚氨酯弹性体耐热性的影响因素分析

2015-4-8 16:42:23      点击:
   聚氨酯弹性体 是以二异氰酸酯和低聚物多元醇为基本原料聚合而成的高分子材料,具有机械性能好、耐磨耗、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀、耐射线辐射、粘接性好等优异性能,但其使用温度一般不超过80℃,100℃以上材料会软化变形,机械性能明显减弱,短期使用温度不超过120℃,严重限制了其广泛应用。因此,许多研究机构及学者对聚氨酯弹性体耐热形变性能进行了研究,并制备了许多耐热性能优良的材料,使其在较高的温度下具有较好的机械性能。但是聚氨酯弹性体结构的复杂性,影响其耐热形变因素很多。 1.原料对弹性体耐热性影响

  1)低聚物多元醇:不同结构的低聚物多元醇与相同异氰酸酯反应生成的氨基甲酸酯,其热分解温度相差很大,伯醇最。高,叔醇最低。由于酯基的热稳定性比较好,而醚基的碳原子上的氢容易被氧化,所以聚酯型聚氨酯耐热性能比聚醚型聚氨酯好。由聚酯所制备的聚氨酯,聚酯类型的不同对热性能几乎没有太大的影响。

    2)异氰酸酯:硬段是影响聚氨酯弹性体耐热性能的主要结构因素。一般情况下,异氰酸酯纯度越高,异构体越少,生成的聚氨酯弹性体规整度、对称性越高,耐热性越好。结构规整的异氰酸酯形成的硬链段极易聚集,提高了微相分离程度,硬段间的极性基团产生氢键,形成硬段相的结晶区,使整个结构具有较高的熔点。另外,异氰酸酯过量的前提下加入三聚催化剂或进行后硫化的工艺措施,可在弹性体中形成稳定的异氰酸酯交联,从而使弹性体的耐热性能提高。

    3)催化剂:脂环族异氰酸酯反应活性较低,反应体系须加催化剂,以促进反应按预期的方向和速度进行。最有实用价值的催化剂是有机金属化合物,高分子的有机羧酸、叔胺类化合物也对异氰酸酯的化学反应有很好的促进作用。

    4)交联剂:聚氨酯弹性体的优良特性与其物理交联和化学交联结构密切相关。有实验结果表明,加入交联剂三元醇N3010,聚氨酯弹性体在硬段间形成交联,透光率、热稳定性和力学性能与未加交联剂的聚氨酯弹性体相比有明显提高。

    5)扩链剂:扩链剂对耐热性的影响与其刚性有关。一般来说,刚性链段含量越高,弹性体耐热性就越好。另外,扩链剂氢醌双羟乙基醚(HQEE)是一种新型无毒扩链剂,可以代替MOCA,有许多优点,广泛应用于聚氨酯弹性体中,能提高聚氨酯耐热性、抗撕裂强度和胶料贮存稳定性。

2、聚合工艺条件对弹性体耐热性影响

    增加弹性体分子中脲基和氨基甲酸酯基的摩尔分数,减少脲基甲酸酯基、缩二脲基团的摩尔分数,可以提高弹性体的热稳定性,即严格控制工艺条件,特别是反应物的用量和纯度,使反应尽可能多生成脲基和氨基甲酸酯基,对改善弹性体的耐热性具有重要意义。德国专利报道采用半预聚法制得软化温度为147℃的聚氨酯弹性体。另外, 120℃左右的温度下4 h以上的后硫化条件也可提高聚氨酯弹性体浇注胶的耐热形变性能。

3、改性对聚氨酯弹性体耐热性的影响

    1)有机硅改性:有机硅改性聚氨酯弹性体具有较高的耐热性,其热变形温度可达190℃。。

    2)引入分子内基团:聚氨酯弹性体的热分解温度主要取决于大分子结构中各种基团的耐热性。软链段中如有双键,会降低弹性体的耐热性能,而引入异氰脲酸酯环和无机元素可提高聚氨酯弹性体的耐热性能。

    3)与纳米粒子和填料复合:纳米材料是“21世纪最有前途的材料”,聚合物基纳米复合材料是指其分散相的尺寸至少有一维在纳米级范围内。纳米粒子因独特的性能,与聚氨酯弹性体复合使其机械性能得到明显提高,而且可以增加弹性体的耐热性和抗老化等功能特性。土中的硅酸盐起到了隔热作用,可以有效提高复合材料的耐热性。微米级无机填料改性聚氨酯弹性体的机械性能和耐热性能要明显优于普通聚氨酯弹性体。

    改善聚氨酯弹性体耐热形变性能的方法多种多样,在实际应用中要根据产品性能指标和工艺要求进行合理选择,确定可行工艺路线。