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聚氨酯彈性體機械性能與結構的關系

發布者: 綠州    時間:2021-4-3 15:35:20

聚氨酯彈性體的原料種類繁多,大分子結構中基團組成和排列復雜,而且聚氨酯彈性體的合成方法和加工方法多種多樣,這樣就構成了聚氨酯彈性體化學結構的復雜性和物理構象的明顯差異,從而導致聚氨酯彈性體性能的改變。

聚氨酯彈性體是在固體狀態下使用,在各種外力作用下所表現的機械強度是其使用性能最重要的指標。一般來說,聚氨酯彈性體和其他高聚物一樣,其性能與分子量、分子間的作用力、鏈段的韌性、結晶傾向、支化和交聯以及取代基的位置、極性和體積大小等因素有著密切的關系。但是,聚氨酯彈性體與烴系(PP\PE等)高聚物不同,其分子結構是由軟段(低聚物多元醇)和硬段(多異氰酸酯、擴鏈交聯劑等)嵌段而成的,在其大分子之間,特別是硬鏈段之間的靜電很強,而且常常有大量的氫鍵生成。這種強烈的靜電力作用,除直接影響力學性能外,還能促進硬鏈段的聚集,產生微相分離,改善彈性體的力學性能和高低溫性能。

聚氨酯彈性體的機械性能取決于聚氨酯彈性體的結晶,特別是軟鏈段的結晶。但是,聚氨酯彈性體是在高彈狀態下使用的,不希望出現結晶,所以,就需要通過配方和工藝設計,在彈性和強度之間找到平衡,使制備的聚氨酯彈性體在使用溫度下不結晶,具有良好的彈性,而在高度拉伸時能迅速結晶,并且這種結晶的融化溫度在室溫上下,當外力解除后,該結晶迅速融化。這種可逆結晶結構對提高聚氨酯彈性體的機械強度是非常有益的。

聚氨酯彈性體能否具有可逆結晶,主要取決于軟鏈段的極性、分子量、分子間力和結構的規整性。聚酯的分子極性和分子間力大于聚醚,所以聚酯型聚氨酯彈性體的機械強度大于聚醚型聚氨酯彈性體;軟鏈段中的側基會使結晶性降低,從而會降低制品的機械性能。

聚氨酯硬鏈段的結構對聚氨酯彈性體的機械性能也有直接和間接的影響。通常,芳族二異氰酸酯(如MDI,TDI)要大于酯族二異氰酸酯(如HDI);有對稱結構的二異氰酸酯(如MDI)能賦予聚氨酯彈性體更高的硬度、拉伸強度和撕裂強度;擴鏈交聯劑結構對彈性體機械性能的影響與二異氰酸酯相似。



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