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聚氨酯弹性体机械性能与结构的关系

发布者: 绿州    时间:2021-4-3 15:35:20

聚氨酯弹性体的原料种类繁多,大分子结构中基团组成和排列复杂,而且聚氨酯弹性体的合成方法和加工方法多种多样,这样就构成了聚氨酯弹性体化学结构的复杂性和物理构象的明显差异,从而导致聚氨酯弹性体性能的改变。

聚氨酯弹性体是在固体状态下使用,在各种外力作用下所表现的机械强度是其使用性能最重要的指标。一般来说,聚氨酯弹性体和其他高聚物一样,其性能与分子量、分子间的作用力、链段的韧性、结晶倾向、支化和交联以及取代基的位置、极性和体积大小等因素有着密切的关系。但是,聚氨酯弹性体与烃系(PP\PE等)高聚物不同,其分子结构是由软段(低聚物多元醇)和硬段(多异氰酸酯、扩链交联剂等)嵌段而成的,在其大分子之间,特别是硬链段之间的静电很强,而且常常有大量的氢键生成。这种强烈的静电力作用,除直接影响力学性能外,还能促进硬链段的聚集,产生微相分离,改善弹性体的力学性能和高低温性能。

聚氨酯弹性体的机械性能取决于聚氨酯弹性体的结晶,特别是软链段的结晶。但是,聚氨酯弹性体是在高弹状态下使用的,不希望出现结晶,所以,就需要通过配方和工艺设计,在弹性和强度之间找到平衡,使制备的聚氨酯弹性体在使用温度下不结晶,具有良好的弹性,而在高度拉伸时能迅速结晶,并且这种结晶的融化温度在室温上下,当外力解除后,该结晶迅速融化。这种可逆结晶结构对提高聚氨酯弹性体的机械强度是非常有益的。

聚氨酯弹性体能否具有可逆结晶,主要取决于软链段的极性、分子量、分子间力和结构的规整性。聚酯的分子极性和分子间力大于聚醚,所以聚酯型聚氨酯弹性体的机械强度大于聚醚型聚氨酯弹性体;软链段中的侧基会使结晶性降低,从而会降低制品的机械性能。

聚氨酯硬链段的结构对聚氨酯弹性体的机械性能也有直接和间接的影响。通常,芳族二异氰酸酯(如MDI,TDI)要大于酯族二异氰酸酯(如HDI);有对称结构的二异氰酸酯(如MDI)能赋予聚氨酯弹性体更高的硬度、拉伸强度和撕裂强度;扩链交联剂结构对弹性体机械性能的影响与二异氰酸酯相似。



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