聚氨酯弹性体的特性及应用

聚氨酯弹性体的特性与应用

1. 聚氨酯弹性体的特性

聚氨酯弹性体的综合性能出众， 任何其他橡胶和塑料都无与伦比。 而且聚氨 酯弹性体可根据加工成型的要求进行加工， 几乎能用高分子材料的任何一种常规 工艺加工，如混炼模压、液体浇注、熔融注射、挤出、压延、吹塑、胶液涂覆、 纺丝和机械加工等。聚氨酯弹性体的用途十分广泛，产品几乎遍及多用领域。 聚氨酯弹性体综合性能出众， 主要表现在弹性体兼备了从橡胶到塑料的许多宝贵 特性。

（1）硬度范围宽。而且在高硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率。

（2）强度高。在橡胶硬度下他们的拉伸强度和撕裂强度比通用橡胶高得多； 在塑料硬度下，他们的冲击强度和弯曲强度又比塑料高得多。

（3）性能的可调节范围大。多项物理机械性能指标均可通过对原材料的选择 和配方的调整，在一定范围内变化，从而满足用户对制品性能的不同要求

（4）耐磨。有“耐磨橡胶”的佳称。特别是在有水、油等润湿介质存在的工 作条件下， 其耐磨性往往是普通橡胶材料的几倍到几十倍。 金属材料如钢铁等虽 然很坚硬， 但并不一定耐磨， 如黄河灌溉区的大型水泵， 其过流部件金属口环和 保护圈经过大量泥沙的冲刷， 用不了几百小时就严重磨损漏水， 而采用聚氨酯弹 性体包覆的口环和保护圈则连续运行 1800 小进仍未磨损。其它如碾米用的砻谷 机胶辊、选煤用的振动筛筛板、 运动场的径赛跑道、 吊车铲车用的动态油密封圈、 电梯轮和旱冰鞋轮等等也都是聚氨酯弹性体的用武之地。在此需提到的一点是， 要提高中低硬度聚氨酯弹性体制件的摩擦系数，改善在承载负荷下的耐磨性能， 可在这类聚氨酯弹性体中添加少量二硫化铝、石墨或硅油等润滑剂。 耐油。聚酯型聚氨酯弹性体的耐油性不低于丁腈橡胶， 与聚硫橡胶相当。 耐臭氧性能优良。

吸震、抗辐射和耐透气性能好。 加工方式多样，适用性广泛。聚氨酯弹性体既可跟通用橡胶一样采用塑 炼、混炼、硫化工艺成型（指MPU ）也可以制成液体橡胶，浇注模压成型或喷涂、 灌封、离心成型（指CPU ）还可以制成颗粒料，与普通塑料一样，用注射、挤出、 压延、吹塑等工艺成型（指CPU 。模压或注射成型的制件，在一定的硬度范围内， 还可以进行切割、修磨、钻孔等机械加工。加工的多样性，使聚氨酯弹性体的适 用性十分广泛，应用领域不断扩大。

这些优点正是聚氨酯弹性体在军工、 航天、声学、 生物学等领域获得广泛应 用的原因。

聚氨酯弹性体的不足方面： （1）内生热大，耐高温性能一般，特别是耐湿热性能不好。正常使用温度 范围是-40~120C 使用。若需在高频振荡条件或高温条件下长期作用，则必须在 结构设计或配方上采取相应改性措施。

（2）不耐强极性溶剂和强酸碱介质。在一定温度下，醇、酸、酮会使 聚氨酯弹性体溶胀和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶剂在 常温下就会使聚氨酯弹性体溶胀

下面详细介绍聚氨酯弹性体的主要性能。

是普通橡胶材料的几倍到几十倍。

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硬度

普通橡胶的硬度范围为邵 A20至邵A90,塑料的硬度范围约为邵 A95至邵 D100,而聚氨酯弹性体的硬度范围低至邵 A10,高至邵D80,并且不需要填料的 帮助。尤其可贵的是弹性体在塑料硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率, 而普 通橡胶只有靠添加大量填料, 并以大幅度降低弹性和延伸率作为代价才能获得较 高的硬度。据报道,当硬度高于 75D 时,其弹性将严重损失,当硬度高于 85D 时,就不成弹性材料了。

机械强度

聚氨酯弹性体的机械强度高,表现在杨氏模量、撕裂强度和承载力等方面。

1.2.1 杨氏模量和拉伸强度

在弹性限度内，拉伸应力与形变之比叫做杨氏模量 （巳或者成为弹性模量。 聚氨酯弹性体和其他弹性体一样, 只有在低伸长时 （约%）才遵循胡克定理。 但是它的杨氏模量要比其他弹性体高得多。 而且聚氨酯弹性体的杨氏模量范围遍 及橡胶和塑料,范围之宽,其他材料无可比拟。

1.2.2 撕裂强度 聚氨酯弹性体的撕裂强度很高,尤其是聚酯型,约为天然橡胶的

1.2.3 承载能力 虽然在低硬度下聚氨酯弹性体的压缩强度也不高, 但是聚氨酯弹性体可

以在 保持橡胶弹性的前提下提高硬度, 从而达到很高的承载能力。 而其他橡胶的硬度 受到很大的局限,所以承载能力无法大幅度的提高。

耐磨性能

聚氨酯弹性体的耐磨性能非常突出，测试结果一般在〜0.20mm3/m 范围内, 约为天然橡胶的3〜5倍。实际使用中，由于润滑剂等因素的影响，其效果往往 更好。耐磨性与材料的撕裂强度和表面状况等关系很大。 聚氨酯弹性体的撕裂强 度比其他橡胶高得多, 但是他本身的摩擦系数并不低, 一般在以上, 这就需要在 实际使用中注意添加油类润滑剂, 或加少量二硫化钼或石墨、 硅油、四氟乙烯粉 等,以降低摩擦系数,减少摩擦生热。此外,摩擦系数还与材料硬度和表面温度 等因素有关。 在所有情况下, 摩擦系数都随硬度的降低而提高, 随表面温度的升 高而上升。约60°C 达到最大值。

耐油和耐药品性能

聚氨酯弹性体,特别是聚酯型聚氨酯弹性体,是一种强极性高分子材料。 和非极性矿物油的亲和性小,在燃料油（如煤油、汽油）和机械油（如液压油、 机油、润滑油等）中几乎不受侵蚀,比通用橡胶好的多,可以与丁腈橡胶媲美。 但是,在醇、酯、酮类及芳烃中溶胀较大,高温下逐渐破坏。在卤代烃中溶胀显 著,有时还发生降解。 聚氨酯弹性体浸在无机物溶液中, 和浸在水中相似。在弱酸、弱碱溶液中降解比在水中快, 浸蚀作用更大。

聚氨酯弹性体在油中的使用温度为 110C 以下，

但是,在多工程应用中,油总是被水污染的。试验表明, 水几乎可全部转移到弹性体中,这时,使用效果就会发生显著差

异。

耐水性能

聚氨酯弹性体在常温下的耐水性能是好的，一二年内不会发生明显水解作 用，尤其2 倍以上。

如果没有催化剂的作用，

强酸强碱对聚氨酯的 比空气中的使用温度高。 只

要油中含有 %的水，