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。

（5）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。

（6）耐臭氧性能优良。

（7）吸震、抗辐射和耐透气性能好。

（8）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。

1.1 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。

1.2 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（E）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2.5%）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2 倍以

上。

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。

1.3 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0.03〜0.20mm3/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0.5 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60C达到最大值。1.4 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，如果没有催化剂的作用，和浸在水中相似。在弱酸、弱碱溶液中降解比在水中快，强酸强碱对聚氨酯的浸蚀作用更大。

聚氨酯弹性体在油中的使用温度为110C以下，比空气中的使用温度高。但是，在多工程应用中，油总是被水污染的。试验表明，只要油中含有0.02%的水，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。

1.5 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，尤其是聚丁二烯型、聚醚型和聚碳酸酯型。通过强化耐水试验，用外推法得出，在25C的常温水中，拉伸强度损失一半所需要的时间，聚酯型弹性体（聚己二酸乙

二醇丙二醇酯-TDI-MOCA ）为10 年，聚醚型弹性体（PTMG-TDI-MOCA ）为50 年，即聚醚型为聚酯型的5 倍。