聚氨酯化学与工艺10弹性体讲解
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聚氨酯化学与工艺
Chap.5 聚氨酯弹性体
• • • • • • 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 性能特点及其分类 弹性体原料及原料对性能的影响 浇注型聚氨酯弹性体（CPU） 热塑型聚氨酯弹性体（TPU） 混炼型聚氨酯弹性体（MPU） 聚氨酯弹性体的应用
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目的和要求
聚氨酯弹性体的性能特点及其分类，
了解制备弹性体原料及原料对性能的影响，
wenku.baidu.com
熟悉浇注型聚氨酯弹性体（CPU）、热塑
型聚氨酯弹性体（TPU）、混炼型聚氨酯
弹性体（MPU）的合成及加工方法，了解
聚氨酯弹性体的应用
5.1 性能特点及其分类 5.1.1 性能特点
聚氨酯弹性体(PU elastomer)又称聚氨酯
橡胶，是一类在分子链中含有较多氨基甲酸酯
按组分分 浇注型 按扩链剂分
浇注加工 传递模加工 闭模加工 涂敷 ......
液体体系
浇注 流入型 吐出型 常压浇注 涂布型 液体体系 浇注型 C－PU 发泡型 （发泡）加压浇注 溶液型 PU 热塑型 T－PU 固体体系 颗粒型 混炼型 M－PU 混炼型 模压 流延 涂敷 粉末型 喷涂 吹塑 注射 挤出 压延 热熔 涂敷 喷涂 浇注 RIM 灌封 包胶 密封
(2)聚醚多元醇
弹性体常用的聚醚多元醇种类有聚四氢
呋喃二醇、聚氧化丙烯二醇(PPG)、四氢呋喃
／氧化丙烯／氧化乙烯的二元或三元共聚醚二
醇(如聚四氢呋喃－氧化丙烯二醇)等。
聚醚多元醇制得的弹性体具有较好的水解 稳定性、耐候性，低温柔顺性和耐霉菌性等性 能。
(3)聚烯烃多元醇
以端羟基丁二烯(HTPB)、端羟基聚丁二烯-丙烯 腈(HTBH)、端羟基异戊二烯(HTPI)为基础的聚氨酯具 有优异的耐水解性、电绝缘性、低温柔性、气密及水
聚氨酯弹性体具有优良的综合性能，模量介于一 般橡胶和塑料之间。它具有以下的特性：
1、较高的强度和弹性，可在较宽的硬度范围内（邵氏
A10～邵氏D75）保持较高的弹性；一般无需增塑剂
可达到所需的低硬度，因而无增塑剂迁移带来的问题； 2、在相同硬度下，比其它弹性体承载能力高； 3、优异的耐磨性，其耐磨性是天然橡胶的2～10倍；
密性能，可用于聚氨酯弹性体密封件、胶辊、电子元
件灌封胶等领域。以HTPI、HTPB等与二异氰酸酯制
成的端官能团预聚体具有类似于天然橡胶主链结构，
是名副其实的液体橡胶、经过适当的扩链或交联反应
制得弹性体材料。
(4)其它低聚物多元醇
低官能度的聚丙烯酸酯多元醇制得的弹性
体具有良好的耐水和耐紫外光性能。
精制蓖麻油是一种含烯键的植物油多元醇， 制得的弹性体耐水解、成本低，但强度不高。 还有苯乙烯及丙烯腈接枝聚醚多元醇、接枝聚 酯多元醇、聚脲改性聚醚多元醇等。
4、耐油脂及耐化学品性优良；芳香族聚氨酯耐辐射；
耐氧性和耐臭氧性能优良；
5、抗冲击性高、耐疲劳性及抗震动性好，适于高频挠
屈应用；
6、低温柔顺性好；
7、普通聚氨酯不能在100 ℃以上使用，但采用特殊的
配方可耐140 ℃高温； 8、模塑和加工成本相对较低。
金属材料相比，聚氨酯弹性体制品具有重量轻、噪音
革。喷涂成型也是近十年来国内外发展较快
的一种新技术。
过氧化物硫化 混炼型 固体体系 全塑型 热塑型 半塑型 异氰酸酯硫化 硫磺硫化 模压、挤出、注射等加工 粉末加工 溶液加工 单组分 双组分 胺交联 醇交联 加入硫化 按加热方法分 室温硫化
分类及加工
模压成型
模制品
模制品
涂敷、包覆、粘合 涂敷、浸渍、喷涂
基团（－NHCOO－）的弹性体聚合物材料。通 常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂/交 联剂及少量助剂为原料制得。
从分子结构上看，聚氨酯弹性体是一种嵌
段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性长链构成
软段，以二异氰酸酯及扩链剂构成硬段，硬段
和软段交替排列，形成重复结构单元。除含有
氨酯基团外，聚氨酯分子内及分子间可形成氢 键，软段和硬段可形成微相区并产生微观相分 离。这些结构特点使得聚氨酯弹性体具有优异 的耐磨性和韧性，以“耐磨橡胶”著称。
各种胶辊、钢管衬里 电气绝缘、医用器具、粘合剂 床材、防水材、铺地材 车窗密封材 传送带、合成革 抗磨设备衬里、油箱 防震材、鞋底、假肢 SMC，BMC RIM 合成革 磁带涂料 汽车大型内、外饰件 汽车大型内、外饰件
纤维处理剂、皮革涂饰剂 柔性容器 胶辊、无声齿轮 软管 薄模、带材 弹性纤维 防尘罩、垫圈
3、扩链剂主要有二元醇和二元胺两类。二元胺 扩链得到的聚氨酯弹性体严格地讲是聚氨酯—
脲弹性体。
4、从制造工艺分，传统上把聚氨酯弹性体分为 浇注型(CPU)、热塑性(TPU)、混炼型(MPU) 三大类，都可采用预聚法和一步法合成。
一些新工艺的制品已超越某些传统类型，
如反应注射成型(RIM)工艺生产实心及微孔聚 氨酯弹性体已成为一个重要的类别。另外， 还有溶液涂覆及溶液浇注成型，也是聚氨酯 弹性体的一个重要类型。主要用于生产合成
低、耐损耗、加工费用低及耐腐蚀等优点；
与塑料相比，聚氨酯弹性体具有不发脆、弹性记忆、 耐磨等优点。 与橡胶相比，聚氨酯弹性体具有耐磨、耐切割、耐撕 裂、高承载性、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可 浇注、硬度范围广等优点。 聚氨酯弹性体加工方法多样，新技术新品种不断 涌现，其应用前景将十分广阔。
5.1.2
基本分类
1、按低聚物多元醇原料分，聚氨酯弹性体可分为聚酯 型、聚醚型、聚烯烃型、聚碳酸酯型等，聚醚型中 根据具体品种又可分聚四氢呋喃型、聚氧化丙烯型
等；
2、根据二异氰酸酯的不同，可分为脂肪族和芳香族弹
性体，又细分为TDI型、MDI型、IPDI型、NDI型等类
型。 常规聚氨酯弹性体以聚酯型、聚醚型、TDI型及MDI 型为主。
PUR加工成型分类表
5.2
弹性体原料及其对性能的影响
5.2.1 原料 5.2.1.1 低聚物多元醇
聚氨酯弹性体所用的低聚物多元醇原料有聚酯 多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等品种。 (1)聚酯多元醇 聚酯分子中含有较多的极性酯基(－COO－)， 可形成效强的分子内氢键，因而聚酯型聚氨酯具有 较高的强度、耐磨及耐油性能。用于制备聚氨酯弹 性体的聚酯以相对分子质量为1000～3000的已二酸 系脂肪族聚酯二醇为主。
Chap.5 聚氨酯弹性体
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目的和要求
聚氨酯弹性体的性能特点及其分类，
了解制备弹性体原料及原料对性能的影响，
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熟悉浇注型聚氨酯弹性体（CPU）、热塑
型聚氨酯弹性体（TPU）、混炼型聚氨酯
弹性体（MPU）的合成及加工方法，了解
聚氨酯弹性体的应用
5.1 性能特点及其分类 5.1.1 性能特点
聚氨酯弹性体(PU elastomer)又称聚氨酯
橡胶，是一类在分子链中含有较多氨基甲酸酯
按组分分 浇注型 按扩链剂分
浇注加工 传递模加工 闭模加工 涂敷 ......
液体体系
浇注 流入型 吐出型 常压浇注 涂布型 液体体系 浇注型 C－PU 发泡型 （发泡）加压浇注 溶液型 PU 热塑型 T－PU 固体体系 颗粒型 混炼型 M－PU 混炼型 模压 流延 涂敷 粉末型 喷涂 吹塑 注射 挤出 压延 热熔 涂敷 喷涂 浇注 RIM 灌封 包胶 密封
(2)聚醚多元醇
弹性体常用的聚醚多元醇种类有聚四氢
呋喃二醇、聚氧化丙烯二醇(PPG)、四氢呋喃
／氧化丙烯／氧化乙烯的二元或三元共聚醚二
醇(如聚四氢呋喃－氧化丙烯二醇)等。
聚醚多元醇制得的弹性体具有较好的水解 稳定性、耐候性，低温柔顺性和耐霉菌性等性 能。
(3)聚烯烃多元醇
以端羟基丁二烯(HTPB)、端羟基聚丁二烯-丙烯 腈(HTBH)、端羟基异戊二烯(HTPI)为基础的聚氨酯具 有优异的耐水解性、电绝缘性、低温柔性、气密及水
聚氨酯弹性体具有优良的综合性能，模量介于一 般橡胶和塑料之间。它具有以下的特性：
1、较高的强度和弹性，可在较宽的硬度范围内（邵氏
A10～邵氏D75）保持较高的弹性；一般无需增塑剂
可达到所需的低硬度，因而无增塑剂迁移带来的问题； 2、在相同硬度下，比其它弹性体承载能力高； 3、优异的耐磨性，其耐磨性是天然橡胶的2～10倍；
密性能，可用于聚氨酯弹性体密封件、胶辊、电子元
件灌封胶等领域。以HTPI、HTPB等与二异氰酸酯制
成的端官能团预聚体具有类似于天然橡胶主链结构，
是名副其实的液体橡胶、经过适当的扩链或交联反应
制得弹性体材料。
(4)其它低聚物多元醇
低官能度的聚丙烯酸酯多元醇制得的弹性
体具有良好的耐水和耐紫外光性能。
精制蓖麻油是一种含烯键的植物油多元醇， 制得的弹性体耐水解、成本低，但强度不高。 还有苯乙烯及丙烯腈接枝聚醚多元醇、接枝聚 酯多元醇、聚脲改性聚醚多元醇等。
4、耐油脂及耐化学品性优良；芳香族聚氨酯耐辐射；
耐氧性和耐臭氧性能优良；
5、抗冲击性高、耐疲劳性及抗震动性好，适于高频挠
屈应用；
6、低温柔顺性好；
7、普通聚氨酯不能在100 ℃以上使用，但采用特殊的
配方可耐140 ℃高温； 8、模塑和加工成本相对较低。
金属材料相比，聚氨酯弹性体制品具有重量轻、噪音
革。喷涂成型也是近十年来国内外发展较快
的一种新技术。
过氧化物硫化 混炼型 固体体系 全塑型 热塑型 半塑型 异氰酸酯硫化 硫磺硫化 模压、挤出、注射等加工 粉末加工 溶液加工 单组分 双组分 胺交联 醇交联 加入硫化 按加热方法分 室温硫化
分类及加工
模压成型
模制品
模制品
涂敷、包覆、粘合 涂敷、浸渍、喷涂
基团（－NHCOO－）的弹性体聚合物材料。通 常以低聚物多元醇、多异氰酸酯、扩链剂/交 联剂及少量助剂为原料制得。
从分子结构上看，聚氨酯弹性体是一种嵌
段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性长链构成
软段，以二异氰酸酯及扩链剂构成硬段，硬段
和软段交替排列，形成重复结构单元。除含有
氨酯基团外，聚氨酯分子内及分子间可形成氢 键，软段和硬段可形成微相区并产生微观相分 离。这些结构特点使得聚氨酯弹性体具有优异 的耐磨性和韧性，以“耐磨橡胶”著称。
各种胶辊、钢管衬里 电气绝缘、医用器具、粘合剂 床材、防水材、铺地材 车窗密封材 传送带、合成革 抗磨设备衬里、油箱 防震材、鞋底、假肢 SMC，BMC RIM 合成革 磁带涂料 汽车大型内、外饰件 汽车大型内、外饰件
纤维处理剂、皮革涂饰剂 柔性容器 胶辊、无声齿轮 软管 薄模、带材 弹性纤维 防尘罩、垫圈
3、扩链剂主要有二元醇和二元胺两类。二元胺 扩链得到的聚氨酯弹性体严格地讲是聚氨酯—
脲弹性体。
4、从制造工艺分，传统上把聚氨酯弹性体分为 浇注型(CPU)、热塑性(TPU)、混炼型(MPU) 三大类，都可采用预聚法和一步法合成。
一些新工艺的制品已超越某些传统类型，
如反应注射成型(RIM)工艺生产实心及微孔聚 氨酯弹性体已成为一个重要的类别。另外， 还有溶液涂覆及溶液浇注成型，也是聚氨酯 弹性体的一个重要类型。主要用于生产合成
低、耐损耗、加工费用低及耐腐蚀等优点；
与塑料相比，聚氨酯弹性体具有不发脆、弹性记忆、 耐磨等优点。 与橡胶相比，聚氨酯弹性体具有耐磨、耐切割、耐撕 裂、高承载性、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可 浇注、硬度范围广等优点。 聚氨酯弹性体加工方法多样，新技术新品种不断 涌现，其应用前景将十分广阔。
5.1.2
基本分类
1、按低聚物多元醇原料分，聚氨酯弹性体可分为聚酯 型、聚醚型、聚烯烃型、聚碳酸酯型等，聚醚型中 根据具体品种又可分聚四氢呋喃型、聚氧化丙烯型
等；
2、根据二异氰酸酯的不同，可分为脂肪族和芳香族弹
性体，又细分为TDI型、MDI型、IPDI型、NDI型等类
型。 常规聚氨酯弹性体以聚酯型、聚醚型、TDI型及MDI 型为主。
PUR加工成型分类表
5.2
弹性体原料及其对性能的影响
5.2.1 原料 5.2.1.1 低聚物多元醇
聚氨酯弹性体所用的低聚物多元醇原料有聚酯 多元醇、聚醚多元醇、聚烯烃多元醇等品种。 (1)聚酯多元醇 聚酯分子中含有较多的极性酯基(－COO－)， 可形成效强的分子内氢键，因而聚酯型聚氨酯具有 较高的强度、耐磨及耐油性能。用于制备聚氨酯弹 性体的聚酯以相对分子质量为1000～3000的已二酸 系脂肪族聚酯二醇为主。