Effekt av mjukt segment av polyuretan-elastomer på dess mekaniska egenskaper
Uretanelastomer (PUE) syntetiseras huvudsakligen från oligomerpolyoler, polyisocyanater och kedjeförlängare som råmaterial. Dess mekaniska egenskaper kan justeras inom ett brett spektrum. Det kan syntetiseras genom att välja lämpliga råvaror efter behov för att förbereda produkter som uppfyller behoven. Generellt sett utgör oligomerpolyol det mjuka segmentet av polyuretan, polyisocyanat och kedjeförlängare utgör det hårda segmentet, och mikrofasseparation sker mellan det mjuka segmentet och det hårda segmentet, så att PUE har utmärkt prestanda. Det finns många klassificeringsmetoder för PUE: enligt dess processteknik kan den delas in i tre typer: gjuttyp, termoplasttyp och blandningstyp; enligt den kemiska reaktionsprocessen kan den delas in i enstegsmetod och tvåstegsmetod; Alkoholtyper kan delas in i polyetertyp och polyestertyp.
1 Experimentell del
1.1 Råvaror och instrument
Tetrahydrofuran-homopolyeterpolyol (PTMG): Mn=1000 och Mn=2000, Japan Mitsubishi Chemical Corporation, industriprodukt; Polykaprolaktonpolyol (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., industriprodukter; polybutylenadipatdiol (PBA, Mn=1000, 2000), polyetylenadipatdiol (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., industriprodukter; Polykarbonatdiol (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., industriprodukt; 4, 4' – Difenylmetandiisocyanat (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., industriprodukt; 1, 4 – Butandiol (BDO): Beijing Chemical Plant, analytisk kvalitet; Dibutyltenndilaurat (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., reagenskvalitet.
Elektronisk universell testmaskin: modell CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Gummi Durometer: Model LX-A, Yingkou Experimental Materials Factory.
1.2 Syntes av PUE
1.2.1 Prepolymerframställning
Dehydratisera oligomerpolyolen under vakuum vid 100~110 grader i 2 timmar, kyl till 50~55 grader för användning; häll den smälta MDI i en trehalsad flaska, när MDI-temperaturen sjunker till 50~55 grader, tillsätt den uppmätta. För bra oligomerpolyoler, reagera först naturligt i 30 minuter utan uppvärmning, och rör sedan om och värm i 2 timmar vid 80~ 85 grader, ta prover för att analysera massfraktionen av NCO och avsluta reaktionen när analysvärdet är nära designvärdet. Prepolymeren kan erhållas, som förseglas och lagras för senare användning.
1.2.2 Elastomerberedning
Väg en lämplig mängd prepolymer, tillsätt BDO och T12 i proportion, rör om snabbt och jämnt, häll den i en förvärmd 120 graders platt form och pressa och härda i 30 minuter när den når gelpunkten. De mekaniska egenskaperna testades efter härdning i 18 timmar i en ugn vid rumstemperatur under 24 timmar.
1.3 Testmetod
NCO-innehållet bestäms enligt HG/T2409-1992; Shore A-hårdheten bestäms enligt GB/T531.1-2008; 300 procent dragspänning, brottöjning och draghållfasthet bestäms enligt GB/T528-2009; rivstyrkan bestäms enligt GB/T531.1-2008 GB/T529-2008 bestämning.
2.1 Effekten av oligomerpolyoler på de mekaniska egenskaperna hos PUE
Olika typer och molekylära strukturer av oligomerpolyoler har en direkt inverkan på de mekaniska egenskaperna hos PUE. Använd polyeterpolyol och polyesterpolyol med samma relativa molekylvikt (båda 2000), håll massandelen av mjukt segment vid 55 procent, syntetisera prepolymer med MDI, kedjeförlängningskoefficient [n(OH) i systemet: n(NCO )] är 1, är prepolymeren kedjeförlängd med BDO, och de mekaniska egenskaperna hos den framställda PUE visas i Tabell 1.
Det kan ses från tabell 1 att när w(NCO) för prepolymeren är densamma, är de mekaniska egenskaperna hos PUE vars mjuka segment är PCL, PBA, PEA och PCDL i allmänhet bättre än de vars mjuka segment är PTMG. Detta beror på att PCL, PBAPEA och PCDL alla är polyesterpolyoler med estergrupper inuti, medan PTMG är en polyeterpolyol med etergrupper inuti, och estergrupper är mer polära än etergrupper, vilket gör det enklare att bilda polyuretanens inre vätebindningar, och de mekaniska egenskaperna är bättre. I polyester PUE, eftersom PCDL innehåller karbonatgrupp, är polariteten störst, och den erhållna PUE har den högsta graden av kristallinitet i det mjuka segmentet, så dess hårdhet och draghållfasthet är högst, och förlängningen vid brott är lägst; innehållet av estergrupp i PCL. Den lägsta Shore A-hårdheten och draghållfastheten, och den högsta brottöjningen; PBA och PEA har fler PEA-estergrupper, men eftersom kedjeförlängaren använder BDO är antalet kolatomer mellan de två hydroxylgrupperna 4 och PEA har 2 mindre kolatomer än PBA. Strukturen för PBA och BDO är mer lika, den resulterande polyuretanen är mer regelbunden och kristalliniteten är starkare. Därför är prestandan för PUE syntetiserad av PBA som ett mjukt segment bättre än PEA.
2.2 Effekt av relativ molekylvikt för oligomerpolyol på mekaniska egenskaper hos PUE
Samma typ av oligomerpolyoler med olika relativa molekylvikter används för att syntetisera polyuretan, eftersom storleken på det mjuka segmentet är annorlunda, och påverkan på de mekaniska egenskaperna hos PUE är också olika. Använd polyeterpolyol och polyesterpolyol med olika relativa molekylvikter, håll samma w(NCO), syntetisera prepolymer med MDI, använd BDO som kedjeförlängare och kedjeförlängningskoefficienten är 1. De mekaniska egenskaperna för den framställda elastomeren visas i tabell 2.
Som framgår av tabell 2, oavsett om det är polyester PUE syntetiserat av PBA eller polyeter PUE syntetiserat av PTMG, när w(NCO) för prepolymeren är densamma, med ökningen av den relativa molekylvikten för oligomerpolyolen, PUE kommer att sänkas. Hårdheten, 300 procent dragspänning, draghållfasthet och rivhållfasthet minskade samtidigt som brottöjningen ökade. När den relativa molekylmassan för oligomerpolyolen ökar, minskar polariteten för den beredda PUE, vilket inte bidrar till bildandet av vätebindningar, graden av mikrofasseparation mellan de mjuka och hårda segmenten försvagas och den relaterade hårdheten, modulus och styrkan minskar; Den relativa molekylmassan för oligomerpolyoler ökar, vilket försvagar interaktionen mellan vätebindningar, minskar kristalliseringstendensen hos mjuka segment, upprätthåller den höga elasticiteten hos PUE och ökar förlängningen vid brott.
2.3 Effekt av NCO-halt på de mekaniska egenskaperna hos polyuretanelastomerer
Olika NCO-innehåll i prepolymeren kommer att leda till olika innehåll av mjukt segment av syntetisk PUE, vilket påverkar elastomerens mekaniska egenskaper. För det första användes polyeterpolyol och polyesterpolyol med samma relativa molekylvikt för att syntetisera prepolymerer med olika NCO-värden med MDI. De fysiska och mekaniska egenskaperna visas i tabell 3.
Det kan ses från tabell 3 att oavsett om det är polyester PUE syntetiserat av PBA eller polyeter PUE syntetiserat av PTMG, med ökningen av prepolymer w (NCO), hårdheten, 300 procent dragspänning, draghållfasthet och rivhållfasthet för PUE ökning. Brotthållfastheten ökar, medan brottöjningen minskar. Detta beror på att ju högre w(NCO) i prepolymeren, desto högre halt av polyisocyanat, och samtidigt kommer mängden kedjeförlängare att öka, vilket kommer att öka halten av hårda segment i PUE och öka hårdheten; w(NCO) i prepolymeren kommer att öka. ), ökar uretangrupperna, polariteten hos polyuretanen blir större och graden av mikrofasseparation ökar för att öka modulen och styrkan; ökningen av w(NCO) gör det lättare att bilda vätebindningar inuti polyuretanen, och vätebindningsinteraktionen ökar. stor, så töjningen minskar.
2.4 Inverkan av kedjeförlängningskoefficient på mekaniska egenskaper hos PUE
Om kedjeförlängningskoefficienten är annorlunda, kommer mängden kedjeförlängare som används att vara olika, vilket kommer att leda till olika innehåll i det syntetiska mjuka PUE-segmentet, vilket påverkar de mekaniska egenskaperna hos PUE. Genom att använda polyeterpolyol och polyesterpolyol med samma relativa molekylvikt, hålla samma w(NCO), syntetisera en prepolymer med MDI, sedan ändra kedjeförlängningskoefficienten och använda BDO för att förlänga kedjan av prepolymeren, den förberedda PUE-mekaniken. prestanda visas i tabell 4.
Det kan ses från tabell 4 att oavsett om det är polyester PUE syntetiserat av PBA eller polyeter PUE syntetiserat av PTMG, när w(NCO) för prepolymeren är densamma, med ökningen av kedjeförlängningskoefficienten, hårdheten hos PUE, 300 procent Dragspänningen, brottöjningen, draghållfastheten och rivhållfastheten ökade först och minskade sedan, och de mekaniska egenskaperna var bäst när kedjeförlängningskoefficienten var 1.00. Detta beror på att när kedjeförlängningskoefficienten är 1.00 tenderar polyuretanelastomeren att bilda en långkedjig molekyl med den högsta graden av linjäritet, och PUE har de bästa mekaniska egenskaperna vid denna tidpunkt. När kedjeförlängningskoefficienten är lägre än 1.00, på grund av otillräcklig mängd kedjeförlängare, kan makromolekylära långa kedjor inte bildas, och polyuretanprestandan är låg; när kedjeförlängningskoefficienten är större än 1,00, på grund av för mycket kedjeförlängningsmedel, kan den uppfylla kedjeförlängningskraven. Det finns rester, och dessa rester fungerar som mjukgörare för att försämra de mekaniska egenskaperna hos PUE.
Slutsats
① När prepolymeren w (NCO) är densamma: de mekaniska egenskaperna hos PUE vars mjuka segment är PCL, PBA, PEA och PCDL är i allmänhet bättre än de vars mjuka segment är PTMG; Hårdhet, 300 procent dragspänning, draghållfasthet och rivhållfasthet minskade, medan brottöjningen ökade; med ökningen av kedjeförlängningskoefficienten, hårdheten, 300 procent dragspänning, brottöjning, draghållfasthet för PUE Styrkan och rivhållfastheten visade en trend att först öka och sedan minska, och när kedjeförlängningskoefficienten var 1,00, den mekaniska egenskaperna var bäst.
② Med ökningen av prepolymer w(NCO) ökade hårdheten, 300 procent dragspänning, draghållfasthet och rivhållfasthet för PUE, medan brottöjningen minskade.
