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三鷹聚氨酯

San Ying Polyurethane

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新材料丨聚氨酯彈性體種類及用途

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新聞資訊
發布時間:
2019/07/31
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聚氨酯彈性體(PU elastomer)又稱聚氨酯橡膠,是一類在分子鏈中含有較多氨基甲酸酯基團(-NHCOO-)的彈性體聚合物材料。通常以低聚物多元醇、多異氰酸酯、擴鏈劑/交聯劑及少量助劑為原料制得。

從分子結構上看,聚氨酯彈性體是一種嵌段聚合物,一般由低聚物多元醇柔性長鏈構成軟段,以二異氰酸酯及擴鏈劑構成硬段,硬段和軟段交替排列,形成重復結構單元。除含有氨酯基團外,聚氨酯分子內及分子間可形成氫鍵,軟段和硬段可形成微相區并產生微觀相分離。這些結構特點使得聚氨酯彈性體具有優異的耐磨性和韌性,以“耐磨橡膠”著稱。“耐磨橡膠”著稱。“耐磨橡膠”著稱。“耐磨橡膠”著稱。

聚氨酯彈性體具有優良的綜合性能,模量介于一般橡膠和塑料之間。它具有以下的特性:

1.較高的強度和彈性,可在較寬的硬度(shore A)范圍內(邵氏A10~邵氏D75)保持較高的彈性;

2.在相同硬度下,比其它彈性體承載能力高;

3.優異的耐磨性,其耐磨性是天然橡膠的2~10倍;

4.耐油脂及耐化學品性優良;芳香族聚氨酯耐輻射;耐氧性和耐臭氧性能優良;耐疲勞性及抗震動性好,適于高頻撓曲應用;

5.抗沖擊性高;低溫柔順性好;一般無需增塑劑可達到所需的低硬度,因而無增塑劑遷移帶來的問題;

6.普通聚氨酯不能在100 ℃以上使用,但采用特殊的配方可耐140 ℃高溫;模塑和加工成本低。

 

與金屬材料相比,聚氨酯彈性體制品具有重量輕、噪音低、耐損耗、加工費用低及耐腐蝕等優點;與塑料相比,聚氨酯彈性體具有不發脆、彈性記憶、耐磨等優點。與橡膠相比,聚氨酯彈性體具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承載性、透明或半透明、耐臭氧、可灌封、可澆注、硬度范圍廣等優點。聚氨酯彈性體加工方法多樣,新技術新品種不斷涌現,其應用前景將十分廣闊。

 

 

澆注型聚氨酯彈性體(CPU)

澆注型聚氨酯彈性體(casting PU,CPU)即通過澆注工藝、由液體樹脂澆注并反應成型而生產的一類聚氨酯彈性體,有人簡稱之“澆注膠”。這類液體原料體系又稱“液體橡膠”。在聚氨酯彈性體產品中,以澆注型聚氨酯彈性體產量最大,是目前聚氨酯彈性體中最主要的一種類型。

1特點

①以液體原料澆注或注射到制品模具中反應而固化成型,可以直接制得很厚的體積大的聚氨酯橡膠制品及形狀復雜的制品;

②制得的制品綜合性能好;

③可以調節原料的配方組成及用量,獲得不同硬度的制品,性能的可變范圍大;

④對于簡單的手工澆注,設備投資小,加工方便;

⑤可制造小批量的或單件的制品原型,靈活性好。

2種類

·TDI基聚氨酯澆注膠

(1)聚酯-TDI-MOCA澆注型聚氨酯

(2)聚醚-TDI-MOCA澆注型聚氨酯

·MDI基聚氨酯澆注膠 (1)MDI-BD體系聚氨酯澆注膠

(1)MDI-HQEE(HER)聚氨酯澆注膠

·特種聚氨酯澆注膠

(1)NDI澆注膠

(2)HMDI系聚氨酯澆注膠

(3)HDI系澆注型聚氨酯

(4)PPDI型澆注型聚氨酯 

3加工方法

(1)手工澆注

手工澆注適于生產批量小、品種多的小型制品,是實驗室和小型工廠較為常用的生產彈性體制件的方法。一步法、預聚體或半預聚體法都可采用手工澆注工藝。手工澆注簡單靈活,成本也低,然而存在攪拌不均問題,氣泡也不易消除。

(2)機械澆注

澆注機配備自動計量泵和混合器,把預聚物脫氣后再與經嚴格計量的擴鏈劑同時輸送到混合器中混合均勻,澆注時液料經過混合器的澆口注入模具中,經硫化即得制品。混合器可連續或間斷運轉。并可使混合和注射動作同時進行。機械澆注可連續和間歇進行,機械澆注生產效率高、產品質量穩定,適合于大批量及中大型制品的生產。

(3)特殊澆注工藝

澆注型聚氨酯彈性體的生產一般可采用常壓澆注,即反應混合物澆注到敞口的模具中再合模。常壓澆注過程中,往往容易混入攪拌帶入的空氣,使彈性體制品中可能含有氣泡。對于一些形狀復雜或不允許膠中夾有氣泡的制品,可將模具置于大型真空室中,借澆注壓力注模,邊澆注邊抽真空脫泡,這種方法稱為真空澆注。

將液體膠料注入模具有垂直澆注法、傾斜澆注法、離心澆注法、旋轉澆注法等,必須采用合適的方法,避免注料時混入氣泡。

熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)

熱塑性聚氨酯彈性體(thermoplastic PU,簡稱TPU),又稱PU熱塑膠,是一種由低聚物多元醇軟段與二異氰酸酯-擴鏈劑硬段構成的線性嵌段共聚物。

TPU占聚氨酯彈性體總量的25%左右,主要用途有:汽車部件及機器零件、運動鞋底、膠輥、電線電纜、軟管、薄膜及薄板、織物(涂層及高彈衣襪等)、磁帶粘合劑、織物涂料、膠粘劑等。TPU按軟段結構可分為聚酯型、聚醚型等。根據結構特點分類,可分為全熱塑型和半熱塑型。

 TPU通常是粒狀,可再加工性好。可采用熱塑性塑料加工方法,如擠出、注射、壓延、模壓等,將TPU顆粒在較高溫度塑化成型,制成各種形狀的制品或復合制品,其中以擠出成型和注射成型應用最多,約占70%以上。TPU還用于制造彈性纖維、合成革樹脂、膠粘劑和涂料等。

混煉型聚氨酯彈性體(MPU)

混煉型聚氨酯彈性體(millable PU,MPU)是研制最早的一類彈性體,主要加工特性是先合成貯存穩定的固體生膠,再采用通用橡膠的混煉機械進行加工,制得熱固性網狀分子結構的聚氨酯彈性體。根據主鏈軟段結構,混煉型聚氨酯可分為聚酯型和聚醚型兩大類根據硫化劑不同分為S硫化和DCP硫化膠。

混煉型聚氨酯彈性體的主要特點如下:

①可以采用通用橡膠的加工設備生產制品;

②與通用橡膠我性能相比,其耐磨性好,撕裂強度高,低硬度配方的壓縮永久變形小,耐油性也較好。

③混煉型聚氨酯彈性體的相對分子質量一般比澆注型聚氨酯彈性體高,從10000到30000左右,通過選擇不同的原料配比可得到門尼粘度不同的生膠。

④在混煉型聚氨酯彈性體中,可以添加炭黑、白炭黑等填充劑,以達到提高制品硬度和補強的效果。

聚氨酯彈性體的應用

1在選煤、礦山、冶金等行業的應用

聚氨酯彈性體是最符合礦山要求的非金屬材料,可取代部分金屬材料。用于礦山的聚氨酯彈性體制品有篩板、彈性體襯里、運輸帶等。聚氨酯橡膠篩板品種有弛張篩板、張力篩板、條縫篩板等。聚氨酯橡膠篩板具有優異的耐磨、耐水、耐油、吸振消聲、強度高、與金屬骨架粘接牢等特性,噪音小,自清理效果好,并減輕篩機負荷,節省能耗,延長了篩機壽命,篩分的質量高。

許多礦山設備如搖床、浮選機、特種選礦機、族流器、螺旋流槽、粉碎機、磁選機、管道和彎頭,接觸碎石等物料,需要耐磨的襯里;礦用單軌吊車的鋼芯聚氨酯驅動輪、阻燃抗靜電的聚氨酯輸送帶、設備電纜TPU護套、防塵圈、減震塊等,聚氨酯彈性體是首選的材料。

2聚氨酯膠輥應用

 聚氨酯膠輥是一類性能優異的聚氨酯橡膠制品,一般采用澆注工藝在鋼或鐵輥外覆一層聚氨酯彈性體而成。根據用途分種類有:糧食加工的礱谷膠輥,造紙工業中的擠壓膠輥和軋漿膠輥,紡織工業中用作拉絲輥、牽伸輥和切絲輥等,木材、玻璃和包裝工業所用的傳動軸承膠輥,印染機械用各種膠輥,各種儀器用小型膠輥,輸送系統用傳送膠輥,印刷膠輥,金屬冷軋用傳送膠輥,金屬鋼板彩涂膠輥等等,這些膠輥的膠層都可以用聚氨酯彈性體制作。

膠輥大多數采用澆注工藝制造,一般采用把鋼芯放在圓筒型模具中央澆注彈性體成型。特殊的膠輥可采用離心澆注法或旋轉澆注法。旋轉澆注法無需模具,采用室溫硫化澆注彈性體體系,總加工時間縮短。

3聚氨酯膠輪及輪胎

聚氨酯彈性體承載能力大、耐磨、耐油,與金屬骨架粘接牢固,可用于制造在各種傳動機構中廣泛使用的膠輪,如;生產線傳送帶用托輪、導輪,纜車的滑輪等等。體育娛樂方面,高檔溜冰鞋旱冰輪及滑板車的輪子都采用聚氨酯制造。聚氨酯膠輪還具有耐油、韌性好、附著力強等特點,在礦用單軌吊車、齒軌車及清洗車等車輛上使用效果十分明顯。聚氨酯還用于很小的電子和精密儀器傳動輪、各種萬向輪等。

還有微發泡輪胎,PU發泡填充輪胎等。

4機械配件

各種密封圈、減震塊、聯軸節、汽車防滑鏈等。

5模具襯里以及鈑金零件成型用沖裁模板等

用常規鋼制沖模沖裁薄片零件,斷口常有毛刺。用聚氨酯橡膠代替傳統鋼模的沖壓技術是金屬薄板沖壓技術的一次飛躍,能大幅度縮短模具制造周期,延長模具使用壽命,降低成型零件的生產成本,并提高零件表面質量和尺寸精度,特別適用于中小批量和單件產品的試制生產,對薄而復雜的沖壓零件更加適合。

在瓷磚及陶瓷生產線上,采用PU彈性體內襯模具可降低生產成本,提高生產效率和成品率。聚氨酯可制造混凝土模具,采用氨酯模具可復制各種花紋,生產裝飾性砌塊,五金模具沖壓生產中采用聚氨酯彈性體棒、管及板墊代替金屬彈簧作緩沖構件,彈性高、柔韌性、原縮變形強度高,不損壞模具。

6鞋材

聚氨酯彈性體具有緩沖性能好,質輕、耐磨、防滑等特點,加工性能好,已成為制鞋工業中一種重要的鞋用合成材料,制造棒球鞋、高爾夫球、足球等的運功鞋、鞋底、鞋跟、鞋頭,以及滑雪鞋、安全鞋、休閑鞋等。用于鞋材的聚氨酯材料有澆注型微孔彈性體及熱塑性聚氨酯彈性體等,以微孔彈性體鞋底為主。

聚氨酯微孔彈性體質輕,耐磨性又好,受到制鞋廠商的青睬。制品密度低,比傳統的橡膠底和PVC鞋材要輕得多。在國內微孔聚氨酯能彈性體主要用于旅游鞋、皮鞋、運動鞋、涼鞋等的鞋底及鞋墊,國外主要可用于需耐磨性和彈性的特殊運動鞋鞋底,設計可多樣化。TPU鞋后跟具有高耐磨性。可在注射成型中加入可熱分解發泡劑,制成發泡TPU彈性鞋材。

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