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聚氨酯彈性體特點及應用開發(fā)
關鍵詞：聚氨酯彈性體特點及應用開發(fā) 發(fā)布時間：2011-06-11 00:00:00 點擊數(shù)：3077
隨著社會的發(fā)展和技術的進步，新材料的應用越來越廣泛，聚氨酯彈性體自從上世紀80年代初開始從軍用轉(zhuǎn)為軍民兩用，并以民用為主后，產(chǎn)品的品種牌號不斷增加，生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，在國民經(jīng)濟各部門及人們的衣食住行各方面所發(fā)揮的作用日趨重要。本文擬從實際應用的角度出發(fā)，談談聚氨酯彈性體的優(yōu)缺點及其應用開發(fā)的現(xiàn)狀和前景。
一、聚氨酯彈體的主要優(yōu)點
1、性能的可調(diào)節(jié)范圍大。多項物理機械性能指標均可通過對原材料的選擇和配方的調(diào)整，在一定范圍內(nèi)變化，從而滿足用戶對制品性能的不同要求。譬如硬度，往往是用戶對制品的一個重要指標，聚氨酯彈性體既可制成邵爾A硬度20左右的軟質(zhì)印刷膠輥，又可制成邵爾D硬度70以上的硬質(zhì)軋鋼膠輥，這是一般彈性體材料所難以做到的。聚氨酯彈性體是由許多柔性鏈段和剛性鏈段組成的性高分子材料，隨著剛性鏈段比例的提高和性基團密度的增加，彈性體原強度和硬度會相應提高。
2、耐磨性能優(yōu)越。特別是在有水、油等潤濕介質(zhì)存在的工作條件下，其耐磨性往往是普通橡膠材料的幾倍到幾十倍。金屬材料如鋼鐵等雖然很堅硬，但并不一定耐磨，如黃河灌溉區(qū)的大型水泵，其過流部件金屬口環(huán)和保護圈經(jīng)過大量泥沙的沖刷，用不了幾百小時就嚴重磨損漏水，而采用聚氨酯彈性體包覆的口環(huán)和保護圈則連續(xù)運行1800小進仍未磨損。其它如碾米用的礱谷機膠輥、選煤用的振動篩篩板、運動場的徑賽跑道、吊車鏟車用的動態(tài)油密封圈、電梯輪和旱冰鞋輪等等也都是聚氨酯彈性體的用武之地。在此需提到的一點是，要提高中低硬度聚氨酯彈性體制件的摩擦系數(shù)，改善在承載負荷下的耐磨性能，可在這類聚氨酯彈性體中添加少量二硫化鋁、石墨或硅油等潤滑劑。
3、加工方式多樣，適用性廣泛。聚氨酯彈性體既可跟通用橡膠一樣采用塑煉、混煉、硫化工藝成型（指MPU）；也可以制成液體橡膠，澆注模壓成型或噴涂、灌封、離心成型（指CPU）；還可以制成顆粒料，與普通塑料一樣，用注射、擠出、壓延、吹塑等工藝成型（指CPU）。模壓或注射成型的制件，在一定的硬度范圍內(nèi)，還可以進行切割、修磨、鉆孔等機械加工。加工的多樣性，使聚氨酯彈性體的適用性十分廣泛，應用領域不斷擴大。
4、耐油、耐臭氧、耐老化、耐輻射、耐低溫，透聲性好，粘接力強，生物相容性和血液相容性優(yōu)秀。這些優(yōu)點正是聚氨酯彈性體在軍工、航天、聲學、生物學等領域獲得廣泛應用的原因。
二、酯氨酯彈性體的不足之處
但聚氨酯彈性體并非十全十美，它的主要缺點是：
1、內(nèi)生熱大，耐高溫性能一般。正常使用溫度范圍是-40~120℃使用。若需在高頻振蕩條件或高溫條件下長期作用，則必須在結(jié)構(gòu)設計或配方上采取相應改性措施。
2、不耐強性溶劑和強酸堿介質(zhì)。在一定溫度下，醇、酸、酮會使聚氨酯彈性體溶脹和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶劑在常溫下就會使聚氨酯彈性體溶脹。
三、聚氯酯彈性體的應用和開發(fā)
綜上所述，聚氨酯彈性體的綜合性能是十分優(yōu)越的。近年來，各國都在根據(jù)市場需求情況加強其應用開發(fā)研究，開發(fā)的重點在以下幾個方面：
1、汽車用聚氨酯彈性體?，F(xiàn)今的汽車工業(yè)正在向高性能、低重量、舒適與安全的方向發(fā)展。橡塑合成材料正在逐步取代金屬材料，這就為聚氨酯彈性體的應用開辟了為廣闊的前景。美國Goodrich公司開發(fā)出第二代TPU，其商務名為Estaloc。該產(chǎn)品保持了第一代TPU Estaloc的特性，并采用中空玻璃球作填料，使光澤度提高了15%以上，可用于制造汽車邊板和減震墊等。在汽車上安裝安全氣囊，是現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的需要，對保護駕駛員的生命安全有重大作用。這種氣囊必須具備一定強度才能經(jīng)受高速沖擊，還要有較好的低溫柔性，適宜用聚氨酯制作，每個氣囊用膠量約300克。我國大部分汽車尚未安裝氣囊，市場需求量很大。利用聚氨酯彈性體的高強度和高承載能力。可制造中低速載重車輛用輪胎，強度和高承載能力，可制造中低速載重車輛用輪胎，其承載能力是用天然膠制造的同規(guī)格輪胎的7倍。近年來，一種新型綠色聚氨酯復合輪胎正在研究開發(fā)之中，它是以新舊橡膠光胎為基體，澆注上一定厚度的高耐磨、耐刺扎的聚氨酯橡膠膠面層，目前正處于里程試驗階段，不久后有望投入指生產(chǎn)。
2、建筑用聚氨酯彈性體。傳統(tǒng)的瀝青油氈防水材料已逐步被堅固耐用、整體施工的聚氨酯防水材料所替代；運動場的跑道在10年前只有國家級的正式比賽場地才用聚氨酯鋪裝材料，而現(xiàn)在大部分省市體育場、大中專院校，甚至一些中小學也都鋪上了聚氨酯塑膠跑道；大型橋梁的伸縮縫、飛機場跑道及高速公路的嵌縫也開始采用常溫固化的聚氯酯彈性體制作高速鐵路的軌枕是十分理想的材料，日本新干線鐵路通過的隧道和橋梁上所鋪的軌枕就是采用了聚氯酯彈性體材料。這一新的應用充分發(fā)揮了聚氯酸彈性體質(zhì)輕、吸震性好、耐老化等特點，很好推廣價值。
3、礦山用聚氯酯彈性體。煤礦、金屬及非金屬礦山對高耐磨、高強度而又富有彈性的非金屬材料需求量很大。近10年來，許多選擇煤廠用聚氯酯彈性篩選板取代了笨重的金屬篩板，不僅大大延長了篩板的使用壽命，而且明顯降低了操作環(huán)境的噪音，節(jié)能降耗效果明顯。其它如用于制作固體分離的旋流器、阻燃抗靜電的耐磨運輸帶、礦用單軌吊車的實芯輪、煤礦噴漿機用結(jié)合板、萬噸電動輪自卸車上的油密封圈、高壓電纜護套的冷補膠等也都為礦山建設發(fā)揮了巨大作用。目前還有許多礦山用耐磨彈性制品正等待我們?nèi)ラ_發(fā)和推廣。
4、鞋用聚氯酯彈性體。自從臺商紛紛來到大陸，我國的制鞋業(yè)發(fā)展迅速。聚氯酯彈性具有緩沖性能好、質(zhì)輕、耐磨、防滑等優(yōu)點，現(xiàn)已成為制鞋工業(yè)中一種重要的配套材料，高爾夫球鞋、棒球鞋、足球鞋、滑雪鞋、旅游鞋、安全鞋等許多鞋的鞋底、鞋跟、鞋頭、鞋墊等重要配件都是用聚氯酯彈性體制成的，不僅美觀大方，而且舒適耐用，還能提高運動成績。
5、醫(yī)用聚氨酯彈性體。良好的生物相容性、血液相容性、無各種添加劑是TPU和CPU材料在醫(yī)療領域獲得應用的重要原因。目前已開發(fā)成功的醫(yī)用彈性體制品有：氣管套管、假肢、計劃生育用的栓堵劑、顱骨缺損修補材料、安全套等等，其在醫(yī)療衛(wèi)生領域應用的前景還十分廣闊。
6、新型聚氨酯復合板材。英國正在開發(fā)一種稱為SPS夾板層系統(tǒng)的聚氨酯復合板材，將給造船業(yè)帶來一場革命。它包括兩層9mm厚的鋼板和被注入它們中間的40mm厚的聚氨酯彈性體，一旦開發(fā)成功，可取代傳統(tǒng)造船業(yè)用的加強鋼板材料，其優(yōu)點是：節(jié)省制造時間、節(jié)約鋼板、減輕船體重量、抗沖擊、耐疲勞、減震、消音、隔熱。一旦將來采用SPS系統(tǒng)的復合材料來造船的話，造船業(yè)所耗用的聚氨酯彈性體將是一個十分驚人的數(shù)字。
一、聚氨酯彈體的主要優(yōu)點
1、性能的可調(diào)節(jié)范圍大。多項物理機械性能指標均可通過對原材料的選擇和配方的調(diào)整，在一定范圍內(nèi)變化，從而滿足用戶對制品性能的不同要求。譬如硬度，往往是用戶對制品的一個重要指標，聚氨酯彈性體既可制成邵爾A硬度20左右的軟質(zhì)印刷膠輥，又可制成邵爾D硬度70以上的硬質(zhì)軋鋼膠輥，這是一般彈性體材料所難以做到的。聚氨酯彈性體是由許多柔性鏈段和剛性鏈段組成的性高分子材料，隨著剛性鏈段比例的提高和性基團密度的增加，彈性體原強度和硬度會相應提高。
2、耐磨性能優(yōu)越。特別是在有水、油等潤濕介質(zhì)存在的工作條件下，其耐磨性往往是普通橡膠材料的幾倍到幾十倍。金屬材料如鋼鐵等雖然很堅硬，但并不一定耐磨，如黃河灌溉區(qū)的大型水泵，其過流部件金屬口環(huán)和保護圈經(jīng)過大量泥沙的沖刷，用不了幾百小時就嚴重磨損漏水，而采用聚氨酯彈性體包覆的口環(huán)和保護圈則連續(xù)運行1800小進仍未磨損。其它如碾米用的礱谷機膠輥、選煤用的振動篩篩板、運動場的徑賽跑道、吊車鏟車用的動態(tài)油密封圈、電梯輪和旱冰鞋輪等等也都是聚氨酯彈性體的用武之地。在此需提到的一點是，要提高中低硬度聚氨酯彈性體制件的摩擦系數(shù)，改善在承載負荷下的耐磨性能，可在這類聚氨酯彈性體中添加少量二硫化鋁、石墨或硅油等潤滑劑。
3、加工方式多樣，適用性廣泛。聚氨酯彈性體既可跟通用橡膠一樣采用塑煉、混煉、硫化工藝成型（指MPU）；也可以制成液體橡膠，澆注模壓成型或噴涂、灌封、離心成型（指CPU）；還可以制成顆粒料，與普通塑料一樣，用注射、擠出、壓延、吹塑等工藝成型（指CPU）。模壓或注射成型的制件，在一定的硬度范圍內(nèi)，還可以進行切割、修磨、鉆孔等機械加工。加工的多樣性，使聚氨酯彈性體的適用性十分廣泛，應用領域不斷擴大。
4、耐油、耐臭氧、耐老化、耐輻射、耐低溫，透聲性好，粘接力強，生物相容性和血液相容性優(yōu)秀。這些優(yōu)點正是聚氨酯彈性體在軍工、航天、聲學、生物學等領域獲得廣泛應用的原因。
二、酯氨酯彈性體的不足之處
但聚氨酯彈性體并非十全十美，它的主要缺點是：
1、內(nèi)生熱大，耐高溫性能一般。正常使用溫度范圍是-40~120℃使用。若需在高頻振蕩條件或高溫條件下長期作用，則必須在結(jié)構(gòu)設計或配方上采取相應改性措施。
2、不耐強性溶劑和強酸堿介質(zhì)。在一定溫度下，醇、酸、酮會使聚氨酯彈性體溶脹和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶劑在常溫下就會使聚氨酯彈性體溶脹。
三、聚氯酯彈性體的應用和開發(fā)
綜上所述，聚氨酯彈性體的綜合性能是十分優(yōu)越的。近年來，各國都在根據(jù)市場需求情況加強其應用開發(fā)研究，開發(fā)的重點在以下幾個方面：
1、汽車用聚氨酯彈性體?，F(xiàn)今的汽車工業(yè)正在向高性能、低重量、舒適與安全的方向發(fā)展。橡塑合成材料正在逐步取代金屬材料，這就為聚氨酯彈性體的應用開辟了為廣闊的前景。美國Goodrich公司開發(fā)出第二代TPU，其商務名為Estaloc。該產(chǎn)品保持了第一代TPU Estaloc的特性，并采用中空玻璃球作填料，使光澤度提高了15%以上，可用于制造汽車邊板和減震墊等。在汽車上安裝安全氣囊，是現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的需要，對保護駕駛員的生命安全有重大作用。這種氣囊必須具備一定強度才能經(jīng)受高速沖擊，還要有較好的低溫柔性，適宜用聚氨酯制作，每個氣囊用膠量約300克。我國大部分汽車尚未安裝氣囊，市場需求量很大。利用聚氨酯彈性體的高強度和高承載能力。可制造中低速載重車輛用輪胎，強度和高承載能力，可制造中低速載重車輛用輪胎，其承載能力是用天然膠制造的同規(guī)格輪胎的7倍。近年來，一種新型綠色聚氨酯復合輪胎正在研究開發(fā)之中，它是以新舊橡膠光胎為基體，澆注上一定厚度的高耐磨、耐刺扎的聚氨酯橡膠膠面層，目前正處于里程試驗階段，不久后有望投入指生產(chǎn)。
2、建筑用聚氨酯彈性體。傳統(tǒng)的瀝青油氈防水材料已逐步被堅固耐用、整體施工的聚氨酯防水材料所替代；運動場的跑道在10年前只有國家級的正式比賽場地才用聚氨酯鋪裝材料，而現(xiàn)在大部分省市體育場、大中專院校，甚至一些中小學也都鋪上了聚氨酯塑膠跑道；大型橋梁的伸縮縫、飛機場跑道及高速公路的嵌縫也開始采用常溫固化的聚氯酯彈性體制作高速鐵路的軌枕是十分理想的材料，日本新干線鐵路通過的隧道和橋梁上所鋪的軌枕就是采用了聚氯酯彈性體材料。這一新的應用充分發(fā)揮了聚氯酸彈性體質(zhì)輕、吸震性好、耐老化等特點，很好推廣價值。
3、礦山用聚氯酯彈性體。煤礦、金屬及非金屬礦山對高耐磨、高強度而又富有彈性的非金屬材料需求量很大。近10年來，許多選擇煤廠用聚氯酯彈性篩選板取代了笨重的金屬篩板，不僅大大延長了篩板的使用壽命，而且明顯降低了操作環(huán)境的噪音，節(jié)能降耗效果明顯。其它如用于制作固體分離的旋流器、阻燃抗靜電的耐磨運輸帶、礦用單軌吊車的實芯輪、煤礦噴漿機用結(jié)合板、萬噸電動輪自卸車上的油密封圈、高壓電纜護套的冷補膠等也都為礦山建設發(fā)揮了巨大作用。目前還有許多礦山用耐磨彈性制品正等待我們?nèi)ラ_發(fā)和推廣。
4、鞋用聚氯酯彈性體。自從臺商紛紛來到大陸，我國的制鞋業(yè)發(fā)展迅速。聚氯酯彈性具有緩沖性能好、質(zhì)輕、耐磨、防滑等優(yōu)點，現(xiàn)已成為制鞋工業(yè)中一種重要的配套材料，高爾夫球鞋、棒球鞋、足球鞋、滑雪鞋、旅游鞋、安全鞋等許多鞋的鞋底、鞋跟、鞋頭、鞋墊等重要配件都是用聚氯酯彈性體制成的，不僅美觀大方，而且舒適耐用，還能提高運動成績。
5、醫(yī)用聚氨酯彈性體。良好的生物相容性、血液相容性、無各種添加劑是TPU和CPU材料在醫(yī)療領域獲得應用的重要原因。目前已開發(fā)成功的醫(yī)用彈性體制品有：氣管套管、假肢、計劃生育用的栓堵劑、顱骨缺損修補材料、安全套等等，其在醫(yī)療衛(wèi)生領域應用的前景還十分廣闊。
6、新型聚氨酯復合板材。英國正在開發(fā)一種稱為SPS夾板層系統(tǒng)的聚氨酯復合板材，將給造船業(yè)帶來一場革命。它包括兩層9mm厚的鋼板和被注入它們中間的40mm厚的聚氨酯彈性體，一旦開發(fā)成功，可取代傳統(tǒng)造船業(yè)用的加強鋼板材料，其優(yōu)點是：節(jié)省制造時間、節(jié)約鋼板、減輕船體重量、抗沖擊、耐疲勞、減震、消音、隔熱。一旦將來采用SPS系統(tǒng)的復合材料來造船的話，造船業(yè)所耗用的聚氨酯彈性體將是一個十分驚人的數(shù)字。
