三分钟看懂浇注型聚氨酯弹性体

浇注型聚氨酯弹性体胶辊的加工工艺一、概况：1、聚氨酯胶辊的特点和类型：浇注型聚氨酯胶辊是由液体聚氨酯橡胶通过浇注的方法制造的一种胶辊。

它与普通胶辊相比，具有较高的机械强度（为天然橡胶的2-3倍），卓越的耐磨性（为天然橡胶5-10倍），突出的抗压缩性；硬度范围广，且在高硬度下仍具有高弹性（这是其他胶种所没有的特性）；表面光洁度高；机械加工性能优越；与金属粘结性也比普通橡胶高得多，比较适合一定线速和高压力下使用。

日前聚氨酯胶辊发展很快，原来使用的大量普通胶辊己被新型聚氨酯胶辊所取代。

浇注型聚氨酯胶辊大体分为聚酯型、聚醚型和聚己内酯型三种（指柔性链段的主要构成原料）。

一般来说，聚酯型多用在低、中硬度的胶辊中，其物理机械性能高，耐溶剂性能较好，常用作有色金属行业。

聚醚型多用在高转速、高硬度的胶辊中，它的耐水性能佳，耐低温性优越，工艺性能好掌握，常用来制造拉丝辊、印花辊等。

聚己内酯型综合性能优越，耐低温性能及耐水解性能好，常用作压榨辊及要求较高的胶辊。

2、胶辊对聚氨酯材料的基本要求：（1）必须满足各种胶辊所要求的物理机械性能指标；（2）必须和辊芯有良好粘合性，以适应粘合成型的工艺要求；（3）胶辊硬度应符合要求，辊面硬度应均匀一致；（4）表面无气泡，杂质及机械损伤。

3、胶辊的主要技术性能（1）硬度：各种胶辊的硬度参考值造纸胶辊印花胶辊印刷胶辊其他胶辊名称硬度（邵A）名称硬度（邵A）名称硬度（邵A）名称硬度（邵A）压榨胶辊 80-90 印花胶辊 92-97 高速轮转机制革胶辊 50-60 挤水胶辊 75-85 丝光轧辊 85 墨辊 20-25 冷轧辊 85-95 烘缸托辊 85-95 丝光轧辊 80-85 高速平台墨辊 25-30 压浆辊 60-65 铜网伏辊 35、80 丝方平洗辊 80-85 一般平台墨辊 20-25 油印胶辊 20-30 分毯胶辊 95-100 平洗机上辊 100 胶印机墨辊 30-35 打字机胶辊 85-90 案辊 95-100 平洗机下辊 80 一般印刷墨辊 40-45 砻谷胶辊 75-95 胸辊 70-80 绳洗机辊 80-90 拉丝辊 85-90 毛布导辊 95-100 轧染胶辊 85 真空伏辊 80-90 空心弯辊 55-60（2）表面要求：根据具体的用途而走，有的要求表面光洁或需经特殊加工或处理。

浇注型聚氨酯弹性体优缺点总结浇注型聚氨酯弹性体的主要优点1、性能的可调理范围大多项物理机械性能指标均可经过对原资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请求。

譬如硬度，常常是用户对制品的一个重要指标，聚氨酯弹性体既可制成邵尔A硬度20左右的软质印刷胶辊，又可制成邵尔D硬度70以上的硬质轧钢胶辊，这是普通弹性体资料所难以做到的。

聚氨酯弹性体是由许多柔性链段和刚性链段组成的极性高分子资料，随着刚性链段比例的进步和极性基团密度的增加，弹性体原强度和硬度会相应进步。

2、耐磨性能优越特别是在有水、油等润湿介质存在的工作条件下，其耐磨性常常是普通橡胶资料的几倍到几十倍。

金属资料如钢铁等固然很坚硬，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维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维护圈(旋流器)则连续运转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、聚氨酯实芯轮胎、复印机和丝网印刷刮板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，要进步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、石墨或硅油等光滑剂。

3、加工方式多样，适用性普遍浇注型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);也能够制成液体橡胶，浇注模压成型或喷涂、灌封、离心成型(指CPU);还能够制成颗粒料，与普通塑料一样，用注射、挤出、压延、吹塑等工艺成型(指TPU)。

模压或注射成型的制件，在一定的硬度范围内，还能够停止切割、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非常普遍，应用范畴不时扩展。

4、耐油、耐臭氧、耐老化、耐辐射、耐低温，透声性好，粘接力强，生物相容性和血液相容性优。

・技术交流・MD I 浇注型聚氨酯弹性体的加工特性庞坤玮　黎艳飞　区志敏　吴贻清(广州华南理工大学华工百川科技有限公司　510640)摘　要:介绍了MD I 浇注型聚氨酯弹性体(MD I 2CP UE )的聚合反应特点和3种加工方法的特点及物性。

讨论了预聚物法硬段含量对MD I 2CP UE 物性的影响,随着体系中硬段含量的增加,MD I 2CP UE 的硬度、模量、撕裂强度、拉伸强度依次提高,伸长率和回弹降低。

关键词:MD I ;聚氨酯弹性体;加工方法 二苯基甲烷二异氰酸酯(MD I )是合成聚氨酯(P U )材料的主要原料之一,1959年进入我国市场[1],1984年它的消耗量已超过毒性较大的甲苯二异氰酸酯(T D I )[2]。

近年来,由于世界P U 市场需求强劲,使得MD I 的产品和产能迅速增长,以MD I 为原料的产品几乎渗入到P U 领域的各个方面,如泡沫、微孔弹性体、粘合剂、热塑胶、弹性体、弹性纤维、喷涂材料等。

由于MD I 浇注型聚氨酯弹性体(MD I 2CP UE )既具有很好的综合性能又能满足环保的需求,已被广泛用于制备胶辊、胶轮、传动带、密封制品等材料。

1　MD I 2CPUE 聚合反应特点1.1　MD I 聚合物的反应活性及相对速度MD I 和T D I 同属芳香族二异氰酸酯,两个NCO基团之间都能相互发生诱导效应,即第一个NCO 基团参加反应时,另一个NCO 基团起吸电子取代基的作用,使反应活性增加。

MD I 和T D I 的区别在于MD I 的两个NCO 基团相距较远,且周围无取代基,故MD I 分子上两个NCO 的活性都较大,而T D I 分子结构存在位阻效应使反应速度受到影响,故MD I型P U 预聚体的反应活性比T D I 型P U 预聚体大[2],MD I 体系多用小分子二元醇扩链,而T D I 体系多用小分子二元胺扩链。

B rizz olara D F 等人[3]就MD I/聚四亚甲基醚二醇/1,42丁二醇(MD I/PT MEG/BDO )与T D I/聚四亚甲基醚二醇/3,3′2二氯24,4′2二氨基二苯甲烷(T D I/PT MEG /MOCA )体系的反应特点作了比较,绘出了100℃时2种聚合物体系(邵D硬度为50)未反应异氰酸酯的浓度与时间的关系图,如图1。

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CPU概述CPU：全称浇注型聚氨酯弹性体（castable polyurethane rubber），即通过浇注工艺、由阶梯材料浇注并反应成型而产生的一类聚氨酯弹性体，有人简称之“浇注胶”，这类液体原料体系又称“液体橡胶”。

CPU在加工前成型前为粘性液体，故有“液体橡胶’之称，CPU因其优异的机械物性、良好的适用性、经济性以及对环境的适应性而得到了广泛的应用。

这使CPU具有其它各类热塑性弹性不可比拟的优良性能：（1）加工直接：用液体原料浇注或注射到制品模具中反应而经过固化成型，可以直接制得大型化体积大的聚氨酯橡胶制品和形状比较复杂的产品；（2）综合性能：制得的制品综合性能好；（3）可变性：可以调节原料的用量组成和配方，得到不同硬度的产品，性能的可变性大；（4）易加工：对于传统手工浇注来说，设备投资比较小，加工相对方便。

1、CPU的制备原料制备CPU所需要的原料一般有低聚合度多元醇、多异氰酸酯和扩链剂三大类。

另外，有的时候为了能提高反应的速度或改善制品的加工性能等，还需要加入一些配合。

（1）低聚合度多元醇制备CPU所使用的低聚合度多元醇的平均官能团较低，通常情况为2～3，平均相对分子质量为400～6000，常用的相对分子质量为1000～2000之间。

其主要种类有聚酯型多元醇、聚醚型多元醇、聚己内酯、聚丁二烯型多元醇、聚碳酸酯型多元醇（PC）和蓖麻油等。

（2）多异氰酸酯多元异氰酸酯根据结构不同可以分成芳香族和脂肪族两类，芳香族类异氰酸酯具有很高的反应活性。

常用的芳香族类异氰酸酯为4,4'-二苯甲基二异氰酸酯（MDI），甲苯二异氰酸酯（TDI）以及1,5-萘二异氰酸酯（NDI）、对苯二异氰酸酯（PPDI）等；常用的脂肪族类异氰酸酯有六甲基二异氰酸酯（HDI）和3,5,5-三甲基环己基二异氰酸酯（IPDI）等。

（3）扩链剂常用扩链剂有两大类：二醇类和二胺类。

一般常用的二醇类扩链剂有1,4-丁二醇（BDO）、丙二醇（PG）、乙二醇（EG）、1,6-己二醇（HDO）和氢醌-双（β-羟乙基）醚（HQEE）；而在工业上常用的二胺类的扩链剂有3,3'-二氯-4,4'二氨基二苯甲烷（MOCA）和二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）等。

浇注型聚氨酯弹性体性能与结构形态关系探讨摘要：当前我国聚氨酯弹性体（CPUE）性能与结构形态之间的相关关系的研究还处于初步阶段，其规律性和相关性仅处于一些定性关系，很不系统；很少有定量关系，规律性不强。

本文主要是对CPUE材料性能与结构形态之间的相关关系作比较系统的分析和研究。

关键词：聚氨酯弹性体基团软段多元醇聚氨酯弹性体的产量在PU材料各种制品中所占的比重虽然不大，但其品种之繁多、应用范围之广泛却是其他PU材料所不能比拟的。

CPUE是PU弹性体中综合性能最好、产量最大、应用范围最广的品种，在技术上CPUE也是最复杂的。

因此CPUE的技术和工业生产是世界各国在新材料方面关注的热点，在CPUE 领域中，新技术、新原料、新工艺、新产品、新应用层出不穷。

一、基团对CPUE性能的影响1.基团的内聚能聚氨酯材料的性能与其分子结构有关，而基团是分子的基本组成成分。

聚氨酯分子中，除含有氨基甲酸酯基团外，不同的聚氨酯制品中还有酯基、醚基、脲基、脲基甲酸酯基、缩二脲，芳环及脂链等基团中的一种或多种。

各基团对分子间相互作用力的影响可用组分中各基团的内聚能来表示。

酯基的内聚能比脂肪烃和醚基的内聚能高；脲基和氨基甲酸基的内聚能高、极性高，因此聚酯型聚氨酯的强度高于聚醚型和聚烯烃型聚氨酯的强度，聚氨酯-脲的内聚力、粘附性及软化点比纯聚氨酯的高。

聚氨酯材料的结晶性、相分离程度等与大分子之间和分子内的吸引力有关，这些与组成聚氨酯的软段及硬段种类有关，也与基团种类及密集程度有关。

2.氢键氢键存在于电负性较强的氮原子、氧原子的基团和含氢原子的基团之间，与基团内聚能大小有关，硬段的氨基甲酸酯或脲的极性强，氢键多存在于硬段之间。

据报道，聚氨酯大分子中多种基团的亚氨基大部分能形成氢键，而其中大部分是亚氨基与硬段中的羰基形成的，小部分与软段中醚氧基或酯羰基之间形成。

与分子内化学键的键合力相比，氢键是一种物理吸引力，它比原子之间的键合力小的多，但大量氢键的存在，在极性聚合物中也是影响性能的重要因素之一。

浇注聚氨酯弹性体性能影响因素一、聚醚多元醇1、聚醚多元醇当量聚醚多元醇当量的大小直接关系到成型后分子链中硬段的含量，从而影响材料的硬度、拉伸强度和断裂伸长率。

聚醚多元醇当量增加，硬度下降，拉伸强度减小，伸长率增加。

2、聚醚多元醇支化度支化度增加，制品的交联密度增大，交联点间的分子量减小。

制品的硬度升高，脆性增加，冲击强度减小，耐热性增加。

二、异氰酸酯的影响反应活性液化MDI>粗MDI>TDI，粗MDI的支化度为2.7，TDI为2，液化MDI为两者之间，故不同异氰酸酯制得的CPU的硬度为粗MDI> 液化MDI>TDI，冲击强度为粗MDI< 液化MDI<TDI,耐热性能PPDI>ND I>MDI>TDI。

MD I/BDO体系与TD I/MOCA体系(邵氏D硬度为50)相比，反应过程中粘度增加较快。

这两种聚合物体系的粘度与时间关系是MDI体系粘度增长较TDI体系快，“釜中寿命”(可操作性)较TDI体系短，因此，MDI体系浇注大型复杂制品的能力低于TDI体系。

三、交联剂的影响MDI型预聚物多用二醇做扩链剂；TDI型多用二胺类扩链剂。

聚氨酯弹性体性能影响因素1、机械强度聚酯型高于聚醚型胺类交联高于二醇交联有填料（炭黑）的高于无填料的2、耐热性能各基团的热分解温度：脲基氨基甲酸酯脲基甲酸酯缩二脲260℃241℃146℃144℃耐热性能PPDI>ND I>MDI>TDI ，聚醚分子链中有双键耐热性差，有无机填料耐热性好。

3、低温性能聚醚型优于聚酯型，最低在-70~-80℃。

4、耐水性能（1）聚氨酯制品易吸水，吸水率在2%以内。

吸水后的制品拉伸强度均会有所下降（10%~20%）。

（2）水降解。

MDI、NDI型比TDI型耐水解，二醇交联比二胺交联耐水解。

水解稳定性顺序：丁二烯多元醇>醚基>氨基甲酸酯基>脲基>缩二脲基、脲基甲酸酯>酯基。

浇注型聚氨酯1概述聚氨酯弹性体（PUE，PolyurethaneElastomer）是一类综合性能优良的高分子合成材料,包含有浇注型聚氨酯弹性体(CPU)、热塑型聚氨酯弹性体(TPU)和混炼型聚氨酯弹性体(MPU),微孔聚氨酯弹性体、聚氨酯防水材料、鞋底材料、铺装材料等。

CPU 在加工前成型前为粘性液体，故有“液体橡胶”之称，它是以液态低聚物多元醇、异氰酸酯和小分子扩链剂为原料，使用液体混合浇注的加工成型方法，经扩链交联反应得到固化交联的高弹性产物。

CPU 成型工艺简单，形成的弹性体分子完整程度高，最大限度发挥了聚氨酯弹性体的特点，综合性能也优于 MPU 和 TPU，因而成为聚氨酯弹性体中产量最大、应用范围最广的品种。

在许多工业领域中，CPU 正在逐步地取代传统金属和硫化橡胶，取得越来越广泛的应用。

浇注法也是本课题制备聚氨酯弹性体采用的方法。

MPU 加工的第一步是合成高粘度、储存稳定、可以混炼加工的聚氨酯生胶（线性分子，分子量为 20 000~30 000），然后在开炼机或密炼机中将其与硫化剂、促进剂、补强性填料等相混合，经成型最后硫化成具有弹性体物理化学性能的聚氨酯弹性体，可以看到，MPU 的加工方法和传统橡胶相似，因而是最早获得工业生产和应用的一种聚氨酯弹性体，但 MPU 的性能比 CPU 和 TPU 差，硬度一般在 ShoreA55~A80，工艺复杂，产量较小。

TPU 常采用一步法生产，即将聚合物多元醇、二异氰酸酯和小分子扩链剂混合，在双螺杆反应器中反应，然后切粒和干燥，使用塑料挤出、注射成型的加工方法进行生产。

TPU 的数均分子量较大，硬度较高。

聚氨酯弹性体是由相对分子质量大的聚醇软段和相对分子质量低的二异氰酸酯与二胺或二醇合成的硬段所构成的弹性体。

软段提供弹性体的韧性、弹性和低温性能；硬段贡献弹性体的刚性、强度以及耐热性[1]。

聚氨酯弹性体具有优异的综合性能，因而广泛应用于各种领域。

聚氨酯胶辊、胶轮、筛板、密封件等仍然是浇注型聚氨酯弹性体的重要产品，质量在提高、品种在增加、应用领域在扩大是其发展趋势。