Vplyv mäkkého segmentu polyuretánového elastoméru na jeho mechanické vlastnosti
Uretánový elastomér (PUE) sa ako suroviny syntetizuje hlavne z oligomérnych polyolov, polyizokyanátov a predlžovačov reťazca. Jeho mechanické vlastnosti je možné nastaviť v širokom rozsahu. Môže sa syntetizovať výberom vhodných surovín podľa potrieb na prípravu produktov, ktoré zodpovedajú potrebám. Všeobecne povedané, oligomérny polyol tvorí mäkký segment polyuretánu, polyizokyanát a predlžovač reťazca tvoria tvrdý segment a medzi mäkkým segmentom a tvrdým segmentom dochádza k separácii mikrofáz, takže PUE má vynikajúci výkon. Existuje mnoho klasifikačných metód pre PUE: podľa technológie spracovania sa dá rozdeliť do troch typov: typ odlievania, typ termoplastu a typ miešania; podľa procesu chemickej reakcie možno rozdeliť na jednostupňovú metódu a dvojkrokovú metódu; Typy alkoholu možno rozdeliť na typ polyéterový a polyesterový.
1 Experimentálna časť
1.1 Suroviny a nástroje
Tetrahydrofurán homopolyéter polyol (PTMG): Mn=1000 a Mn=2000, Japan Mitsubishi Chemical Corporation, priemyselný výrobok; Polykaprolaktón polyol (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., priemyselné produkty; polybutylén adipát diol (PBA, Mn=1000, 2000), polyetylénadipátdiol (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., priemyselné produkty; Polykarbonátový diol (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., priemyselný výrobok; 4, 4' – Difenylmetándiizokyanát (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., priemyselný výrobok; 1, 4 – Butándiol (BDO): Chemický závod v Pekingu, analytická kvalita; Dibutylcíndilaurát (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., čistota pre činidlo.
Elektronický univerzálny testovací stroj: Model CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Gumový tvrdomer: Model LX-A, továreň na experimentálne materiály Yingkou.
1.2 Syntéza PUE
1.2.1 Príprava predpolyméru
Oligomérny polyol sa dehydratuje vo vákuu pri 100 až 110 stupňoch počas 2 hodín, pred použitím sa ochladí na 50 až 55 stupňov; nalejte roztavený MDI do trojhrdlovej fľaše, keď teplota MDI klesne na 50~55 stupňov, pridajte odmerané. Pre dobré oligomérne polyoly najskôr reagujte prirodzene 30 minút bez zahrievania a potom miešajte a zahrievajte 2 hodiny pri 80° 85 stupňov, odoberte vzorky na analýzu hmotnostného zlomku NCO a ukončite reakciu, keď sa hodnota analýzy blíži k projektovanej hodnote. Je možné získať predpolymér, ktorý je zapečatený a uložený na neskoršie použitie.
1.2.2 Príprava elastoméru
Odvážte primerané množstvo predpolyméru, pridajte BDO a T12 v pomere, rýchlo a rovnomerne premiešajte, nalejte do predhriatej 120 stupňovej plochej formy a stlačte a vytvrdzujte 30 minút, keď dosiahne bod gélu. Mechanické vlastnosti boli testované po vytvrdzovaní počas 18 hodín v peci pri teplote miestnosti počas 24 hodín.
1.3 Skúšobná metóda
Obsah NCO sa určuje podľa HG/T2409-1992; Tvrdosť Shore A je určená podľa GB/T531.1-2008; 300 percentné napätie v ťahu, predĺženie pri pretrhnutí a pevnosť v ťahu sú určené podľa GB/T528-2009; pevnosť v roztrhnutí sa určuje podľa GB/T531.1-2008 GB/T529-2008 určenia.
2.1 Vplyv oligomérnych polyolov na mechanické vlastnosti PUE
Rôzne typy a molekulárne štruktúry oligomérnych polyolov majú priamy vplyv na mechanické vlastnosti PUE. Použite polyéterpolyol a polyesterpolyol s rovnakou relatívnou molekulovou hmotnosťou (obe 2000), udržujte hmotnostný podiel mäkkého segmentu na 55 percentách, syntetizujte predpolymér s MDI, koeficient predĺženia reťazca [n(OH) v systéme: n(NCO )] je 1, predpolymér má predĺžený reťazec pomocou BDO a mechanické vlastnosti pripraveného PUE sú uvedené v tabuľke 1.
Z tabuľky 1 je možné vidieť, že keď je w(NCO) predpolyméru rovnaké, mechanické vlastnosti PUE, ktorého mäkkým segmentom je PCL, PBA, PEA a PCDL, sú vo všeobecnosti lepšie ako tých, ktorých mäkkým segmentom je PTMG. Je to preto, že PCL, PBAPEA a PCDL sú polyesterové polyoly s esterovými skupinami vo vnútri, zatiaľ čo PTMG je polyéterpolyol s éterovými skupinami vo vnútri a esterové skupiny sú polárnejšie ako éterové skupiny, vďaka čomu je vnútro polyuretánu jednoduchšie Generovanie vodíkových väzieb, a mechanické vlastnosti sú lepšie. V polyesterovom PUE, pretože PCDL obsahuje uhličitanovú skupinu, je polarita najväčšia a získaný PUE má najvyšší stupeň kryštalinity v mäkkom segmente, takže jeho tvrdosť a pevnosť v ťahu sú najvyššie a predĺženie pri pretrhnutí je najnižšie; obsah esterovej skupiny v PCL Najnižšia tvrdosť Shore A a pevnosť v ťahu a najvyššie predĺženie pri pretrhnutí; PBA a PEA majú viac esterových skupín PEA, ale pretože predlžovač reťazca používa BDO, počet atómov uhlíka medzi dvoma hydroxylovými skupinami je 4 a PEA má o 2 atómy uhlíka menej ako PBA. Štruktúra PBA a BDO je viac podobná, výsledný polyuretán je pravidelnejší a kryštalinita je silnejšia. Preto je výkon PUE syntetizovaný PBA ako mäkký segment lepší ako výkon PEA.
2.2 Vplyv relatívnej molekulovej hmotnosti oligomérneho polyolu na mechanické vlastnosti PUE
Na syntézu polyuretánu sa používa rovnaký druh oligomérnych polyolov s rôznymi relatívnymi molekulovými hmotnosťami, pretože veľkosť mäkkého segmentu je odlišná a vplyv na mechanické vlastnosti PUE je tiež odlišný. Použite polyéterpolyol a polyesterpolyol s rôznymi relatívnymi molekulovými hmotnosťami, ponechajte rovnaké w(NCO), syntetizujte prepolymér s MDI, použite BDO ako predlžovač reťazca a koeficient predĺženia reťazca je 1. Mechanické vlastnosti pripraveného elastoméru sú uvedené v tabuľke 2.
Ako je možné vidieť z tabuľky 2, či už ide o polyester PUE syntetizovaný pomocou PBA alebo polyéter PUE syntetizovaný pomocou PTMG, keď je w(NCO) prepolyméru rovnaké, so zvýšením relatívnej molekulovej hmotnosti oligomérneho polyolu, PUE sa zníži. Tvrdosť, 300 percentné napätie v ťahu, pevnosť v ťahu a pevnosť v roztrhnutí sa znížili, zatiaľ čo predĺženie pri pretrhnutí sa zvýšilo. Keď sa relatívna molekulová hmotnosť oligomérneho polyolu zvyšuje, polarita pripraveného PUE sa znižuje, čo neprispieva k tvorbe vodíkových väzieb, miera separácie mikrofáz medzi mäkkými a tvrdými segmentmi je oslabená a súvisiaca tvrdosť, modul a pevnosť sú znížené; Relatívna molekulová hmotnosť oligomérnych polyolov sa zvyšuje, čo oslabuje interakciu medzi vodíkovými väzbami, znižuje tendenciu kryštalizácie mäkkých segmentov, zachováva vysokú elasticitu PUE a zvyšuje predĺženie pri pretrhnutí.
2.3 Vplyv obsahu NCO na mechanické vlastnosti polyuretánových elastomérov
Rôzny obsah NCO v predpolyméri povedie k odlišnému obsahu mäkkého segmentu syntetického PUE, čím sa ovplyvnia mechanické vlastnosti elastoméru. Po prvé, polyéterpolyol a polyesterpolyol s rovnakou relatívnou molekulovou hmotnosťou sa použili na syntézu prepolymérov s rôznymi hodnotami NCO s MDI. Fyzikálne a mechanické vlastnosti sú uvedené v tabuľke 3.
Z tabuľky 3 je zrejmé, že či už ide o polyester PUE syntetizovaný PBA alebo polyéter PUE syntetizovaný PTMG, so zvýšením predpolyméru w (NCO), tvrdosť, 300 percentné napätie v ťahu, pevnosť v ťahu a pevnosť v roztrhnutí PUE sa zvyšujú. Pevnosť v pretrhnutí sa zvyšuje, zatiaľ čo predĺženie pri pretrhnutí klesá. Je to preto, že čím vyššie w(NCO) v predpolyméri, tým vyšší obsah polyizokyanátu a súčasne sa zvýši množstvo predlžovača reťazca, čím sa zvýši obsah tvrdých segmentov PUE a zvýši sa tvrdosť; w(NCO) v predpolyméri sa zvýši. ), uretánové skupiny sa zväčšujú, polarita polyuretánu sa zväčšuje a stupeň separácie mikrofáz sa zvyšuje, aby sa zvýšil modul a pevnosť; zvýšenie w(NCO) uľahčuje vytváranie vodíkových väzieb vo vnútri polyuretánu a zvyšuje sa interakcia vodíkových väzieb. veľké, takže predĺženie klesá.
2.4 Vplyv koeficientu predĺženia reťazca na mechanické vlastnosti PUE
Ak je koeficient predĺženia reťaze odlišný, množstvo použitého predlžovača reťaze bude odlišné, čo povedie k odlišnému obsahu syntetického mäkkého segmentu PUE, čím sa ovplyvnia mechanické vlastnosti PUE. Použitím polyéterpolyolu a polyesterpolyolu s rovnakou relatívnou molekulovou hmotnosťou, zachovaním rovnakého w(NCO), syntetizovaním prepolyméru s MDI, následnou zmenou koeficientu predĺženia reťazca a použitím BDO na predĺženie reťazca prepolyméru, pripravená mechanika PUE výkon je uvedený v tabuľke 4.
Z tabuľky 4 je zrejmé, že či už ide o polyester PUE syntetizovaný PBA alebo polyéter PUE syntetizovaný PTMG, keď w(NCO) predpolyméru je rovnaké, so zvýšením koeficientu predĺženia reťazca, tvrdosť PUE, 300 percent Napätie v ťahu, predĺženie pri pretrhnutí, pevnosť v ťahu a pevnosť v roztrhnutí sa najprv zvýšili a potom znížili a mechanické vlastnosti boli najlepšie, keď bol koeficient predĺženia reťaze 1.00. Je to preto, že keď je koeficient predĺženia reťazca 1.00, polyuretánový elastomér má tendenciu vytvárať molekulu s dlhým reťazcom s najvyšším stupňom linearity a PUE má v tomto čase najlepšie mechanické vlastnosti. Keď je koeficient predĺženia reťazca nižší ako 1.{10}} v dôsledku nedostatočného množstva predlžovača reťazca sa nedajú vytvoriť dlhé makromolekulárne reťazce a polyuretánový výkon je nízky; keď je koeficient predĺženia reťaze väčší ako 1,00, v dôsledku nadmerného množstva činidla na predlžovanie reťaze môže spĺňať požiadavky na predĺženie reťaze. Existujú zvyšky a tieto zvyšky pôsobia ako zmäkčovadlá, ktoré zhoršujú mechanické vlastnosti PUE.
Záver
① Keď je predpolymér w (NCO) rovnaký: mechanické vlastnosti PUE, ktorého mäkký segment je PCL, PBA, PEA a PCDL, sú vo všeobecnosti lepšie ako tie, ktorých mäkký segment je PTMG; Tvrdosť, 300 percentné napätie v ťahu, pevnosť v ťahu a pevnosť v roztrhnutí sa znížili, zatiaľ čo predĺženie pri pretrhnutí sa zvýšilo; so zvyšovaním koeficientu predĺženia reťaze tvrdosť, 300 percentné napätie v ťahu, predĺženie pri pretrhnutí, pevnosť v ťahu PUE Pevnosť a pevnosť v roztrhnutí vykazovali trend najprv zvyšovania a potom klesania, a keď koeficient predĺženia reťaze bol 1,00, mechanický vlastnosti boli najlepšie.
② S nárastom predpolyméru w(NCO) sa tvrdosť, 300 percentné napätie v ťahu, pevnosť v ťahu a pevnosť v roztrhnutí PUE zvýšili, zatiaľ čo predĺženie pri pretrhnutí sa znížilo.
