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TPU配方設(shè)計(jì)以及性能影響因素

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2021-01-19 21:12

TPU熱塑性聚氨酯彈性體,是一類(lèi)在分子鏈中含有多個(gè)氨基甲酸酯基團(tuán)(-NHCOO-)的彈性體高分子材料。通常以低聚物多元醇、多異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑/交聯(lián)劑及少量助劑為原料制得。一般由低聚物多元醇的柔性長(zhǎng)鏈構(gòu)成軟段,以二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑構(gòu)成硬段,硬段和軟段交替排列,形成重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。

TPU配方設(shè)計(jì)以及性能影響因素

TPU原料對(duì)其性能的影響

 

合成TPU主要有三大類(lèi),即低聚物多元醇(二元醇),二異氰酸酯以及小分子擴(kuò)鏈劑。除此之外,有時(shí)為了提高反應(yīng)速度,改善加工性能,降低成本等目的,還需要加入相應(yīng)的助劑。

 

1. 低聚物多元醇對(duì)TPU性能的影響

 

TPU所用的低聚物多元醇原料有聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚烯烴多元醇等品種。在TPU中大分子二醇的含量通常約為50%-80%,因此對(duì)TPU性能的影響較大。需要考慮多元醇的主要指標(biāo)有羥值、酸值、色度、粘度、水分、分子量的分布以及與異氰酸酯的反應(yīng)活性等。

 

聚酯型TPU具有較高的強(qiáng)度、耐磨及耐油性能,但耐水解能力比聚醚型TPU差。聚醚型的TPU具有較低的熱穩(wěn)定性和抗光氧化性,較好的水解穩(wěn)定性、耐候性,低溫柔順性和耐霉菌性等性能。在原料化學(xué)配比一定的情況下,改變低聚物多元醇的分子量對(duì)TPU的性能有較大的影響。軟段分子量增加也即降低了硬鏈段的比例。軟段比例增加,強(qiáng)度下降,彈性增加,永久變形增加。

 

2. 異氰酸酯對(duì)TPU性能的影響

 

MDI的蒸氣壓低,毒性小,對(duì)稱(chēng)性又好,制得的彈性體強(qiáng)度一般比TDI基彈性體高。結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的PPDI及環(huán)已烷-l,4-二異氰酸酯(CHDI)合成的彈性體具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性。NDI基聚氨酯彈性體具有較高的耐疲勞性能,特別是機(jī)械性能、動(dòng)態(tài)性能、永久變形性能及耐油性能極優(yōu),用于特殊汽車(chē)部件等場(chǎng)合。IPDI、HDI制得的彈性體具有不黃變的特點(diǎn),可用于某些耐黃變彈性體。

 

3.擴(kuò)鏈劑及交聯(lián)劑

 

用于TPU的擴(kuò)鏈劑比較多,通常分為二元胺和二元醇兩類(lèi)。在實(shí)際工作中,可以使用不同品種的交聯(lián)劑及用量,調(diào)節(jié)反應(yīng)物的粘度增長(zhǎng)等工藝參數(shù),使之適應(yīng)加工工藝的要求。擴(kuò)鏈劑的主要作用是調(diào)節(jié)產(chǎn)品的相關(guān)性能,它們不僅參與反應(yīng),具擴(kuò)鏈和交聯(lián)作用,調(diào)節(jié)泡沫體結(jié)構(gòu)和開(kāi)孔率,提高產(chǎn)品的回彈性、剛性和力學(xué)性能,同時(shí),它還能降低原料組分粘度,改善原料各組分的相容性。

 

TPU配方設(shè)計(jì)

 

TPU配方設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程,根據(jù)要求的性能選定主要原料的種類(lèi)后,還需要考慮原料的相關(guān)參數(shù),如:二元異氰酸酯的純度;聚合物多元醇的純度、酸值、羥值和水分的含量;擴(kuò)鏈劑的純度及其水分的含量等因素。在此基礎(chǔ)上確定R值和硬段含量(Ch),最終確定其生產(chǎn)配方。

 

1.原料基本參數(shù)的確定

 

在配方設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要確定原料的參數(shù)有:大分子二元醇的分子量、二元異氰酸酯和小分子擴(kuò)鏈劑的純度等。其中大分子醇的羥值可以通過(guò)鄰苯二甲酸酐酰化法或乙?;y(cè)定,酸值可以通過(guò)KOH滴定法測(cè)定;異氰酸酯純度可以用二正丁胺加成-鹽酸反滴定的方法來(lái)測(cè)定;大分子醇和小分子擴(kuò)鏈劑水份的測(cè)定可以用費(fèi)歇爾試劑來(lái)滴定。1mol水消耗1mol的二異氰酸酯,所以對(duì)擴(kuò)鏈劑和大分子醇中的水分要嚴(yán)格控制,要提前對(duì)原料進(jìn)行脫水處理,要求水份含量約0.03%-0.05%。

 

2. TPU基本參數(shù)的確定

 

TPU原料的基本參數(shù)確定后,最重要的是TPU基本配方的-NCO/OH(R)值和硬段含量(Ch)硬段含量是指硬段在TPU中的質(zhì)量百分含量,是TPU配方設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要的參數(shù)。硬段含量低、質(zhì)量較?。ㄈ?0%)或者當(dāng)硬段含量較高但低于約40%時(shí),TPU具有良好的低溫性能、伸長(zhǎng)率以及彈性,但強(qiáng)度、模量、耐磨性與耐熱性能較差。

 

當(dāng)硬段含量大約在40-60%時(shí),TPU表現(xiàn)出良好的綜合性能,伸長(zhǎng)率、彈性、強(qiáng)度、模量、耐磨性以及低溫性能都比較好。當(dāng)硬段含量大于60%時(shí),TPU具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、較高的模量與耐磨性能、較好的耐熱性,但低溫性能、伸長(zhǎng)率以及彈性則較差。

 

在TPU中,一般情況下R控制在0.95~1.05,大多數(shù)在0.98~1.02之間。當(dāng)R<1時(shí),TPU為純線性結(jié)構(gòu),是熱塑型產(chǎn)品;R>1時(shí),除生產(chǎn)線性TPU外,還有部分支化甚至交聯(lián)結(jié)構(gòu),為半熱塑型產(chǎn)品。純線性結(jié)構(gòu)的TPU可熔可溶,既可以熔融加工如擠出、壓延、注塑、吹塑,也可以溶液加工如制成涂料、膠粘劑、漿料等。而半熱塑型TPU則可熔,但不全溶,只能熔融加工,不能溶液加工。

 

TPU配方實(shí)施

 

理論配方在實(shí)際操作中會(huì)出現(xiàn)一定偏差,微小的偏差會(huì)對(duì)最終結(jié)果又很大的影響,所以要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。擴(kuò)鏈劑、大分子二醇和異氰酸酯的純度,擴(kuò)鏈劑、大分子二醇水份含量,大分子二醇的分子量等對(duì)配方有較大的影響,在實(shí)際操作過(guò)程要嚴(yán)格測(cè)定相應(yīng)的參數(shù),進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浞秸{(diào)整。另外,生產(chǎn)研究過(guò)程中的計(jì)量要嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)章來(lái)執(zhí)行,盡量避免誤差。

TPU配方設(shè)計(jì)以及性能影響因素
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來(lái)源:UTPE彈性體門(mén)

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