Effetto del segmento morbido dell'elastomero poliuretanico sulle sue proprietà meccaniche
L'elastomero uretanico (PUE) è sintetizzato principalmente da polioli oligomerici, poliisocianati e estensori di catena come materie prime. Le sue proprietà meccaniche possono essere regolate in un'ampia gamma. Può essere sintetizzato selezionando materie prime idonee in base alle esigenze per preparare prodotti che soddisfino le esigenze. In generale, l'oligomero poliolo costituisce il segmento morbido del poliuretano, il poliisocianato e l'estensore di catena costituiscono il segmento duro e la separazione in microfase si verifica tra il segmento morbido e il segmento duro, in modo che il PUE abbia prestazioni eccellenti. Esistono molti metodi di classificazione per il PUE: in base alla sua tecnologia di lavorazione, può essere suddiviso in tre tipi: tipo di colata, tipo termoplastico e tipo di miscelazione; secondo il processo di reazione chimica, può essere suddiviso in metodo a una fase e metodo a due fasi; I tipi di alcol possono essere suddivisi in tipo polietere e tipo poliestere.
1 Parte sperimentale
1.1 Materie prime e strumenti
Poliolo omopolietere tetraidrofurano (PTMG): Mn=1000 e Mn=2000, Giappone Mitsubishi Chemical Corporation, prodotto industriale; Policaprolattone poliolo (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., prodotti industriali; diolo di polibutilene adipato (PBA, Mn=1000, 2000), diolo di polietilene adipato (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., prodotti industriali; Policarbonato diolo (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., prodotto industriale; 4, 4' – Difenilmetano diisocianato (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., prodotto industriale; 1, 4 – Butandiolo (BDO): Beijing Chemical Plant, grado analitico; Dibutilstagno dilaurato (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., grado reagente.
Macchina di prova elettronica universale: modello CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; Durometro in gomma: modello LX-A, fabbrica di materiali sperimentali di Yingkou.
1.2 Sintesi di PUE
1.2.1 Preparazione del prepolimero
Disidratare l'oligomero poliolo sotto vuoto a 100~110 gradi per 2 ore, raffreddare a 50~55 gradi per l'uso; versare l'MDI fuso in una bottiglia a tre colli, quando la temperatura dell'MDI scende a 50 ~ 55 gradi, aggiungere il misurato Per buoni oligomeri polioli, prima reagire naturalmente per 30 minuti senza riscaldare, quindi mescolare e riscaldare per 2 ore a 80 ~ 85 gradi, prelevare campioni per analizzare la frazione di massa di NCO e terminare la reazione quando il valore di analisi è vicino al valore di progetto. Si può ottenere il prepolimero, che viene sigillato e conservato per un uso successivo.
1.2.2 Preparazione dell'elastomero
Pesare una quantità adeguata di prepolimero, aggiungere BDO e T12 in proporzione, mescolare velocemente e in modo uniforme, versarlo in uno stampo piatto preriscaldato a 120 gradi e premere e polimerizzare per 30 minuti quando raggiunge il punto di gelificazione. Le proprietà meccaniche sono state testate dopo una stagionatura di 18h in stufa a temperatura ambiente per 24h.
1.3 Metodo di prova
Il contenuto dei sottufficiali è determinato in base a HG/T2409-1992; La durezza Shore A è determinata in base a GB/T531.1-2008; Il 300 percento dello sforzo di trazione, dell'allungamento a rottura e della resistenza alla trazione sono determinati in base a GB/T528-2009; la resistenza allo strappo è determinata in base alla determinazione GB/T531.1-2008 GB/T529-2008.
2.1 L'effetto dei polioli oligomerici sulle proprietà meccaniche del PUE
Diversi tipi e strutture molecolari di polioli oligomerici hanno un impatto diretto sulle proprietà meccaniche del PUE. Utilizzare polietere poliolo e poliestere poliolo con la stessa massa molecolare relativa (entrambi 2000), mantenere la frazione di massa del segmento morbido al 55 percento, sintetizzare il prepolimero con MDI, coefficiente di estensione della catena [n(OH) nel sistema: n(NCO)] è 1, il prepolimero è esteso a catena con BDO e le proprietà meccaniche del PUE preparato sono mostrate nella Tabella 1.
Si può vedere dalla tabella 1 che quando il w(NCO) del prepolimero è lo stesso, le proprietà meccaniche del PUE il cui segmento morbido è PCL, PBA, PEA e PCDL sono generalmente migliori di quelli il cui segmento morbido è PTMG. Questo perché PCL, PBAPEA e PCDL sono tutti polioli poliestere con gruppi estere all'interno, mentre PTMG è un poliolo polietere con gruppi eterei all'interno e i gruppi estere sono più polari dei gruppi etere, rendendo più facile l'interno del poliuretano Si generano legami idrogeno, e le proprietà meccaniche sono migliori. Nel poliestere PUE, poiché il PCDL contiene il gruppo carbonato, la polarità è la più grande e il PUE ottenuto ha il più alto grado di cristallinità nel segmento morbido, quindi la sua durezza e resistenza alla trazione sono le più alte e l'allungamento a rottura è il più basso; il contenuto del gruppo estere in PCL La durezza Shore A più bassa e la resistenza alla trazione e il più alto allungamento a rottura; PBA e PEA hanno più gruppi esteri di PEA, ma poiché l'estensore di catena utilizza BDO, il numero di atomi di carbonio tra i due gruppi ossidrile è 4 e il PEA ha 2 atomi di carbonio in meno rispetto al PBA. La struttura di PBA e BDO è più simile, il poliuretano risultante è più regolare e la cristallinità è più forte. Pertanto, le prestazioni del PUE sintetizzato dal PBA come segmento morbido sono migliori di quelle del PEA.
2.2 Effetto del peso molecolare relativo dell'oligomero poliolo sulle proprietà meccaniche del PUE
Lo stesso tipo di polioli oligomerici con diversi pesi molecolari relativi vengono utilizzati per sintetizzare il poliuretano, poiché la dimensione del segmento morbido è diversa e anche l'influenza sulle proprietà meccaniche del PUE è diversa. Utilizzare polietere poliolo e poliestere poliolo con pesi molecolari relativi diversi, mantenere lo stesso w(NCO), sintetizzare il prepolimero con MDI, utilizzare BDO come estensore di catena e il coefficiente di estensione della catena è 1. Le proprietà meccaniche dell'elastomero preparato sono mostrate in Tabella 2.
Come si può vedere dalla tabella 2, che si tratti di PUE di poliestere sintetizzato da PBA o PUE di polietere sintetizzato da PTMG, quando il w(NCO) del prepolimero è lo stesso, con l'aumento del peso molecolare relativo dell'oligomero poliolo, il Il PUE sarà ridotto. La durezza, lo sforzo di trazione del 300 percento, la resistenza alla trazione e la resistenza allo strappo sono diminuiti, mentre l'allungamento a rottura è aumentato. Quando la massa molecolare relativa dell'oligomero poliolo aumenta, la polarità del PUE preparato diminuisce, il che non favorisce la formazione di legami idrogeno, il grado di separazione della microfase tra i segmenti morbidi e duri è indebolito e la relativa durezza, modulo e la forza sono ridotte; La massa molecolare relativa degli oligomeri polioli aumenta, il che indebolisce l'interazione tra i legami idrogeno, riduce la tendenza alla cristallizzazione dei segmenti molli, mantiene l'elevata elasticità del PUE e aumenta l'allungamento a rottura.
2.3 Effetto del contenuto di NCO sulle proprietà meccaniche degli elastomeri poliuretanici
Il diverso contenuto di NCO del prepolimero porterà a un diverso contenuto del segmento morbido del PUE sintetico, influenzando così le proprietà meccaniche dell'elastomero. In primo luogo, sono stati utilizzati polietere poliolo e poliestere poliolo della stessa massa molecolare relativa per sintetizzare prepolimeri con diversi valori di NCO con MDI. Le proprietà fisiche e meccaniche sono mostrate nella tabella 3.
Si può vedere dalla Tabella 3 che se si tratta di PUE di poliestere sintetizzato da PBA o PUE di polietere sintetizzato da PTMG, con l'aumento del prepolimero w (NCO), la durezza, lo stress di trazione del 300 percento, la resistenza alla trazione e la resistenza alla lacerazione del PUE aumentano. Il carico di rottura aumenta, mentre l'allungamento a rottura diminuisce. Questo perché maggiore è w(NCO) nel prepolimero, maggiore è il contenuto di poliisocianato e, allo stesso tempo, aumenterà la quantità di estensore di catena, il che aumenterà il contenuto del segmento duro del PUE e aumenterà la durezza; w(NCO) nel prepolimero aumenterà. ), i gruppi uretanici aumentano, la polarità del poliuretano aumenta e il grado di separazione della microfase aumenta per aumentare il modulo e la resistenza; l'aumento di w(NCO) rende più facile la formazione di legami idrogeno all'interno del poliuretano e l'interazione del legame idrogeno aumenta. grande, quindi l'allungamento diminuisce.
2.4 Influenza del coefficiente di estensione della catena sulle proprietà meccaniche del PUE
Se il coefficiente di estensione della catena è diverso, la quantità di estensore di catena utilizzato sarà diversa, il che porterà a un contenuto diverso del segmento morbido del PUE sintetico, influenzando così le proprietà meccaniche del PUE. Utilizzando polietere poliolo e poliestere poliolo della stessa massa molecolare relativa, mantenendo lo stesso w(NCO), sintetizzando un prepolimero con MDI, quindi modificando il coefficiente di estensione della catena e utilizzando BDO per estendere la catena del prepolimero, la meccanica PUE preparata le prestazioni sono mostrate nella tabella 4.
Si può vedere dalla tabella 4 che sia che si tratti di PUE di poliestere sintetizzato da PBA o PUE di polietere sintetizzato da PTMG, quando il w(NCO) del prepolimero è lo stesso, con l'aumento del coefficiente di estensione della catena, la durezza del PUE, 300 percento La tensione di trazione, l'allungamento a rottura, la resistenza alla trazione e la resistenza allo strappo sono prima aumentate e poi diminuite e le proprietà meccaniche erano le migliori quando il coefficiente di estensione della catena era 1.00. Questo perché quando il coefficiente di estensione della catena è 1.00, l'elastomero poliuretanico tende a formare una molecola a catena lunga con il più alto grado di linearità e il PUE ha le migliori proprietà meccaniche in questo momento. Quando il coefficiente di estensione della catena è inferiore a 1.00, a causa della quantità insufficiente di estensore di catena, non si possono formare catene lunghe macromolecolari e le prestazioni del poliuretano sono basse; quando il coefficiente di estensione della catena è maggiore di 1,00, a causa dell'eccessivo agente di estensione della catena, può soddisfare i requisiti di estensione della catena. Ci sono residui e questi residui agiscono come plastificanti per degradare le proprietà meccaniche del PUE.
Conclusione
① Quando il prepolimero w (NCO) è lo stesso: le proprietà meccaniche del PUE il cui segmento morbido è PCL, PBA, PEA e PCDL sono generalmente migliori di quelle il cui segmento morbido è PTMG; Durezza, 300 per cento di sollecitazione di trazione, resistenza alla trazione e resistenza allo strappo sono diminuite, mentre l'allungamento a rottura è aumentato; con l'aumento del coefficiente di estensione della catena, la durezza, la tensione di trazione del 300 percento, l'allungamento a rottura, la resistenza alla trazione del PUE La resistenza e la resistenza allo strappo hanno mostrato una tendenza prima in aumento e poi in diminuzione, e quando il coefficiente di estensione della catena era 1,00, la resistenza meccanica le proprietà erano le migliori.
② Con l'aumento del prepolimero w(NCO), la durezza, lo sforzo di trazione del 300%, la resistenza alla trazione e la resistenza allo strappo del PUE sono aumentate, mentre l'allungamento a rottura è diminuito.
