聚氨酯弹性体的力学性能与结构一

力学性能

聚氨酯弹性体中软段、硬段的结构及其长度、软硬段之间的作用力等,都直接影响弹性体的力学性能。另外,能否发生微相分离、微相分离的程度、硬段在软段中分布的均匀性也是影响聚氨酯弹性体力学性能的重要因素。

软段对聚氨酯弹性体力学性能的影响

*多元醇类型的影响

聚氨酯弹性体的柔性链段主要是由低聚物多元醇组成,可分为聚酯型多元醇、聚醚型多元醇和聚烯烃型多元醇等,它们的主链结构对弹性体的拉伸强度、撕裂强度等性能有较大影响。经常使用的多元醇主要有聚酯型和聚醚型两种。聚酯多元醇分子中因含有较多的极性酯基,内聚能较大、可形成较强的分子内氢键,因而聚酯型多元醇聚合而成的弹性体具有较高的拉伸强度、撕裂强度和较好的耐磨性和耐油性能;聚醚多元醇制得的聚氨脂弹性体中,醚键的内聚能较低,而且相邻的亚甲基被醚键的氧原子所分开,被分开的亚甲基上的氢原子也被隔离较远,削弱了亚甲基的氢原子之间的相互排斥力。因此,由聚醚多元醇聚合而成的聚氨酯弹性体具有较低的玻璃化温度、较高的耐候性、水解稳定性和耐霉菌等性能,但力学性能较差。

* 多元醇分子量的影响

一般来说,聚醚型聚氨酯弹性体的力学性能随着多元醇分子量的增加而下降。这是因为随着聚醚型多元醇分子量的增加,醚键的数量增加,提高了聚氨酯弹性体链段的柔顺性,因此,弹性体的拉伸强度等力学性能有所下降。而聚酯型聚氨酯弹性体则相反,这是因为随着聚酯多元醇分子量的增加,亚甲基数和酯基数增加,分子之间的作用力和氢键交联增加,链段的结晶性增强,制品的硬度、拉伸强度、撕裂强度、定伸应力等有所提高。

* 硬段对聚氨酯弹性体力学性能的影响

在聚氨酯弹性体中只有当刚性链段的内聚能足够大,才能彼此缔合在一起形成硬段相。影响刚性链段内聚能的因素是二异氰酸酯的种类、用量和扩链剂的种类。

*异氰酸酯的影响

异氰酸酯的种类对聚氨酯弹性体的力学性能有较大的影响,使用结构对称的异氰酸酯制备弹性体时,弹性体链段中含有对称的结构,分子链段间引力增加,结晶性增强,弹性体的各种力学性能有所提高。由芳香族异氰酸酯制备的聚氨酯弹性体,由于含有刚性的苯环结构,硬段的内聚能增大,软段间易形成硬相微区,使弹性体发生微相分离,力学性能得到提高,所以其拉伸强度、定伸应力和撕裂强度等均高于脂肪族异氰酸酯型弹性体。异氰酸酯用量增加,聚氨酯的硬段含量增加,内聚能增大,结晶性增强,柔韧性降低,伸长率降低,而拉伸强度、撕裂强度和定伸应力等有所增大。

*扩链剂的影响

     对由同一种多元醇及同一种二异氰酸酯制得的同种预聚物,用不同的扩链剂扩链,得到的弹性体的力学性能不同。因为由二胺扩链剂与二异氰酸酯反应生成的脲基的极性比由二醇扩链得到的氨酯键的极性强,相应的刚性链段也易聚集在一起形成硬段,从而氢键更多,故二胺扩链所得的聚氨酯弹性体的强度比二醇扩链所得弹性体的强度大。

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