聚氨酯彈性體概況

1、性能特點(diǎn)

聚氨酯彈性體是一種高性能彈性體，又稱作聚氨酯橡膠，是一類在分子鏈中含有較多氨基甲酸酯基團(tuán)（NHCOO）的彈性聚合物材料。

從分子結(jié)構(gòu)上看，聚氨酯是一種嵌段聚合物，一般由低聚物多元醇柔性長鏈構(gòu)成軟段，以二異氰酸酯及擴(kuò)鏈劑構(gòu)成硬段，硬段和軟段相間，形成重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。除含有氨酯基團(tuán)外，聚氨酯彈性體中還含有醚、酯或及脲基團(tuán)。由于大量極性基團(tuán)的存在，聚氨酯分子內(nèi)及分子間可形成氫鍵，軟段和硬段可形成微相區(qū)并產(chǎn)生微觀相分離。即使是線型聚氨酯也可通過氫鍵而形成物理交聯(lián)。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得聚氨酯彈性體具有優(yōu)異的耐磨性和韌性，以“耐磨橡膠”著稱。并且由于聚氨酯的原料種類多，可調(diào)節(jié)原料的品種及配比，制成不同性能范圍的制品，加工方法多樣，使得聚氨酯彈性體適合于許多應(yīng)用領(lǐng)域。

聚氨酯彈性體的產(chǎn)量在聚氨酯制品總量中所占比例雖然不大，卻是不可或缺的重要聚氨酯材料，也是一類高性能的特種合成橡膠。

聚氨酯彈性體具有優(yōu)良的綜合性能，模量介于一般橡膠和塑料之間，它具有以下的特性：較高的強(qiáng)度和彈性，可在較寬的硬度范圍內(nèi)（邵爾A10～邵爾D75）保持較高的彈性；在相同硬度下，比其他彈性體承載能力高；其耐磨性優(yōu)異，是天然橡膠的5～10倍；耐油脂及耐化學(xué)品性優(yōu)良；芳香族聚氨酯耐輻射；耐氧性和耐臭氧性能優(yōu)良；耐疲勞性及抗震動(dòng)性好，適于高頻撓曲應(yīng)用；耐沖擊性好；低溫柔順性好；一般無需增塑劑便可制得所需的柔性材料，因而無增塑劑遷移帶來的問題；普通聚氨酯不能在100℃以上使用，但采用特殊的配方，可耐140℃高溫；模塑和加工成本低。

在許多情況下，與金屬材料相比，聚氨酯彈性體制品具有重量輕、噪聲低、耐損耗、加工費(fèi)用低及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)；與塑料相比，聚氨酯彈性體具有不發(fā)脆、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。與常規(guī)橡膠相比，聚氨酯彈性體有如下優(yōu)點(diǎn)：耐磨，耐切割，耐撕裂，高承載性，透明或半透明，耐臭氧，可灌封、澆注，硬度范圍廣。

2、發(fā)展概況

早在20世紀(jì)40年代初，德國和英國就開發(fā)了聚酯型聚氨酯彈性體，40～50年代，混煉型、澆注型及熱塑性聚氨酯彈性體相繼出現(xiàn)，由于各種原料的開發(fā)、各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的開拓，60年代以來聚氨酯彈性體發(fā)展較快，已成為重要的聚氨酯材料和特種合成橡膠品種。2000年全球聚氨酯彈性體產(chǎn)量約88萬噸/年，占聚氨酯制品總量的10%左右。2005年，全球聚氨酯彈性體消費(fèi)量約為162.7萬噸/年，其中熱固性聚氨酯彈性體占76%，熱塑性聚氨酯彈性體占24%。

我國自20世紀(jì)50年代末開始有研究，60年代以聚酯多元醇為基礎(chǔ)的混煉型聚氨酯彈性體中試成功，初步研制了基于聚醚多元醇及聚酯多元醇的澆注型聚氨酯彈性體，70年代混煉型聚氨酯彈性體投入生產(chǎn)，澆注型聚氨酯則處于中試規(guī)模，先后研制成功聚酯型和聚醚型熱塑性聚氨酯彈性體，聚酯型聚氨酯彈性體開始小批量生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1976年我國聚氨酯彈性體實(shí)際產(chǎn)量不足400t/年，1984年約為1.1kt/年，1989年約15kt/年，1994年約23kt/年，1997年約55kt/年。據(jù)中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1998年彈性體（包括傳統(tǒng)的彈性體制品、防水材料及鋪裝材料等）產(chǎn)量達(dá)到67kt。常規(guī)澆注型、熱塑性聚氨酯彈性體、防水及鋪裝材料、氨綸、鞋底原液產(chǎn)量2004年分別為41kt/年、82kt/年、80kt/年、11.8kt/年、18kt/年，2006年分別為64kt/年、108kt/年、112kt/年、152kt/年、242kt/年。隨著聚氨酯工業(yè)整體水平的提高，聚氨酯彈性體的生產(chǎn)技術(shù)也日趨成熟，新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝不斷涌現(xiàn)出來，其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

3、基本分類

聚氨酯彈性體的品種繁多，若按低聚物多元醇原料分，聚氨酯彈性體可分為聚酯型、聚醚型、聚烯烴型、聚碳酸酯型等，聚醚型中根據(jù)具體品種又可分聚四氫呋喃型、聚氧化丙烯型等；根據(jù)所用二異氰酸酯的不同，可分為脂肪族和芳香族彈性體，又細(xì)分為TDI型、MDI型、IPDI型、NDI型等類型。常規(guī)聚氨酯彈性體以聚酯型/聚醚型、TDI型/MDI型為主。擴(kuò)鏈劑主要有二元醇和二元胺。二元胺擴(kuò)鏈得到的聚氨酯嚴(yán)格地講是聚氨酯-脲。

從制造工藝分，傳統(tǒng)上把聚氨酯彈性體分為澆注型、熱塑性、混煉型三大類，都可采用預(yù)聚法和一步法合成。但一些革新工藝制備的制品產(chǎn)量已超過某些傳統(tǒng)類型，如反應(yīng)注射成型（RIM）工藝生產(chǎn)實(shí)心及微孔聚氨酯彈性體已成為一個(gè)重要的類別。另外溶液涂覆及溶液澆注成型也是制造彈性聚氨酯的一個(gè)重要方法，主要用于生產(chǎn)合成革。離心澆注、噴涂成型也是近十多年來國內(nèi)外發(fā)展較快的新技術(shù)。