帶冷補(bǔ)用聚氨酯橡膠的合成及應(yīng)用

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摘要：本文首先闡述帶冷補(bǔ)用聚氨酯橡膠的特性，接著分析其主要的性能參數(shù)，最后重點(diǎn)分析帶冷補(bǔ)用聚氨酯橡膠的合成及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：聚氨酯；橡膠；合成

一、前言

橡膠運(yùn)輸帶作為運(yùn)輸和傳遞工具之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門被廣泛而大量的采用。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，運(yùn)輸帶的用量迅速增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

二、帶冷補(bǔ)用聚氨酯橡膠的特性

在高分子結(jié)構(gòu)主鏈上含有許多氨基甲酸酯基團(tuán)（-NHCOO-）的聚合物，國(guó)內(nèi)將此類聚合物通稱為聚氨酯。彈性體是指玻璃化溫度（Tg）低于室溫，拉斷伸長(zhǎng)率不小于75%、外力撤除后復(fù)原性能比較好的高分子材料。

由于聚氨酯橡膠在分子結(jié)構(gòu)中有較多的氨基甲酸酯（-NHCOO-）特性基團(tuán)，因此，同其它合成橡膠相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：極高的耐磨性能；高彈性；優(yōu)異的力學(xué)性能，其抗張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、抗撕裂強(qiáng)度優(yōu)異；較為廣泛的硬度應(yīng)用范圍；耐油、耐低溫性能優(yōu)良；耐老化性能優(yōu)異。缺點(diǎn)是：由于材料因素，任何聚氨酯材料遇水都會(huì)出現(xiàn)降解、分解，因此不同于普通橡膠加工工藝，其配合特點(diǎn)也與普通橡膠存在較大的差異。

三、聚氨酯橡膠的主要性能參數(shù)

1、硬度：普通橡膠的硬度范圍為邵A20至邵A90，塑料的硬度范圍約為邵A95至邵D100，而聚氨酯彈性體的硬度范圍低至邵A10，高至邵D80，并且不需要填料的幫助。尤其可貴的是彈性體在塑料硬度下仍具有良好的橡膠彈性和伸長(zhǎng)率，而普通橡膠只有靠添加大量填料，并以大幅度降低彈性和延伸率作為代價(jià)才能獲得較高的硬度。

2、機(jī)械強(qiáng)度：聚氨酯彈性體的機(jī)械強(qiáng)度高，表現(xiàn)在楊氏模量、撕裂強(qiáng)度和承載力等方面。

（1）楊氏模量和拉伸強(qiáng)度：在彈性限度內(nèi)，拉伸應(yīng)力與形變之比叫做楊氏模量（E），或者稱為彈性模量。聚氨酯彈性體和其他彈性體一樣，只有在低伸長(zhǎng)時(shí)（約2.5）才遵循胡克定理。但是它的楊氏模量要比其他彈性體高得多，而且聚氨酯彈性體的楊氏模量范圍遍及橡膠和塑料，范圍之寬，其他材料無(wú)可比擬。

（2）撕裂強(qiáng)度：聚氨酯彈性體的撕裂強(qiáng)度很高，尤其是聚酯型，約為天然橡膠的2倍以上。

（3）承載力：雖然在低硬度下聚氨酯彈性體的壓縮強(qiáng)度也不高，但是聚氨酯彈性體可以在保持橡膠彈性的前提下提高硬度，從而達(dá)到很高的承載能力。而其他橡膠的硬度受到很大的局限，所以承載能力無(wú)法大幅度的提高。

3、耐磨性能：聚氨酯彈性體的耐磨性能非常突出，測(cè)試結(jié)果一般在0.03～0.20mm3/m范圍內(nèi)，約為天然橡膠的3～5倍。實(shí)際使用中，由于潤(rùn)滑劑等因素的影響，其效果往往更好。耐磨性與材料的撕裂強(qiáng)度和表面狀況等關(guān)系很大。聚氨酯彈性體的撕裂強(qiáng)度比其他橡膠高得多，但是其本身的摩擦系數(shù)并不低，一般在0.5以上，需要在實(shí)際使用中注意添加油類潤(rùn)滑劑，或加少量二硫化鉬或石墨、硅油、四氟乙烯粉等，以降低摩擦系數(shù)，減少摩擦生熱。其摩擦系數(shù)還與材料硬度和表面溫度等因素有關(guān)。在所有情況下，摩擦系數(shù)都隨硬度的降低而提高，隨表面溫度的升高而上升，約60℃達(dá)到最大值。

4、耐熱和耐氧化性能：聚氨酯彈性體在惰性氣體中的耐熱性能尚好，常溫下耐氧和耐臭氧性能也很好，尤其是聚酯型。但是，高溫和氧的同時(shí)作用會(huì)加快聚氨酯的老化進(jìn)程。聚氨酯彈性體在空氣中長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的溫度上限是80～90℃，短時(shí)間使用可達(dá)到120℃，對(duì)熱氧化變性出現(xiàn)顯著影響的溫度約為130℃。按品種來(lái)說(shuō)，聚酯型的耐熱氧化性能比聚醚型好。隨著溫度的下降，聚氨酯彈性體的硬度、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛性顯著增大，回彈和伸長(zhǎng)率下降。

四、帶冷補(bǔ)用聚氨酯橡膠的合成

1、主要原料

聚酯多元醇：官能度大于2，自制；聚丙二醇醚：工業(yè)品，上海高橋化工廠產(chǎn)；蓖麻油：精制品，榆次榨油廠產(chǎn)；甲苯二異氰酸醋（80/20）：工業(yè)品，太原化工廠產(chǎn)；三氯乙烯：工業(yè)一級(jí)品，錦西化工廠產(chǎn)；二氨基二苯甲烷：工業(yè)品，蘇州前進(jìn)化工廠產(chǎn)；表面活化劑：試劑，自制；催化劑：試劑，自制：阻燃劑：工業(yè)品，上海彭浦化工廠產(chǎn)；丙酮：工業(yè)品，太原溶劑廠產(chǎn)。

2、制備工藝

橡膠運(yùn)輸帶冷補(bǔ)用聚氨醋橡膠系三組分反應(yīng)型高分子彈性材料，其制備工藝分A組分合成、B組分配制及修補(bǔ)膠制備三步進(jìn)行。

（1）A組分，合成將高耐磨碳黑加入到聚醋和聚丙二醇醚中，攪拌混合均勻，在三輥研磨機(jī)上研磨至粒度為40-50μm。將研磨過的黑色液和蓖麻油加入到裝有攪拌器、溫度計(jì)、冷凝器和加熱器的三口瓶中，開動(dòng)攪拌0.5h，逐漸升溫至100-120℃時(shí)，減壓（余壓控制在2600Pa以下）保溫脫水3h。緩慢冷卻反應(yīng)液至40℃時(shí)，加入甲苯二異氰酸酯和三氯乙烯，逐漸升溫至80℃，保溫反應(yīng)3h，取樣分析異氰酸醋基含量，即得A組分。

（2）B組分配制將，將二氨基二苯甲烷和阻燃劑、催化劑加入到丙酮中，在攪拌情況下緩慢加熱，使其完全溶解，則得到棕色透明的B組分。

（3）修補(bǔ)膠制備。首先將待修補(bǔ)的橡膠運(yùn)輸帶部分及其周圍處理干凈，并用角磨機(jī)將表面打毛，用毛刷將C組分（異氰脲酸酯與溶劑丙酮、乙醇等在常溫下配制而成）均勻的涂刷在表面上，一般涂2一3遍，每次間隔5分鐘。此后用膠帶紙將運(yùn)輸帶破損部位的下表面貼起來(lái)，以防修補(bǔ)膠滲漏。之后，將B組分倒入A組分中，迅速攪拌1分鐘，將其澆注在涂過C組分的運(yùn)輸帶表面上，將凹面填滿并刮平上表面，保持修補(bǔ)段靜止?fàn)顟B(tài)。大約在0.5h內(nèi)即固化成型，再經(jīng)2-3h之后，運(yùn)輸帶即可投入運(yùn)行。

五、帶冷補(bǔ)用聚氨酯橡膠的應(yīng)用

我們先后到秦皇島港務(wù)局煤碼頭第一、二煤炭裝卸公司、唐山鋼鐵公司石人溝鐵礦和首都鋼鐵公司大石河鐵礦進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。對(duì)煤炭、礦石輸送機(jī)、排巖機(jī)的500多米橡膠運(yùn)輸帶的破損部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)。這些運(yùn)輸帶大部分為0.8-1.5m寬的鋼絲繩加強(qiáng)的丁苯一天然橡膠運(yùn)輸帶。修補(bǔ)的重點(diǎn)是縱向撕裂部分，修補(bǔ)的總長(zhǎng)度約200多米。此外還修補(bǔ)了扯邊、打洞10多處。

運(yùn)行結(jié)果表明，可延長(zhǎng)運(yùn)輸帶使用壽命3-9個(gè)月時(shí)間，相當(dāng)于運(yùn)輸帶使用壽命的30%一50%。與硫化床熱補(bǔ)相比，由于是現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)、自然硫化，所以不需搬運(yùn)硫化壓床，不使用電能，可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省運(yùn)力和勞力，節(jié)約電能，無(wú)需擴(kuò)大修理?yè)p傷部分，而且減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。秦皇島港務(wù)局認(rèn)為，該材料解決了縱向撕裂無(wú)法修補(bǔ)的難題，其性能與日本橫濱橡膠株式會(huì)社研制的類似產(chǎn)品（PANGIT）相當(dāng)。但價(jià)格僅為日本產(chǎn)品的l8/，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，深受用戶歡迎。

六、結(jié)束語(yǔ)

總之，合成的聚氨酯橡膠可延長(zhǎng)運(yùn)輸帶的使用壽命，縮短停產(chǎn)時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。具有良好的應(yīng)用前景值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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