PTMG/MDI/HQEE體系聚氨酯彈性體力學(xué)性能的研究

＊閆宇望

（山西省化工研究所（有限公司）山西 030021）

澆筑型聚氨酯彈性體由高相對(duì)分子質(zhì)量的多元醇和低相對(duì)分子質(zhì)量的二醇擴(kuò)鏈劑與二異氰酸酯反應(yīng)制得。HQEE作為常見的MDI體系擴(kuò)鏈劑，工藝不夠穩(wěn)定，制品易出現(xiàn)結(jié)晶，凝膠點(diǎn)確定較難。本研究選取了市面上常見的兩種HQEE擴(kuò)鏈劑，以PTMG、MDI和HQEE為原料合成了一系列聚氨酯彈性體材料，分析研究了選取不同加壓前反應(yīng)時(shí)間下條件下力學(xué)性能的變化。同時(shí)對(duì)不同擴(kuò)鏈系數(shù)下制備的聚氨酯彈性體以及熱老化處理后的彈性體進(jìn)行力學(xué)研究。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)原料及儀器設(shè)備

四氫呋喃均聚醚（PTMG），日本三菱化學(xué)株式會(huì)社，工業(yè)品；4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI-100），煙臺(tái)萬(wàn)華聚氨酯有限公司，工業(yè)品；1號(hào)對(duì)苯二酚二羥乙基醚HQEE，煙臺(tái)市裕盛化工有限公司，分析純；2號(hào)對(duì)苯二酚二羥乙基醚HQEE，常州市武進(jìn)佳華化工有限公司，分析純；二月桂酸二丁基錫（T-12），天津市瑞金特化學(xué)品有限公司，試劑純。

LX-A型橡膠硬度計(jì)，營(yíng)口實(shí)驗(yàn)材料廠；CMT6104型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，深圳市新三思計(jì)量技術(shù)有限公司。

(2)合成

①預(yù)聚體合成

稱取適量PTMG，攪拌器勻速攪拌加熱至110℃，然后在真空度-0.09MPa的條件下真空脫水至無(wú)氣泡產(chǎn)生后1h。PTMG室溫冷卻至55℃，稱取MDI加熱融化后與PTMG混合，然后保持1℃/min的升溫速率，加熱至80℃，恒溫?cái)嚢?h，用玻璃棒移取適量預(yù)聚體，分析測(cè)試NCO基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，密封保存待用。

②彈性體合成

稱取適量預(yù)聚體電爐加熱至115℃，在真空度-0.09MPa的條件下真空脫水至無(wú)氣泡產(chǎn)生，再按配比加入適量的HQEE和T-12催化劑，玻璃棒勻速攪拌均勻，澆注到115℃平板模具中，待試片達(dá)到凝膠點(diǎn)時(shí)加壓硫化，45min后脫模，在100℃的烘箱中后硫化24h。

(3)物理性能測(cè)試

試樣片均在室溫條件下放置24h，然后裁剪并進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

按照GB/T 531.1-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)試邵爾硬度，精確至1。按GB/T 528-2009測(cè)定拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和300%定伸應(yīng)力，分別精確至1%，0.01MPa，0.01MPa；按GB/T 529-2008測(cè)定撕裂強(qiáng)度，精確至0.01kN·m-1。

2.力學(xué)性能結(jié)果分析

(1)擴(kuò)鏈系數(shù)對(duì)PTMG/MDI/HQEE體系彈性體力學(xué)性能的影響

如表1、表2所示，先將PTMG與MDI合成預(yù)聚體，固定加壓前反應(yīng)時(shí)間不變，用HQEE擴(kuò)鏈劑擴(kuò)鏈預(yù)聚體，選取5種擴(kuò)鏈系數(shù)0.95、0.98、1.0、1.03、1.05制備彈性體，測(cè)試力學(xué)性能。

由表1和表2可知，隨著擴(kuò)鏈系數(shù)的上升，彈性體的硬度變化不大，彈性體的拉斷伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度、300%模量和撕裂強(qiáng)度都呈現(xiàn)先增加后減少的規(guī)律，并且在擴(kuò)鏈系數(shù)為1.0時(shí)，TPU彈性體的力學(xué)性能最好。由于異氰酸酯與羥基的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，所以NCO/OH越接近1，TPU彈性體的性能越好，表現(xiàn)為拉斷伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度、300%模量和撕裂強(qiáng)度較高。

表1 1號(hào)HQEE選取不同的擴(kuò)鏈系數(shù)對(duì)彈性體力學(xué)性能的影響

表2 2號(hào)HQEE選取不同的擴(kuò)鏈系數(shù)對(duì)彈性體力學(xué)性能的影響

(2)加壓前反應(yīng)時(shí)間對(duì)彈性體力學(xué)性能的影響

如表3所示，先將PTMG與MDI合成預(yù)聚體，以1號(hào)HQEE做擴(kuò)鏈劑，固定擴(kuò)鏈系數(shù)為1.0不變。

表3 加壓前反應(yīng)時(shí)間對(duì)彈性體力學(xué)性能的影響

由表3可知，加壓前反應(yīng)時(shí)間選取6min30s和7min時(shí)，拉斷伸長(zhǎng)率，300%模量和拉伸強(qiáng)度較高，但是試件中出現(xiàn)明顯結(jié)晶。加壓前反應(yīng)時(shí)間選取8min時(shí)力學(xué)性能最好，同時(shí)不出現(xiàn)結(jié)晶，超過(guò)8min后力學(xué)性能下降。原因是HQEE和預(yù)聚體的反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)加壓，未反應(yīng)的HQEE較多，很容易產(chǎn)生結(jié)晶，而時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，試件凝膠且硬度上升反而不易加壓成型。

(3)熱老化處理后對(duì)彈性體力學(xué)性能的影響

如表4所示，先將PTMG與MDI合成預(yù)聚體，HQEE做擴(kuò)鏈劑，固定加壓前反應(yīng)時(shí)間為7min30s，固定擴(kuò)鏈系數(shù)為1.0不變，測(cè)試試件力學(xué)性能，同時(shí)對(duì)試件進(jìn)行恒溫110℃、168h的熱空氣老化處理，再次測(cè)試力學(xué)性能。

表4 熱空氣老化對(duì)彈性體力學(xué)性能的影響

由表4可知，經(jīng)過(guò)110℃恒溫168h的熱空氣老化處理后，試件的力學(xué)性能并沒(méi)有明顯變化。

3.結(jié)論

改變預(yù)聚體的擴(kuò)鏈系數(shù)，聚氨酯彈性體的硬度變化不大，拉斷伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度、300%模量和撕裂強(qiáng)度都先升高后降低。并且在擴(kuò)鏈系數(shù)為1時(shí)，彈性體的力學(xué)性能最好。加壓前反應(yīng)時(shí)間會(huì)影響試件的力學(xué)性能，同時(shí)對(duì)試件中是否出現(xiàn)結(jié)晶也有明顯影響，應(yīng)該選取合適的加壓前反應(yīng)時(shí)間保證不出現(xiàn)結(jié)晶的前提下達(dá)到最好的力學(xué)性能。同時(shí)本體系的彈性體的力學(xué)性能受熱空氣老化影響不明顯，具有良好的耐熱空氣老化性能。