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聚氨酯弹性体产品与成型加工方法的匹配关系

TPU聚氨酯 2021-1-8 11:05 51人浏览 0人回复
原作者: 聚氨酯弹性体 来自: 聚氨酯弹性体 收藏 分享 邀请
摘要

摘要根据成型加工选择一般原则,实现聚氨酯弹性体发生微相分离,满足产品性能优良要求,参照可挤压性、可模塑性、可延展性和可纺性等影响因素,按以下原则进行成型加工:聚氨酯混炼胶、聚氨酯浇注胶、聚氨酯水乳胶和 ...

聚氨酯弹性体产品与成型加工方法的匹配关系
摘要

根据成型加工选择一般原则,实现聚氨酯弹性体发生微相分离,满足产品性能优良要求,参照可挤压性、可模塑性、可延展性和可纺性等影响因素,按以下原则进行成型加工:聚氨酯混炼胶、聚氨酯浇注胶、聚氨酯水乳胶和聚氨酯热塑胶四种基本胶种,分别按照橡胶、浇注、涂料和塑料进行成型加工方法;通过经典成型加工方法组合,选择派生胶种系列的成型加工方法。剖析聚氨酯弹性体成型加工的选择对变形因素和固化因素的依赖性,表明挤出成型、注射成型和压延成型是成型加工中的关键方法。

关键词

聚氨酯弹性体;微相分离;成型加工;挤出成型;注射成型;压延成型


前言

二异氰酸酯和活泼氢化合物的聚合反应形成的聚氨酯弹性体,由二异氰酸酯和二元胺扩链剂构成的含有脲基的刚性链段,玻璃化温度远高于室温,在常温下呈玻璃态、次晶或微晶,构成塑料相;


由聚醚或聚酯的柔性链段聚集在一起,构成聚氨酯橡胶的基质或基体,由于其玻璃化温度低于室温,称之为橡胶相。


聚氨酯弹性体微相分离使聚氨酯弹性体具有耐磨性好、硬度范围宽、高强力和高伸长率、负载支撑容量大、减震效果好和耐油性能优异等优点。


选择适合的成型加工方法可以最大程度地发挥聚氨酯弹性体性能,制备出各种性能优异的聚氨酯弹性体,广泛用作塑料、橡胶、纤维、粘合剂和涂料等,甚至用作功能高分子材料如医用聚氨酯材料等。


本文总结聚氨酯弹性体成型加工方法,演绎其派生种类成型加工方法的内在联系。


1 聚氨酯弹性体选择成型加工方法的基本原则

1.1 选择成型加工方法的一般原则


(1)成型加工通常是使固体状态(粉状或粒状)、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形,经过模具形成所需的形状,并保持其已经取得的形状,最终得到制品的工艺过程。


(2)常见的成型加工流程:

       ①高分子化合物混合料经一次成型、二次成型并生产制品的方法;

       ②高分子化合物一次成型生产制品的方法;

       ③由单体混合料一步生产制品的方法;

       ④低聚物混合料一步法生产制品的方法。


(3)加工性能及其影响因素:

       ①可挤压性,在挤出机、注射机的机筒、压延机的辊筒间及模具中,材料受挤压作用变形时,获取和保持形状的能力。

          其制约因素:熔体黏度、加工设备结构、熔体流变性和熔体流动速度。


       ②可模塑性,在注射机、挤出机、模压机作用下模塑成型过程,材料在温度和压力作用下,产生形变和在模具中模制成型的能力。

          其制约因素:流变性、热性能及其他物理机械性能和高分子化合物的化学反应性。


       ③可延展性,在压延或拉伸成型中,材料在一个或两个方向上受到压延或拉伸的形变能力。

          其制约因素:材料的塑性能力和应变硬化作用。


       ④可纺性,在挤出成型时的喷头,材料通过成型而形成连续固态纤维的能力。

          其制约因素:流变性、熔体黏度和强度、热稳定性和化学稳定性。


1.2 聚氨酯弹性体选择成型加工方法的一般原则

聚氨酯弹性体成型加工体系,分为液体体系和固体体系。在二异氰酸酯和活泼氢化合物的快速聚合反应基础上,成型加工方法有利于聚氨酯弹性体微相分离。、液体体系,聚氨酯浇注胶可以用浇注成型加工(手工浇注、离心浇注和真空浇注)、反应注射成型、喷涂、刮涂、辊涂、贴合、层压、黏合、硫化、贴胶和擦胶;固体体系,聚氨酯混炼胶可以用模具硫化和层压,聚氨酯热塑胶可以用热塑、热注、压延、吹塑、纺丝和层压等。


1.3 基本种类与成型加工方法的匹配原则

聚氨酯弹性体就其模量而言是介于塑料和橡胶中间的一种高聚物,主要包括聚氨酯混炼胶、聚氨酯浇注胶、聚氨酯水乳胶和聚氨酯热塑胶。聚氨酯皮革、聚氨酯胶黏剂、聚氨酯涂料、聚氨酯混炼胶、聚氨酯浇注胶、聚氨酯纤维、聚氨酯水乳胶和聚氨酯热塑胶都是由上述四种胶种派生出来的。聚氨酯混炼胶、聚氨酯水乳胶和聚氨酯热塑胶,其成型加工方法一般归属于橡胶、涂料和塑料等的成型加工方法。


1.4 聚氨酯弹性体用途和生产连续性与成型加工方法的匹配原则

聚氨酯弹性体成型加工方法与聚氨酯弹性体用途匹配关联,兼顾生产连续性,如聚氨酯皮革成型加工方法通常用聚氨酯浇注胶黏合层或发泡层,聚氨酯水乳胶和聚氨酯热塑胶作面层;也可用聚氨酯热塑胶和聚氨酯水乳胶单独作革,其都是以基本胶种成型加工方法为基础,辅以发泡成型加工而成,通常选择压延成型加工方法。聚氨酯铺装材料由聚氨酯浇注胶摊铺而成,主要出于产品形体大和精密度要求不高考虑。医用聚氨酯材料的化学稳定性、组织相容性好,耐生物老化,因此成型加工用浸涂、浇注和涂覆方法等。



2 聚氨酯弹性体基本种类的成型加工方法

2.1 聚氨酯混炼胶的成型加工方法

聚氨酯混炼胶,作为橡胶,弹性高,分子量大且要交联,因此成型加工工艺为配合、生胶塑炼、胶料混炼、成型和硫化。聚氨酯弹性体成型可以通过压制成型、挤出成型、注射成型和压延成型。成型加工通常在低温进行,有利于形态学微相分离。过氧化二异丙苯、叔丁基异丙苯等过氧化物的硫化体系,可以延长时间,低温下进行,使聚氨酯混炼胶永久变形小,压缩变形小,耐热性能提高。当然选择注射成型可以提高产品尺寸精度,选择挤出成型可以提高生产连续性。


2.2 聚氨酯浇注胶成型加工方法

聚氨酯浇注胶可用作复杂的制品进行浇注和灌注成型,方法简单,只要将液体注入模具中,经加热即可固化成形状复杂的制品。聚氨酯浇注胶一步法合成是将聚合物二元醇、二异氰酸酯和扩链剂放在一起,经充分混合后浇入模具中加热固化,待尺寸稳定后进行后硫化。预聚法合成聚氨酯浇注胶,由预聚体和扩链剂放在一起充分混合,经真空脱泡后注入模具升温固化,再后硫化得产品,加入高效脱模剂进行脱模。反应注射成型,实质上是一步法反应或半预聚法反应,但其反应是在高压和充分混合下进行的,使制品的强力性能和黏合性能等大幅度提高。


2.3 聚氨酯水乳胶成型加工方法

聚氨酯水乳胶,环保性好,但成膜性差,要适度交联,用喷涂的方法可进行成型加工。


2.4 聚氨酯热塑胶成型加工方法

聚氨酯热塑胶是一类线性高聚物,可采取挤出、注塑、吹塑、压延和抽丝等可逆成型加工。半预聚合可有效微相分离。压延温度调节适中,使熔体黏度、流动性和熔体强度之间有一个平衡。为了提高聚氨酯热塑胶硬度,通常要微交联,在可挤压性、可模塑性和可延展性基础上,改善聚合物材料,尤其是固体材料的力学性能。


3 聚氨酯弹性体体系派生种类的成型加工方法

3.1 聚氨酯体系纤维成型加工方法一对一性

聚氨酯体系纤维成型加工是用聚氨酯热塑胶通过熔融纺丝、干法纺丝和湿法纺丝,在可挤压性、可模塑性和可延展性基础上,形变拉丝,连续生产。


3.2 聚氨酯体系派生种类的成型加工方法多对一性

聚氨酯涂料由聚氨酯热塑胶或聚氨酯浇注胶加入溶剂,制成均相聚氨酯涂料。聚氨酯水乳胶是非均相聚氨酯涂料,用喷涂成型加工方法进行聚氨酯涂料成型加工。聚氨酯胶黏剂由聚氨酯热塑胶加入溶剂,可制成均相聚氨酯涂料,聚氨酯水乳胶是非均相聚氨酯涂料,用喷涂的成型加工方法进行聚氨酯胶黏剂成型加工。聚氨酯泡沫橡胶是由聚氨酯混炼胶、聚氨酯热塑胶和聚氨酯浇注胶混入发泡剂,在成型加工方法基础上,组合发泡成型加工而成。

4 聚氨酯弹性体成型加工方法的难点


为了选择合适的成型加工方法,聚氨酯弹性体变形和固化两个过程与可挤压性、可模塑性、可延展性和可纺性等制约因素的关系还不明确。聚氨酯弹性体用途研究有待进一步开拓。现有的成型加工方法组合方式和效率还有不少难点。总之,聚氨酯弹性体成型加工方法在工业实际应用中还有不少难点,有待深入研究。


5 结束语

合适聚氨酯弹性体成型加工方法的选择,让聚氨酯弹性体发生微相分离,是最大限度地发挥优异性能的关键。以聚氨酯混炼胶、聚氨酯浇注胶、聚氨酯水乳胶和聚氨酯热塑胶经典成型加工方法为基础,强调了橡胶、塑料、纤维和涂料成型加工的核心地位;派生聚氨酯弹性体因来源于四种基本胶种,可以通过组合经典的成型加工方法来选择。

(感谢:安徽建筑大学材料与化学工程学院功能高分子与化学建材创新团队给予的资金支持。


为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参阅《安徽化工,2020 年6 月第46 卷,第3 期

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十几年的塑胶原料行业的老玩家!接触过的塑胶原料牌号数以万计,对塑胶原料改性方面、塑胶制品选材、塑胶原料各型号替代、以及高温塑胶研究比较深,比如:POM聚甲醛、PBT塑胶料、LCP高温塑料、PPS聚苯硫醚、PC聚碳酸酯等各种工程塑料!
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