聚氨酯弹性体的特性与应用

    1.聚氨酯弹性体的特性

    聚氨酯弹性体的综合性能出众，任何其他橡胶和塑料都无与伦比。而且聚氨酯弹性体可根据加工成型的要求进行加工，几乎能用高分子材料的任何一种常规工艺加工，如混炼模压、液体浇注、熔融注射、挤出、压延、吹塑、胶液涂覆、纺丝和机械加工等。聚氨酯弹性体的用途十分广泛，产品几乎遍及多用领域。聚氨酯弹性体综合性能出众，主要表现在弹性体兼备了从橡胶到塑料的许多宝贵特性。

    （1）硬度范围宽。而且在高硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率。

    （2）强度高。在橡胶硬度下他们的拉伸强度和撕裂强度比通用橡胶高得多；在塑料硬度下，他们的冲击强度和弯曲强度又比塑料高得多。

    （3）性能的可调节范围大。多项物理机械性能指标均可通过对原材料的选择和配方的调整，在一定范围内变化，从而满足用户对制品性能的不同要求

    （4）耐磨。有“耐磨橡胶”的佳称。特别是在有水、油等润湿介质存在的工作条件下，其耐磨性往往是普通橡胶材料的几倍到几十倍。金属材料如钢铁等虽然很坚硬，但并不一定耐磨，如黄河灌溉区的大型水泵，其过流部件金属口环和保护圈经过大量泥沙的冲刷，用不了几百小时就严重磨损漏水，而采用聚氨酯弹性体包覆的口环和保护圈则连续运行1800小进仍未磨损。其它如碾米用的砻谷机胶辊、选煤用的振动筛筛板、运动场的径赛跑道、吊车铲车用的动态油密封圈、电梯轮和旱冰鞋轮等等也都是聚氨酯弹性体的用武之地。在此需提到的一点是，要提高中低硬度聚氨酯弹性体制件的摩擦系数，改善在承载负荷下的耐磨性能，可在这类聚氨酯弹性体中添加少量二硫化铝、石墨或硅油等润滑剂。

    （5）耐油。聚酯型聚氨酯弹性体的耐油性不低于丁腈橡胶，与聚硫橡胶相当。

    （6）耐臭氧性能优良。

    （7）吸震、抗辐射和耐透气性能好。

    （8）加工方式多样，适用性广泛。聚氨酯弹性体既可跟通用橡胶一样采用塑炼、混炼、硫化工艺成型（指MPU）；也可以制成液体橡胶，浇注模压成型或喷涂、灌封、离心成型（指CPU）；还可以制成颗粒料，与普通塑料一样，用注射、挤出、压延、吹塑等工艺成型（指CPU）。模压或注射成型的制件，在一定的硬度范围内，还可以进行切割、修磨、钻孔等机械加工。加工的多样性，使聚氨酯弹性体的适用性十分广泛，应用领域不断扩大。

    这些优点正是聚氨酯弹性体在军工、航天、声学、生物学等领域获得广泛应用的原因。

    聚氨酯弹性体的不足方面：

    （1）内生热大，耐高温性能一般，特别是耐湿热性能不好。正常使用温度范围是-40~120℃使用。若需在高频振荡条件或高温条件下长期作用，则必须在结构设计或配方上采取相应改性措施。

    （2）不耐强极性溶剂和强酸碱介质。在一定温度下，醇、酸、酮会使聚氨酯弹性体溶胀和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶剂在常温下就会使聚氨酯弹性体溶胀

    聚氨酯弹性体的应用和开发

    综上所述，聚氨酯弹性体的综合性能是十分优越的。近年来，各国都在根据市场需求情况加强其应用开发研究，开发的重点在以下几个方面：

    汽车用聚氨酯弹性体

    现今的汽车工业正在向高性能、低重量、舒适与安全的方向发展。橡塑合成材料正在逐步取代金属材料，这就为聚氨酯弹性体的应用开辟了极为广阔的前景。美国Goodrich公司开发出第二代TPU，其商务名为Estaloc。该产品保持了第一代TPUEstaloc的特性，并采用中空玻璃球作填料，使光泽度提高了15%以上，可用于制造汽车边板和减震垫等。在汽车上安装安全气囊，是现代汽车工业发展的需要，对保护驾驶员的生命安全有重大作用。这种气囊必须具备一定强度才能经受高速冲击，还要有较好的低温柔性，适宜用聚氨酯制作，每个气囊用胶量约300克。我国大部分汽车尚未安装气囊，市场需求量很大。利用聚氨酯弹性体的高强度和高承载能力。可制造中低速载重车辆用轮胎，强度和高承载能力，可制造中低速载重车辆用轮胎，其承载能力是用天然胶制造的同规格轮胎的7倍。近年来，一种新型绿色聚氨酯复合轮胎正在研究开发之中，它是以新旧橡胶光胎为基体，浇注上一定厚度的高耐磨、耐刺扎的聚氨酯橡胶胶面层，目前正处于里程试验阶段，不久后有望投入指生产。

    建筑用聚氨酯弹性体

    传统的沥青油毡防水材料已逐步被坚固耐用、整体施工的聚氨酯防水材料所替代；运动场的跑道在10年前只有国家级的正式比赛场地才用聚氨酯铺装材料，而现在大部分省市体育场、大中专院校，甚至一些中小学也都铺上了聚氨酯塑胶跑道；大型桥梁的伸缩缝、飞机场跑道及高速公路的嵌缝也开始采用常温固化的聚氯酯弹性体制作高速铁路的轨枕是十分理想的材料，日本新干线铁路通过的隧道和桥梁上所铺的轨枕就是采用了聚氯酯弹性体材料。这一新的应用充分发挥了聚氯酸弹性体质轻、吸震性好、耐老化等特点，很好推广价值。

    矿山用聚氯酯弹性体

    煤矿、金属及非金属矿山对高耐磨、高强度而又富有弹性的非金属材料需求量很大。近10年来，许多选择煤厂用聚氯酯弹性筛选板取代了笨重的金属筛板，不仅大大延长了筛板的使用寿命，而且明显降低了操作环境的噪音，节能降耗效果明显。其它如用于制作固体分离的旋流器、阻燃抗静电的耐磨运输带、矿用单轨吊车的实芯轮、煤矿喷浆机用结合板、万吨电动轮自卸车上的油密封圈、高压电缆护套的冷补胶等也都为矿山建设发挥了巨大作用。目前还有许多矿山用耐磨弹性制品正等待我们去开发和推广。

    鞋用聚氯酯弹性体

    自从台商纷纷来到大陆，我国的制鞋业发展迅速。聚氯酯弹性具有缓冲性能好、质轻、耐磨、防滑等优点，现已成为制鞋工业中一种重要的配套材料，高尔夫球鞋、棒球鞋、足球鞋、滑雪鞋、旅游鞋、安全鞋等许多鞋的鞋底、鞋跟、鞋头、鞋垫等重要配件都是用聚氯酯弹性体制成的，不仅美观大方，而且舒适耐用，还能提高运动成绩。

    医用聚氨酯弹性体

    良好的生物相容性、血液相容性、无各种添加剂是TPU和CPU材料在医疗领域获得应用的重要原因。目前已开发成功的医用弹性体制品有：气管套管、假肢、计划生育用的栓堵剂、颅骨缺损修补材料、安全套等等，其在医疗卫生领域应用的前景还十分广阔。

    新型聚氨酯复合板材

    英国正在开发一种称为SPS夹板层系统的聚氨酯复合板材，将给造船业带来一场革命。它包括两层9mm厚的钢板和被注入它们中间的40mm厚的聚氨酯弹性体，一旦开发成功，可取代传统造船业用的加强钢板材料，其优点是：节省制造时间、节约钢板、减轻船体重量、抗冲击、耐疲劳、减震、消音、隔热。一旦将来采用SPS系统的复合材料来造船的话，造船业所耗用的聚氨酯弹性体将是一个十分惊人的数字。