L'élastomère de polyuréthane, également connu sous le nom d'élastomère de polyuréthane, est un matériau synthétique polymère contenant plus de groupes uréthane sur la chaîne principale. Il est généralement composé d'oligomères tels que le polyester, le polyéther et la polyoléfine. Il est formé par l'addition et la polymérisation progressives de polyols, de polyisocyanates et de diols ou d'allongeurs de chaîne diamine. C'est un matériau élastique entre le caoutchouc général et le plastique, c'est-à-dire qu'il a la haute élasticité du caoutchouc et la haute résistance du plastique. Il a un grand allongement et une large gamme de dureté; sa résistance à l'usure, sa biocompatibilité et sa compatibilité sanguine sont particulièrement remarquables. En même temps, il a également une excellente résistance à l'huile, une résistance aux chocs, une résistance aux basses températures, une résistance aux radiations et une résistance à la charge, une isolation thermique, une isolation et d'autres propriétés. Par conséquent, les domaines d'application des élastomères de polyuréthane sont très larges. Il est devenu un matériau indispensable et précieux dans l'économie nationale et la vie des gens.
L'élastomère de polyuréthane a une large gamme de propriétés, qui est étroitement liée à sa structure, et sa structure dépend de nombreux facteurs tels que les réactifs, le temps de réaction, la température de réaction et même de petits changements dans la teneur en eau peuvent provoquer des élastomères de polyuréthane Énorme différence dans les propriétés mécaniques .
1. Vue d'ensemble des élastomères de polyuréthane
L'élastomère polyuréthane, également connu sous le nom de caoutchouc polyuréthane, appartient au caoutchouc synthétique spécial et est une sorte de polymère élastique contenant plus de groupes uréthane (-NHCOO-) dans la chaîne principale de la molécule. Il s'agit d'un matériau copolymère multibloc typique. . Les élastomères de polyuréthane sont généralement préparés par réaction de polyaddition en utilisant des polyols polymères, des isocyanates, des allongeurs de chaîne, des agents de réticulation et une petite quantité d'agents auxiliaires comme matières premières. En termes de structure moléculaire, l'élastomère de polyuréthane (PUE) est un polymère à blocs, et sa chaîne moléculaire est généralement composée de deux parties. A température normale, une partie est dans un état hautement élastique, appelé segment mou ; L'état cristallin est appelé le segment dur. Généralement, le segment mou est composé d'une longue chaîne flexible de polyol polymère, et le segment dur est composé d'isocyanate et d'allongeur de chaîne. Le segment mou et le segment dur sont agencés en alternance pour former des unités structurelles répétitives. En plus du groupe uréthane, la chaîne principale de la molécule de polyuréthane contient également des groupes polaires tels que le groupe éther, ester ou urée. Du fait de l'existence d'un grand nombre de ces groupements polaires, des liaisons hydrogène peuvent se former dans la molécule de polyuréthane et entre les molécules, et le segment mou et le segment dur sont thermodynamiquement incompatibles, ce qui induit la formation du segment dur et du segment mou. microdomaine de segment et produit une structure de séparation de phase microscopique. Les polyuréthanes linéaires peuvent également former des réticulations physiques par liaison hydrogène. Ces caractéristiques structurelles confèrent aux élastomères de polyuréthane une excellente résistance à l'usure et une excellente ténacité, connues sous le nom de "caoutchouc résistant à l'usure" [1], et comme il existe de nombreuses variétés de matières premières en polyuréthane, la variété et le rapport des matières premières peuvent être ajustés pour synthétiser des produits avec différentes caractéristiques de performance. produits, rendant les élastomères de polyuréthane largement utilisés dans le domaine de l'économie nationale. Bien que la production d'élastomère de polyuréthane ne représente pas une petite proportion des produits en polyuréthane, sa variété et sa large gamme d'applications sont inégalées par d'autres matériaux. L'élastomère de polyuréthane a d'excellentes propriétés globales et son module se situe entre celui du caoutchouc général et celui du plastique. Il présente les caractéristiques suivantes : ①Haute résistance et élasticité, peut maintenir une élasticité élevée dans une large gamme de dureté (Shore A10-Shore D75) ; ②Sous la même dureté, il a une capacité portante plus élevée que les autres élastomères ; ③ Excellente résistance à l'usure, sa résistance à l'usure est 2-10 fois supérieure à celle du caoutchouc naturel ; ④ Bonne résistance à la fatigue et aux vibrations, adaptée aux applications de déviation à haute fréquence ; ⑤ Haute résistance aux chocs ; ⑥ Résistance au polyuréthane aromatique Excellente résistance aux radiations, à l'oxygène et à l'ozone ; ⑦ Excellente résistance aux graisses et aux produits chimiques ; ⑧ Généralement, la faible dureté requise peut être obtenue sans plastifiant, il n'y a donc aucun problème causé par la migration du plastifiant ; ⑨ Moulage et faible coût de traitement ; ⑩Le polyuréthane ordinaire ne peut pas être utilisé au-dessus de 100 degrés, mais la formule peut résister à une température élevée de 140 degrés. Dans des circonstances normales, par rapport aux matériaux métalliques, les produits en élastomère de polyuréthane présentent les avantages d'un poids léger, d'une résistance à la perte, d'un faible bruit, de faibles coûts de traitement et d'une résistance à la corrosion ; par rapport au caoutchouc, les élastomères de polyuréthane ont une résistance à l'usure, une résistance aux coupures, une résistance à la déchirure, une charge élevée, versable, en pot, transparent ou translucide, une résistance à l'ozone, une plage de dureté et d'autres avantages ; par rapport aux plastiques, les élastomères de polyuréthane présentent les avantages d'absence de fragilité, de mémoire élastique, de résistance à l'usure, etc. Il existe différentes méthodes de traitement des élastomères de polyester, de nouvelles technologies et de nouvelles variétés émergent constamment, et les perspectives d'application seront très larges [2] .
2. Technologie de traitement de l'élastomère de polyuréthane
En laboratoire, les élastomères de polyuréthane sont généralement synthétisés par des méthodes de prépolymère coulé à la main, y compris la méthode en une étape, la méthode prépolymère et la méthode semi-prépolymère.
La méthode en une étape consiste à ajouter le diisocyanate, le polyol, le catalyseur et d'autres agents auxiliaires dans la formule en une seule fois, et à les verser dans le moule après agitation à grande vitesse pour préparer le produit élastomère de polyuréthane. Bien que le produit obtenu par la méthode en une étape ait une uniformité et une répétabilité de performances médiocres et puisse introduire un grand nombre de bulles d'air dans le système de réaction, de sorte qu'il y a un grand nombre de produits dans le produit, le processus de cette méthode est simple, économise de l'énergie et réduit les coûts, cette méthode est donc principalement utilisée dans Elle est utilisée dans l'industrie de la mousse, mais est rarement utilisée dans la production d'élastomères de polyuréthane coulés [3]. À l'heure actuelle, avec l'émergence de certains nouveaux procédés de moulage tels que la technologie de moulage par injection et réaction (RIM), la méthode en une étape a également été développée plus rapidement.
L'élastomère de polyuréthane préparé par la méthode du prépolymère est divisé en deux étapes, il est donc également appelé méthode en deux étapes. Tout d'abord, l'alcool oligomère et le polyisocyanate en excès sont mis à réagir pour former un prépolymère avec un groupe NCO au niveau du groupe terminal, puis le polymère est mis à réagir avec un allongeur de chaîne pendant la coulée pour préparer un élastomère de polyuréthane. Cette méthode est principalement utilisée dans la production d'élasticité de polyuréthane. L'inconvénient est que le prépolymère est sensible à la température, nécessite un équipement élevé lors de la coulée et a un long processus. La différence entre la méthode semi-prépolymère et la méthode prépolymère est que certains polyester polyols ou polyéther polyols, allongeurs de chaîne, additifs chimiques, etc. sont ajoutés au prépolymère sous forme de mélange. C'est-à-dire que le polyol oligomère dans la formule est divisé en parties, une partie est mise à réagir avec un excès de diisocyanate pour synthétiser le prépolymère, et l'autre partie est mélangée avec un allongeur de chaîne et ajoutée lors de l'injection. La fraction massique de NCO libre dans le prépolymère résultant est relativement élevée, généralement 0.12-0.15 (12 pour cent - pour cent), ce prépolymère est donc souvent appelé "quasi-prépolymère". Les caractéristiques de la méthode semi-prépolymère : ① La viscosité du composant prépolymère est faible et peut être ajustée pour être similaire à la viscosité du composant mixte de l'agent de durcissement ; ② Le rapport est également proche (c'est-à-dire que le rapport de masse de mélange peut être de 1:1). Cela améliore non seulement l'uniformité du mélange, mais améliore également certaines propriétés d'élasticité. Ce procédé est d'industrialisation facile à réaliser : parmi les trois procédés ci-dessus, d'une manière générale, l'élastomère de polyuréthanne préparé par le procédé au prépolymère présente les meilleures performances, et le procédé en une étape présente les moins bonnes performances. En effet, dans le procédé en une étape, les réactions de polymérisation et d'extension de chaîne sont effectuées en même temps. Dans la dernière étape de la réaction, en raison de la forte augmentation de la viscosité du système, l'activité de la chaîne moléculaire est contrôlée par la réaction de diffusion, la réaction n'est pas complète et le poids moléculaire de l'élastomère de polyuréthane obtenu est relativement petit. La structure n'est pas uniforme, ce qui affecte les performances de l'élastomère polyuréthane. Dans le processus de la méthode du prépolymère, la réaction du prépolymère de polyuréthane et la réaction entre le prépolymère de polyuréthane et l'allongeur de chaîne sont réalisées étape par étape, et ce sont toutes des réactions contrôlables. La réaction est relativement approfondie et le polyuréthane élastique obtenu. Le poids moléculaire apparent est relativement important et la structure est relativement uniforme, ce qui favorise la formation de liaisons hydrogène entre les macromolécules, améliorant ainsi les performances de l'élastomère polyuréthane. Les propriétés de l'élastomère de polyuréthane préparé par le procédé semi-prépolymère se situent entre le procédé prépolymère et le procédé en une étape, et la température de réaction est basse, ce qui convient à la production industrielle. Cet article traite de la relation entre la structure et les propriétés des élastomères de polyuréthane, qui sont tous synthétisés par la méthode des prépolymères.
3. Structure et propriétés des élastomères de polyuréthane
Les propriétés mécaniques des élastomères de polyuréthane sont directement liées à la structure interne des élastomères de polyuréthane, et leur microstructure et leur morphologie sont fortement affectées par l'interaction entre les groupes polaires, tels que le type, la structure et la morphologie des segments mous et durs. Propriétés mécaniques et résistance à la chaleur des élastomères de polyuréthane. Ces dernières années, les gens ont commencé à étudier la relation entre les propriétés mécaniques des élastomères de polyuréthane et leurs structures et microstructures agrégées.
un. Structure de séparation des microphases en élastomère de polyuréthane
Les propriétés du polyuréthane sont principalement affectées par la structure morphologique de la chaîne macromoléculaire. La flexibilité unique et les excellentes propriétés physiques du polyuréthane peuvent s'expliquer par la morphologie à deux phases. Le degré de séparation des microphases et la structure à deux phases des segments souples et durs des élastomères de polyuréthane sont essentiels à leurs performances. Une séparation de phase modérée est bénéfique pour améliorer les propriétés du polymère. Le processus de séparation de la séparation des microphases est que la différence de polarité entre le segment dur et le segment mou et la cristallinité du segment dur lui-même conduisent à leur incompatibilité thermodynamique (immiscibilité) et à une tendance à la séparation de phase spontanée, de sorte que le segment dur est facile Agréger ensemble pour former des domaines, qui sont dispersés dans la phase continue formée par les segments mous. Le processus de séparation des microphases est en fait le processus de séparation et d'agrégation ou de cristallisation du segment dur dans l'élastomère à partir du système de copolymère.
Le phénomène de séparation des micro-phases du polyuréthane a été proposé pour la première fois par le chercheur américain Cooper. Après cela, de nombreux travaux de recherche ont été menés sur la structure du polyuréthane [4]. Les recherches sur la structure agrégée du polyuréthane ont également progressé, formant une structure relativement complète. La théorie de la structure en microphase du système [5] : dans le système de polyuréthane à blocs, la séparation en microphase du segment dur et du segment mou est induite par l'incompatibilité thermodynamique entre le segment et le segment mou. La force d'attraction des segments entre les segments durs est bien supérieure à celle des segments entre les segments mous. Les segments durs sont insolubles dans la phase des segments mous, mais y sont répartis, formant une structure microphasée discontinue (structure île-mer). Il joue un rôle physique de liaison et de renforcement dans le segment souple. Dans le processus de séparation des microphases, l'interaction accrue entre les segments durs facilitera la séparation des segments durs du système et s'agrègera ou cristallisera, favorisant la séparation des microphases. Bien entendu, il existe une certaine compatibilité entre la phase plastique et la phase caoutchouteuse, et les phases entre les micro-domaines plastiques et les micro-domaines caoutchouteux sont mélangées pour former une phase fluide. Dans le même temps, d'autres modèles liés à la séparation des microphases ont également été proposés, tels que Seymour [6] et d'autres ont proposé que les régions enrichies en segments durs et en segments mous forment un réseau réticulé continu les unes avec les autres. Paik Sung et Schneide [7] ont proposé un modèle de structure de séparation des microphases plus réaliste : le degré de séparation des microphases dans l'uréthane est imparfait, pas entièrement la coexistence des microphases, mais comprend des unités de segments souples mixtes. Il y a mélange entre segments dans le micro-domaine, ce qui a une certaine influence sur la morphologie et les propriétés mécaniques du matériau. Le segment mou contient des segments durs, ce qui peut entraîner une modification de la température de transition vitreuse du segment mou. Amélioré de manière significative, réduisant la gamme de matériaux utilisés dans les environnements à basse température. L'inclusion de segments mous dans les domaines de segments durs peut abaisser la température de transition vitreuse des domaines de segments durs, réduisant ainsi la résistance à la chaleur du matériau.
b. Comportement de liaison hydrogène des élastomères polyuréthanes
Des liaisons hydrogène existent entre des groupes contenant des atomes d'azote et des atomes d'oxygène à forte électronégativité et des groupes contenant des atomes d'hydrogène. L'énergie de cohésion des groupes est liée à la taille de l'énergie de cohésion des groupes. Des liaisons hydrogène fortes existent principalement entre les segments. Selon les rapports, la plupart des groupes imine dans les différents groupes de macromolécules de polyuréthane peuvent former des liaisons hydrogène, et la plupart d'entre eux sont formés par les groupes imine et les groupes carbonyle dans le segment dur, et une petite partie est formée avec l'oxygène de l'éther. dans le segment mou. groupe ou ester carbonyle formé. Comparée à la force de liaison des liaisons chimiques intramoléculaires, la force de liaison hydrogène est beaucoup plus faible. Cependant, l'existence d'un grand nombre de liaisons hydrogène dans les polymères polaires est également l'un des facteurs importants affectant les performances. Les liaisons hydrogène sont réversibles. À des températures plus basses, la disposition rapprochée des segments sexuels favorise la formation de liaisons hydrogène : à des températures plus élevées, les segments reçoivent de l'énergie et subissent un mouvement thermique, la distance entre les segments et les molécules augmente, et les liaisons hydrogène sont affaiblies voire disparaissent. Les liaisons hydrogène jouent le rôle de réticulation physique, ce qui peut donner au corps en polyuréthane une résistance, une résistance à l'abrasion, une résistance aux solvants et une déformation permanente en traction plus faibles. Plus il y a de liaisons hydrogène, plus les forces intermoléculaires sont fortes et plus la résistance du matériau est élevée. La quantité de liaisons hydrogène affecte directement le degré de différenciation des microphases du système [8].
c. Cristallinité
Le polyuréthane linéaire avec une structure régulière, des groupes plus polaires et rigides, plus de liaisons hydrogène intermoléculaires et une bonne cristallinité, a amélioré certaines propriétés du matériau polyuréthane, telles que la résistance et la résistance aux solvants. La dureté, la résistance et le point de ramollissement des matériaux en polyuréthane augmentent avec l'augmentation de la cristallinité, tandis que l'allongement et la solubilité diminuent en conséquence. Pour certaines applications, telles que les adhésifs polyuréthanes thermoplastiques monocomposants, une cristallisation rapide est nécessaire pour obtenir un tack initial. Certains élastomères de polyuréthane thermoplastiques se libèrent plus rapidement en raison de leur cristallinité élevée. Les polymères cristallins deviennent souvent opaques en raison de l'anisotropie de la lumière réfractée. Si une petite quantité de groupes ramifiés ou pendants est introduite dans les macromolécules de polyuréthane linéaire cristallin, la cristallinité du matériau diminue. Lorsque la densité de réticulation augmente dans une certaine mesure, le segment mou perd sa cristallinité. Lorsque le matériau est étiré, la contrainte de traction oriente la chaîne moléculaire du segment souple et la régularité est améliorée, la cristallinité de l'élastomère de polyuréthane est améliorée et la résistance du matériau est améliorée en conséquence. Plus la polarité du segment dur est forte, plus il est propice à l'amélioration de l'énergie de réseau du matériau polyuréthane après cristallisation. Pour le polyéther polyuréthane, avec l'augmentation de la teneur en segment dur, les groupes polaires augmentent, la force intermoléculaire du segment dur augmente, le degré de séparation des microphases augmente, le microdomaine du segment dur forme progressivement une cristallisation et la cristallinité augmente avec le segment dur contenu. Augmentez progressivement la résistance du matériau.
ré. Influence de la structure des segments souples sur les propriétés de l'élastomère polyuréthane
Les polyols oligomères tels que les polyéthers et les polyesters constituent les segments mous. Le segment souple représente la majeure partie du polyuréthane, et les propriétés du polyuréthane préparé à partir de différents polyols oligomères et diisocyanates sont différentes. Le segment flexible (souple) des élastomères de polyuréthane affecte principalement les propriétés élastiques du matériau et contribue de manière significative à ses propriétés à basse température et à la traction. Par conséquent, le paramètre Tg du segment mou est extrêmement important, et deuxièmement, la cristallinité, le point de fusion et la cristallisation induite par la déformation sont également des facteurs qui affectent ses propriétés mécaniques ultimes. Les élastomères de polyuréthane et les mousses en polyester à forte polarité en tant que segments souples ont de meilleures propriétés mécaniques. Parce que le polyuréthane fait de polyester polyol contient un grand groupe ester polaire, non seulement des liaisons hydrogène peuvent être formées entre les segments durs, mais aussi les groupes polaires sur le segment mou peuvent interagir partiellement avec les segments durs. Les groupes polaires forment des liaisons hydrogène, de sorte que la phase de segment dur peut être répartie plus uniformément dans la phase de segment mou, qui agit comme un point de réticulation élastique. Certains polyester polyols peuvent former une cristallisation de segments mous à température ambiante, ce qui affecte les propriétés du polyuréthane. La résistance, la résistance à l'huile et le vieillissement oxydatif thermique du matériau polyester polyuréthane sont supérieurs à ceux du matériau polyéther polyuréthane PPG, mais la résistance à l'hydrolyse est pire que celle du type polyéther. Le polyuréthane polytétrahydrofurane (PTMG) est facile à former des cristaux en raison de sa structure de chaîne moléculaire régulière et sa résistance est comparable à celle du polyuréthane polyester. D'une manière générale, le groupe éther du segment souple du polyéther polyuréthane est facile à tourner en interne, a une bonne flexibilité et a d'excellentes performances à basse température, et il n'y a pas de groupe ester qui est relativement facile à hydrolyser dans la chaîne polyéther polyol, et son résistance à l'hydrolyse Meilleure que le polyuréthane polyester. Le carbone de la liaison éther du segment souple polyéther est facilement oxydé pour former des radicaux peroxyde, ce qui entraîne une série de réactions de dégradation oxydative. Le polyuréthane avec une chaîne moléculaire de polybutadiène en tant que segment souple a une faible polarité, une mauvaise compatibilité entre les segments souples et durs et une faible résistance de l'élastomère. En raison de l'encombrement stérique, le segment mou contenant la chaîne latérale a de faibles liaisons hydrogène, une mauvaise cristallinité et la résistance est pire que celle de la même chaîne principale du segment mou sans polyuréthane de groupe latéral. Le poids moléculaire du segment mou a un effet sur les propriétés mécaniques du polyuréthane. D'une manière générale, en supposant que le poids moléculaire du polyuréthane est le même, la résistance du matériau polyuréthane diminue avec l'augmentation du poids moléculaire du segment souple ; si le segment souple est une chaîne polyester, la résistance du matériau polymère diminue lentement avec l'augmentation du poids moléculaire du polyester diol ; Si le segment souple est une chaîne polyéther, la résistance du matériau polymère diminue avec l'augmentation du poids moléculaire du polyéther glycol, mais l'allongement augmente. Cela est dû à la polarité élevée du segment mou d'ester et à la grande force intermoléculaire, qui peuvent partiellement compenser la diminution de la résistance du matériau polyuréthane due à l'augmentation du poids moléculaire et à l'augmentation de la teneur en segment mou. Le segment souple du polyéther est de faible polarité. Si le poids moléculaire augmente, la teneur du segment dur dans le polyuréthane correspondant diminue, ce qui entraîne une diminution de la résistance du matériau. Zhu Jinhua et al. [9] ont synthétisé une série de copolymères séquencés de polyuréthane et de copolymères greffés contenant différents segments mous, et testé leurs propriétés mécaniques dynamiques. Les résultats ont montré que la compatibilité des copolymères de polyuréthanne et la chaîne de macromolécules Liée à la structure, la présence de chaînes greffées a un effet significatif sur la compatibilité et les propriétés d'amortissement des copolymères à blocs de polyuréthanne. Généralement, l'effet du poids moléculaire du segment mou sur la résistance et les propriétés de vieillissement thermique des élastomères de polyuréthane n'est pas significatif. La cristallinité du segment souple a une grande contribution à la cristallinité du polyuréthane linéaire. D'une manière générale, la cristallinité est bénéfique pour augmenter la résistance du polyuréthane. Mais parfois, la cristallisation réduit la flexibilité à basse température du matériau et les polymères cristallins sont souvent opaques. Afin d'éviter la cristallisation, l'intégrité de la molécule peut être réduite, par exemple en utilisant un copolyester ou un copolyéther polyol, ou un polyol mixte, un allongeur de chaîne mixte, etc.
e. Influence du segment dur sur les propriétés de l'élastomère polyuréthane
La structure du segment dur est l'un des principaux facteurs affectant la résistance à la chaleur des élastomères de polyuréthane. La structure du diisocyanate et de l'allongeur de chaîne qui composent le segment élastomère polyuréthane est différente, ce qui affecte également la résistance à la chaleur. Le segment dur du matériau polyuréthane est composé de polyisocyanate et d'allongeur de chaîne. Il contient des groupes polaires puissants tels que le groupe uréthane, le groupe aryle et le groupe urée substituée. Habituellement, le segment rigide formé par l'isocyanate aromatique n'est pas facile à changer et s'étire à température ambiante. en forme de tige. Les segments durs affectent généralement les propriétés à haute température du polyuréthane, telles que le ramollissement, la température de fusion. Les diisocyanates couramment utilisés sont le TDI, le MDI, l'IPDI, le PPDI, le NDI, etc., les alcools couramment utilisés sont l'éthylène glycol, le -butanediol, l'hexanediol, etc., et les amines couramment utilisées sont le MOCA, l'EDA, le DETDA, etc. Le type de segment dur est choisi en fonction des propriétés mécaniques souhaitées du polymère, telles que la température maximale d'utilisation, la résistance aux intempéries, la solubilité, etc., et son économie doit également être prise en compte. Différentes structures de diisocyanate peuvent affecter la régularité du segment dur et la formation de liaisons hydrogène, ayant ainsi un impact plus important sur la résistance de l'élastomère. D'une manière générale, le cycle aromatique contenant un isocyanate confère au segment dur une plus grande rigidité et une plus grande énergie de cohésion, ce qui augmente généralement la résistance de l'élastomère.
Le segment rigide contenant le groupe urée composé de diisocyanate et d'allongeur de chaîne diamine est très facile à former en micro-domaine plastique en raison de la grande cohésion du groupe urée, et le polyuréthane composé de ce segment rigide est sujet à la micro-phase. séparation. D'une manière générale, plus la rigidité du segment rigide constituant le polyuréthanne est élevée, plus la séparation des microphases est facile. Dans le polyuréthane, plus la teneur en segment rigide est élevée, plus la séparation des microphases est susceptible de se produire.
L'allongeur de chaîne est lié à la structure du segment dur de l'élastomère de polyuréthane et a une grande influence sur les performances de l'élastomère. Comparé au polyuréthane à extension de chaîne du diol aliphatique, le polyuréthane à extension de chaîne contenant une diamine à cycle aromatique a une résistance plus élevée, car l'allongeur de chaîne amine peut former une liaison urée et la polarité de la liaison urée est supérieure à celle de la liaison uréthane . De plus, la différence de paramètres de solubilité entre le segment dur de la liaison urée et le segment mou du polyéther est grande, de sorte que le segment dur de la polyurée et le segment mou du polyéther ont une plus grande incompatibilité thermodynamique, ce qui fait que la polyuréthaneurée a une meilleure séparation des microphases. [10], ainsi le polyuréthane à extension de chaîne diamine a une résistance mécanique, un module, une viscoélasticité, une résistance à la chaleur et une meilleure performance à basse température que le polyuréthane à extension de chaîne diol. Les élastomères de polyuréthane de coulée utilisent principalement des diamines aromatiques comme allongeurs de chaîne car les élastomères de polyuréthane préparés à partir de celles-ci ont de bonnes propriétés globales. Xu Guangjie et al. [11] ont rapporté que les polyols d'esters carboxyliques étaient préparés en faisant réagir de l'anhydride maléique avec des polyols, puis en réagissant avec d'autres monomères tels que le TDI -80, des agents de réticulation et des allongeurs de chaîne pour préparer des polyols contenant des carboxyles. Le prépolymère de polyuréthane a été dispersé dans une solution aqueuse de triéthanolamine pour fabriquer du polyuréthane à base d'eau, et l'influence du type et de la quantité d'allongeur de chaîne sur les performances de la résine a été étudiée, et il a été constaté que l'allongeur de chaîne amine était plus efficace que l'allongeur de chaîne hydroxyle Il est bénéfique d'améliorer les propriétés mécaniques de la résine. L'utilisation du bisphénol A comme allongeur de chaîne peut non seulement améliorer les propriétés mécaniques de la résine, mais également augmenter la température de transition vitreuse de la résine, élargir la largeur du pic de frottement interne et améliorer la plage de température de la résine à l'état cuir. 12]. La structure de l'allongeur de chaîne diamine utilisé dans l'urée de polyuréthane affecte directement la liaison hydrogène, la cristallisation et la séparation de la structure des microphases dans le matériau, et détermine en grande partie les performances du matériau [13]. Avec l'augmentation de la teneur en segments durs, la résistance à la traction et la dureté du matériau polyuréthane ont progressivement augmenté, et l'allongement à la rupture a diminué. En effet, il existe une séparation de microphase entre la phase avec un certain degré de cristallinité formée par le segment dur et la phase amorphe formée par le segment mou, et la région cristalline du segment dur agit comme un point de réticulation efficace. Il joue également un rôle similaire au renfort de remplissage pour la région amorphe du segment mou. Lorsque la teneur augmente, l'effet de renforcement et l'effet de réticulation efficace du segment dur dans le segment mou sont améliorés, ce qui favorise l'augmentation de la résistance du matériau.
F. Influence de la réticulation sur les propriétés des élastomères polyuréthanes
Une réticulation intramoléculaire modérée peut augmenter la dureté, la température de ramollissement et le module d'élasticité des matériaux en polyuréthane, et réduire l'allongement à la rupture, la déformation permanente et le gonflement dans les solvants. Pour les élastomères de polyuréthane, une réticulation appropriée peut produire des matériaux avec une excellente résistance mécanique, une dureté élevée, une élasticité et une excellente résistance à l'usure, à l'huile, à l'ozone et à la chaleur. Cependant, si la réticulation est excessive, les propriétés telles que la résistance à la traction et l'allongement peuvent être réduites. Dans les élastomères de polyuréthane séquencés, la réticulation chimique peut être divisée en deux catégories : (1) l'utilisation d'allongeurs de chaîne trifonctionnels (tels que le TMP) pour former une structure de réticulation ; (2) l'utilisation d'isocyanate en excès pour réagir pour former une réticulation d'urée dicondensat (via des groupes urée) ou d'allophanate (via des groupes uréthane). La réticulation a un effet significatif sur le degré de liaison hydrogène et la formation de réticulations réduit considérablement le degré de liaison hydrogène du matériau, mais la réticulation chimique a une meilleure stabilité thermique que la réticulation physique causée par la liaison hydrogène. Lorsque les effets du réseau de réticulation chimique sur la morphologie, les propriétés mécaniques et les propriétés thermiques des élastomères polyuréthane-urée ont été étudiés au moyen de FT-IR et DSC, il a été constaté que les élastomères polyuréthane-urée avec différents réseaux de réticulation avaient des morphologies différentes. Au fur et à mesure que la densité augmente, le degré de mélange des microphases de l'élastomère augmente, la température de transition vitreuse du segment souple augmente de manière significative et la résistance à la traction à 300 % de l'élastomère augmente progressivement, tandis que l'allongement à la rupture diminue progressivement. Lorsque , les propriétés mécaniques (résistance à la traction et à la déchirure) de l'élastomère atteignent les plus élevées.
4. Applications des élastomères de polyuréthane
un. Application dans la préparation du charbon, l'exploitation minière, la métallurgie et d'autres industries
Les élastomères de polyuréthane sont les matériaux les plus non métalliques qui répondent aux exigences des mines et peuvent remplacer certains matériaux métalliques. Les produits en élastomère de polyuréthane pour les montagnes comprennent des plaques de tamis, des revêtements en élastomère, des bandes transporteuses, etc. Les tamis en caoutchouc polyuréthane comprennent les tamis de relaxation, les tamis de tension, les tamis à fentes, etc. La plaque de tamis en caoutchouc polyuréthane présente les caractéristiques suivantes: excellente résistance à l'usure, résistance à l'eau, résistance à l'huile, absorption des vibrations et réduction du bruit, haute résistance, forte liaison avec le cadre métallique, faible bruit, bon effet autonettoyant, allégeant la charge de la machine à écran, économisant la consommation d'énergie et prolongeant le temps d'écran. Durée de vie de la machine, haute qualité de criblage. De nombreux équipements miniers tels que les agitateurs, les concentrateurs spéciaux, les machines de flottation, les concentrateurs, les auges en spirale, les pulvérisateurs, les concentrateurs, les tuyaux et les coudes, les matériaux de contact tels que le gravier et nécessitent des revêtements résistants à l'usure ; grues monorail minières La roue motrice en uréthane à âme en acier, la bande transporteuse en polyuréthane ignifuge et antistatique, la gaine en TPU du câble d'équipement, l'anneau anti-poussière, l'absorption des chocs, etc., l'élastomère de polyuréthane est le matériau préféré.
b. Rouleau en caoutchouc polyuréthane
Le rouleau en caoutchouc polyuréthane est une sorte de produit en caoutchouc polyuréthane avec d'excellentes performances, qui est généralement constitué d'acier ou de fer recouvert d'une couche d'élastomère polyuréthane par un procédé de coulée. Selon l'utilisation, il existe : des rouleaux en caoutchouc de décorticage pour le traitement des céréales, des rouleaux en caoutchouc d'extrusion et des rouleaux en caoutchouc de réduction en pâte dans l'industrie du papier, des rouleaux de tréfilage, des rouleaux d'étirage et des rouleaux de coupe dans l'industrie textile, du bois, du verre et de l'emballage. utilisé dans l'industrie, divers rouleaux en caoutchouc pour machines d'impression et de teinture, petits rouleaux en caoutchouc pour divers instruments, rouleaux en caoutchouc de transmission pour systèmes de transport, rouleaux en caoutchouc d'impression, rouleaux en caoutchouc de transmission à laminage à froid en métal, rouleaux de revêtement de couleur en tôle d'acier métallique, etc. , le caoutchouc La couche de ces rouleaux en caoutchouc peut être en élastomère de polyuréthane. La plupart des rouleaux en caoutchouc sont fabriqués par le procédé de coulée. Généralement, l'âme en acier est placée au centre du moule cylindrique et l'élastomère est coulé. Des lits spéciaux peuvent utiliser la coulée centrifuge ou la coulée par centrifugation. Le moulage par rotation élimine le besoin de moules et utilise la vulcanisation à température ambiante pour couler les systèmes élastomères, réduisant ainsi le temps de traitement global.
c. Roues et pneus en caoutchouc polyuréthane
L'élastomère de polyuréthane a une grande capacité portante, une résistance à l'usure, une résistance à l'huile et est fermement lié au cadre métallique. Il peut être utilisé pour fabriquer des rouleaux en caoutchouc largement utilisés dans divers mécanismes de transmission, tels que; bandes transporteuses de ligne de production, rouleaux de guidage, glissières de téléphérique, etc. . Dans le sens du sport et du divertissement, les roues des patins à roulettes et trottinettes haut de gamme sont toutes en polyuréthane. La roue en caoutchouc uréthane présente également les caractéristiques de résistance à l'huile, de bonne ténacité et de forte adhérence. Le polyuréthane est également utilisé dans la transmission de petits instruments électroniques et de précision, diverses roues universelles, etc. Il existe également des pneus en micro-mousse, des pneus remplis de mousse PU, etc.
ré. Accessoires mécaniques
Diverses bagues d'étanchéité, blocs amortisseurs, accouplements, chaînes à neige automobiles, etc.
e. Matériau de la chaussure
L'élastomère de polyuréthane présente les caractéristiques suivantes: bonnes performances d'amortissement, légèreté, résistance à l'usure, antidérapant, etc., et bonnes performances de traitement. Il est devenu un matériau synthétique important pour les chaussures dans l'industrie de la chaussure, fabriquant des chaussures de sport telles que des chaussures de baseball, des balles de golf et du football. , semelles, talons, embouts, ainsi que des chaussures de ski, des chaussures de sécurité, des chaussures décontractées, etc. Les matériaux en polyuréthane utilisés pour les matériaux des chaussures comprennent les élastomères microcellulaires coulés et les élastomères en polyuréthane thermoplastique, etc., et les semelles en élastomère microcellulaire sont les principaux . L'élastomère microcellulaire de polyuréthane est léger et offre une bonne résistance à l'abrasion. Il est privilégié par les fabricants de chaussures. Le produit a une faible densité et est beaucoup plus léger que les semelles en caoutchouc traditionnelles et les matériaux de chaussures en PVC. Les élastomères de polyuréthane microporeux sont principalement utilisés dans les semelles et les semelles intérieures des chaussures de voyage, des chaussures en cuir, des chaussures de sport, des sandales, etc. en Chine. Ils sont principalement utilisés dans les semelles de chaussures de sport spéciales qui nécessitent une résistance à l'usure et une élasticité à l'étranger. Le design peut être diversifié. Talon en TPU pour une haute résistance à l'abrasion. Un agent moussant thermiquement décomposable peut être ajouté dans le moulage par injection pour fabriquer un matériau de chaussure élastique en TPU expansé.
F. Garniture de matrice et gabarit de découpe pour le formage de pièces en tôle, etc.
Lors du poinçonnage de pièces en tôle mince avec des matrices en acier conventionnelles, il y a souvent des bavures sur la surface de rupture. La technologie d'emboutissage consistant à remplacer le moule en acier traditionnel par du caoutchouc polyuréthane est un bond en avant dans la technologie d'emboutissage de tôle, ce qui peut considérablement raccourcir le cycle de fabrication du moule, prolonger la durée de vie du moule, réduire le coût de production des pièces moulées et améliorer la qualité de surface et la précision dimensionnelle des pièces, particulièrement adaptées pour Il convient à la production d'essai de petites et moyennes séries et de produits monoblocs, et est plus adapté aux pièces d'emboutissage minces et complexes. Dans les lignes de production de carreaux et de céramiques, l'utilisation de moules de revêtement en élastomère PU peut réduire les coûts de production, améliorer l'efficacité et le rendement de la production. Le polyuréthane peut être utilisé pour fabriquer des moules en béton. Les moules en polyuréthane peuvent être utilisés pour reproduire divers motifs et produire des blocs décoratifs. Dans la production d'emboutissage de moules métalliques, des tiges, des tubes et des plaques en élastomère de polyuréthane sont utilisés à la place des ressorts métalliques comme composants tampons, avec une élasticité, une flexibilité et une compression élevées. Haute résistance à la déformation, aucun dommage au moule.
g. Produits médicaux en élastomère
Les élastomères de polyuréthane médicaux sont principalement des polyuréthanes thermoplastiques à l'étranger, et il existe également une petite quantité d'élastomères de polyuréthane coulés et d'élastomères microcellulaires. En raison de leur résistance élevée, de leur résistance à l'usure, de leur biocompatibilité et de l'absence de plastifiants et d'autres additifs inertes à petites molécules, les élastomères de polyuréthane occupent une place importante dans les matériaux polymères médicaux. Les produits médicaux en polyuréthane comprennent les tuyaux de gastroscope en polyuréthane, les tuyaux médicaux, les matériaux artificiels et de diaphragme et d'encapsulation, les bandages élastiques en polyuréthane, les manchons trachéaux, etc. [14].
h. Tuyaux
Utilisant la flexibilité, la haute résistance à la traction, la résistance aux chocs, la résistance aux basses températures, la résistance aux hautes températures et la haute résistance à la compression des élastomères de polyuréthane, il peut être transformé en divers tuyaux et tuyaux durs, tels que les tuyaux haute pression, les cathéters médicaux, les conduites d'huile , tuyaux d'alimentation en air, tuyaux d'alimentation en carburant, tuyaux de peinture, tuyaux d'incendie, tuyaux d'alimentation en gaz, etc. Les tuyaux en uréthane sont principalement extrudés à partir de polyuréthane thermoplastique.
