聚氨酯复合材料.ppt

聚氨酯复合材料
第一页，共38页。
第一节、概述
第二节、聚氨酯的合成原料及方法
第三节、聚氨酯弹性体
第四节、聚氨酯泡沫塑料
第五节、结语
第二页，共38页。
第一节、概述
聚氨酯弹性体是一种介于橡胶比例为混炼型10%、浇铸型65%、热塑型25%。
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1、聚氨酯弹性体的结构
聚氨酯弹性体的种类很多，化学结构也十分复杂，但都是由聚酯或聚醚二元醇与二异氰酸酯反应生成的软段和低分子二元醇和二异氰酸酯反应生成的硬段构成的嵌段聚合物。不同聚氨酯弹性体的差别在于柔性链段与刚性链段的比例、连接和排列方式不同，从而导致整体性能的差异。
聚氨酯弹性体中的硬段对模量、硬度和撕裂强度有特殊的作用，而软段则主要影响制品的弹性及低温性能；也就是说，聚氨酯中的软、硬段分别赋予其不同的性能。
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聚氨酯弹性体也有不同程度的交联结构，其交联包括一级和二级两种结构，一级交联结构为多异氰酸酯、多烃基化物等反应生成的氨基甲酸酯、脉基甲酸酯等化学键形成的交联，它稳定和不可逆，在具体成型过程中形成，主要发生在混炼和浇铸型聚氨酯中。二级交联结构比一级交联要弱，它有分子间的氢键形成交联，使其具有很高的模量和力学性能；二级交联发生在聚氨酯热塑性弹性体中，交联程度越大，制品的密度、强度、刚度越大。
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聚氨酯热塑性弹性体中存在两相结构。硬段互相规整有序紧密地排列在一起，形成结晶区，赋予弹性体以高强度、刚性和高熔点等性能；软段则无规卷曲排列，形成无定型区，赋予弹性体以柔性、弹性、吸湿性和耐低温性能。
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聚氨酯弹性体的回弹性高，减震效果好。
聚氨酯弹性体的应变滞后与应力，从而使损失的能量变成热量；大量的内热使聚氨酯弹性体在高速运动场合使用受到限制。
聚氨酯弹性体的耐磨性好，一般为天然橡胶的3~10倍；~3范围内变化，适于鞋底材料。
（2）聚氨酯的热学性能 聚氨酯弹性体的耐热性较差，一般只能在80 ℃以下使用，温度超过80 ℃会导致性能下降。但聚氨酯弹性体的耐低温性较好，并以聚醚型最佳，可在-62~-70 ℃温度范围内使用。
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2、聚氨酯弹性体的性能
聚氨酯弹性体的性能介于塑料与橡胶之间。不同类型多元醇合成的聚氨酯弹性体的性能稍有差异，聚酯型的聚氨酯的力学性能高、耐油性好，但耐水性较差；聚醚型聚氨酯的耐低温性及耐水解性优于聚酯型，但耐油性、力学性能稍差一点。
（1）聚氨酯的力学性能 聚氨酯弹性体的硬度变化范围比较宽，可从邵氏A10到D80，断裂伸长率高达600%~800%。而天然橡胶的最高邵氏硬度仅为A70，断裂伸长率为550%。
聚氨酯弹性体的撕裂强度较高，比天然橡胶大2~10倍。
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（3）聚氨酯的环境性能 聚氨酯弹性体的耐水性一般，在水中浸泡或暴露于湿气中，会引起力学性能下降；但聚醚型聚氨酯的耐水解性要比聚酯型好5~10倍。
聚氨酯弹性体的耐油性、耐非极性和弱极性溶剂性能好，其中以聚醚型好于聚酯型。但其不耐强酸、强碱及极性溶剂的作用。可长期于户外使用。
聚氨酯弹性体的生理相容性好，具有良好的抗血栓性，可用于医学。
（4）聚氨酯的电学性能 聚氨酯弹性体的电性能较好。其硬度越大，电性能越好。但吸水后电性能下降，限制了在高绝缘场合的应用。
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3、聚氨酯弹性体的加工
（1）浇铸型聚氨酯弹性体（CPUR） CPUR的成型极为方便，将液体反应物注入模具中，经加热即可固化形成复杂制品，特别适合大型聚氨酯制品的制造。
CPUR的加工可用一步法、预聚体法和反应注塑成型法（RIM）。
一步法为将聚酯二元醇、二异氰酸酯和扩链剂等一起充分混合后浇入模具中，带尺寸稳定后进行交联，条件为100 ℃、3~24h。一步法CPUR制品的性能一般，只有在聚酯多元醇的控基数和多异氰酸酯的—NCO数大于2时，用一步法才最合适。
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（2）热塑性聚氨酯弹性体（TPUR） TPUR和CPUR大不相同，它为先合成为线性聚合物或部分交联聚合物，市售为颗粒状。此聚合物具有热塑性，可用热塑性方法加工，如注塑、挤出、吹塑和压延等，也可将其溶剂化后涂覆加工成革制品。
TPUR可为聚酞型或聚醚型，异氰酸酯为MDI，交联剂为1,4-丁二醇或乙二醇。TPUR为线性时分子两端曲HDH接尾，而部分交联型在其中加入多醇类如甘油等，使其具有耐油、耐磨性和永久变形小