השפעת פלח רך של אלסטומר פוליאוריתן על המאפיינים המכניים שלו

השפעת פלח רך של אלסטומר פוליאוריתן על המאפיינים המכניים שלו

Urethane Elastomer (PUE) מסונתז בעיקר מפוליאולים אוליגומרים, פוליאיזוציאנטים ומאריכי שרשרת כחומרי גלם. התכונות המכניות שלו ניתנות להתאמה במגוון רחב. ניתן לסנתז אותו על ידי בחירת חומרי גלם מתאימים בהתאם לצרכים להכנת מוצרים העונים על הצרכים. באופן כללי, פוליול אוליגומר מהווה את המקטע הרך של הפוליאוריתן, הפוליאיזוציאנט ומאריך השרשרת מהווים את המקטע הקשה, והפרדת מיקרו-פאזות מתרחשת בין המקטע הרך למקטע הקשיח, כך של-PUE יש ביצועים מצוינים. ישנן שיטות סיווג רבות ל-PUE: על פי טכנולוגיית העיבוד שלה, ניתן לחלק אותו לשלושה סוגים: סוג יציקה, סוג תרמופלסטי וסוג ערבוב; על פי תהליך התגובה הכימית, ניתן לחלק אותו לשיטה חד-שלבית ושיטה דו-שלבית; ניתן לחלק סוגי אלכוהול לסוג פוליאתר וסוג פוליאסטר.

1 חלק ניסיוני

1.1 חומרי גלם ומכשירים

Tetrahydrofuran homopolyether polyol (PTMG): Mn=1000 ו-Mn=2000, Japan Mitsubishi Chemical Corporation, מוצר תעשייתי; Polycaprolactone polyol (PCL): Mn=2000, Japan Daicel Chemical Industry Co., Ltd., מוצרים תעשייתיים; polybutylene adipate diol (PBA, Mn=1000, 2000), polyethylene adipate diol (PEA, Mn=2000): Yantai Huada Chemical Co., Ltd., מוצרים תעשייתיים; פוליקרבונט דיול (PCDL): Mn=2000, Asahi Kasei Chemical Co., Ltd., מוצר תעשייתי; 4, 4' – Diphenylmethane diisocyanate (MDI): Yantai Wanhua Polyurethane Co., Ltd., מוצר תעשייתי; 1, 4 - בוטנדיול (BDO): מפעל כימי בבייג'ינג, כיתה אנליטית; Dibutyltin dilaurate (T12): Tianjin Ruijinte Chemicals Co., Ltd., כיתה מגיב.

מכונת בדיקה אוניברסלית אלקטרונית: דגם CMT6104, Shenzhen Xinsansi Measurement Technology Co., Ltd.; מד אורך גומי: דגם LX-A, Yingkou Experimental Materials Factory.

1.2 סינתזה של PUE

1.2.1 הכנת פרהפולימר

לייבש את הפוליול אוליגומר תחת ואקום ב-100~110 מעלות למשך שעתיים, לקרר ל-50~55 מעלות לשימוש; יוצקים את ה-MDI המומס לבקבוק בעל שלוש צווארים, כאשר טמפרטורת ה-MDI יורדת ל-50~55 מעלות, הוסף את המדידה. 85 מעלות, קח דגימות כדי לנתח את חלק המסה של NCO, וסיים את התגובה כאשר ערך הניתוח קרוב לערך התכנון. ניתן להשיג את הפרהפולימר, אשר נאטם ומאחסן לשימוש מאוחר יותר.

1.2.2 הכנת אלסטומר

שוקלים כמות מתאימה של פרהפולימר, מוסיפים BDO ו-T12 בפרופורציה, מערבבים במהירות ובאופן אחיד, יוצקים לתבנית שטוחה שחוממת מראש ב-120 מעלות, ולוחצים ומרפאים 30 דקות כשהיא מגיעה לנקודת הג'ל. המאפיינים המכניים נבדקו לאחר אשפרה של 18 שעות בתנור בטמפרטורת החדר למשך 24 שעות.

1.3 שיטת בדיקה

תוכן מש"ק נקבע לפי HG/T2409-1992; קשיות Shore A נקבעת לפי GB/T531.1-2008; מתח מתיחה של 300 אחוז, התארכות בשבירה וחוזק מתיחה נקבעים לפי GB/T528-2009; חוזק הקריעה נקבע בהתאם לקביעת GB/T531.1-2008 GB/T529-2008.

2.1 ההשפעה של פוליאול אוליגומר על התכונות המכניות של PUE

לסוגים ומבנים מולקולריים שונים של פוליאול אוליגומר יש השפעה ישירה על התכונות המכניות של PUE. השתמש בפוליאתר פוליאול ופוליאול פוליאסטר עם אותה מסה מולקולרית יחסית (שניהם 2000), שמור את חלק המסה של המקטע הרך על 55 אחוז, סנתז פרה-פולימר עם MDI, מקדם הארכת שרשרת [n(OH) במערכת: n(NCO )] הוא 1, הפרה-פולימר מורחב שרשרת עם BDO, והתכונות המכניות של ה-PUE המוכן מוצגות בטבלה 1.

ניתן לראות מטבלה 1 שכאשר ה-w(NCO) של הפרהפולימר זהה, התכונות המכניות של ה-PUE שהקטע הרך שלו הוא PCL, PBA, PEA ו-PCDL טובות בדרך כלל מאלו שהקטע הרך שלו הוא PTMG. הסיבה לכך היא ש-PCL, PBAPEA ו-PCDL הם כולם פוליאולים פוליאסטרים עם קבוצות אסטר בפנים, בעוד ש-PTMG הוא פוליאת פוליאתר עם קבוצות אתרים בפנים, וקבוצות אסטר קוטביות יותר מקבוצות אתר, מה שהופך את הפנים של הפוליאוריתן לקל יותר שנוצרים קשרי מימן, והתכונות המכניות טובות יותר. בפוליאסטר PUE, מכיוון ש-PCDL מכיל קבוצת קרבונט, הקוטביות היא הגדולה ביותר, ול-PUE המתקבל יש את דרגת הגבישיות הגבוהה ביותר בקטע הרך, ולכן הקשיות וחוזק המתיחה שלו הם הגבוהים ביותר, וההתארכות בשבירה היא הנמוכה ביותר; התוכן של קבוצת אסטר ב-PCL הקשיות וחוזק המתיחה של Shore A הנמוכים ביותר, וההתארכות הגבוהה ביותר בשבירה; ל-PBA ול-PEA יש יותר קבוצות אסטר של PEA, אך מכיוון שמאריך השרשרת משתמש ב-BDO, מספר אטומי הפחמן בין שתי קבוצות ההידרוקסיל הוא 4, ול-PEA יש 2 אטומי פחמן פחות מ-PBA. המבנה של PBA ו-BDO דומה יותר, הפוליאוריטן שנוצר רגיל יותר והגבישיות חזקה יותר. לכן, הביצועים של PUE המסונתז על ידי PBA כקטע רך טובים יותר מאלו של PEA.

2.2 השפעת המשקל המולקולרי היחסי של פוליול אוליגומר על תכונות מכניות של PUE

אותו סוג של פוליאול אוליגומר עם משקלים מולקולריים יחסיים שונים משמשים לסינתזה של פוליאוריטן, מכיוון שגודל המקטע הרך שונה, וההשפעה על התכונות המכניות של PUE גם היא שונה. השתמש בפוליאתר פוליאול ופוליאול פוליאסטר עם משקלים מולקולריים יחסיים שונים, שמור על אותו w(NCO), סנתז פרפולימר עם MDI, השתמש ב-BDO כמאריך שרשרת, ומקדם הארכת השרשרת הוא 1. התכונות המכניות של האלסטומר המוכן מוצגות בטבלה 2.

כפי שניתן לראות מטבלה 2, בין אם זה פוליאסטר PUE המסונתז על ידי PBA או פוליאתר PUE המסונתז על ידי PTMG, כאשר ה-w(NCO) של הפרהפולימר זהה, עם עליית המשקל המולקולרי היחסי של הפוליול האוליגומר, PUE יופחת. הקשיות, מתח מתיחה של 300 אחוז, חוזק המתיחה וחוזק הקריעה ירדו, בעוד שההתארכות בשבירה גדלה. כאשר המסה המולקולרית היחסית של הפוליול אוליגומר גדלה, הקוטביות של ה-PUE המוכן יורדת, דבר שאינו תורם ליצירת קשרי מימן, מידת ההפרדה המיקרופאזית בין המקטעים הרכים והקשים נחלשת, והקשיות הקשורה, מודולוס וכוח מצטמצם; המסה המולקולרית היחסית של פוליאולים אוליגומרים גדלה, מה שמחליש את האינטראקציה בין קשרי מימן, מפחיתה את נטיית ההתגבשות של מקטעים רכים, שומרת על האלסטיות הגבוהה של PUE ומגבירה את ההתארכות בשבירה.

2.3 השפעת תכולת ה-NCO על התכונות המכניות של אלסטומרים פוליאוריטן

תכולת NCO שונה של פרהפולימר תוביל לתכולה שונה של קטע רך של PUE סינתטי, ובכך תשפיע על התכונות המכניות של האלסטומר. ראשית, נעשה שימוש בפוליאתר פוליאול ופוליאול פוליאסטר מאותה מסה מולקולרית יחסית כדי לסנתז פרה-פולימרים עם ערכי NCO שונים עם MDI. התכונות הפיזיקליות והמכניות מוצגות בטבלה 3.

ניתן לראות מטבלה 3 שבין אם זה פוליאסטר PUE מסונתז על ידי PBA או פוליאתר PUE מסונתז על ידי PTMG, עם עליית הפרהפולימר w (NCO), הקשיות, מתח מתיחה של 300 אחוז, חוזק מתיחה וחוזק קריעה של עליית PUE. חוזק השבירה עולה, בעוד שההתארכות בשבירה פוחתת. הסיבה לכך היא שככל שה-w(NCO) בפרהפולימר גבוה יותר, תכולת הפוליאיזוציאנט גבוהה יותר, ובמקביל תגדל כמות מאריך השרשרת, מה שיגדיל את תכולת המקטע הקשה של PUE ותגביר את הקשיות; w(NCO) בפרהפולימר יגדל. ), קבוצות האורטן גדלות, הקוטביות של הפוליאוריתן נעשית גדולה יותר, ומידת ההפרדה של המיקרופאז עולה כדי להגדיל את המודולוס והחוזק; העלייה של w(NCO) מקלה על יצירת קשרי מימן בתוך הפוליאוריתן, והאינטראקציה של קשרי המימן גוברת. גדול, אז ההתארכות פוחתת.

2.4 השפעת מקדם הארכת שרשרת על תכונות מכניות של PUE

אם מקדם הארכת השרשרת שונה, כמות מאריך השרשרת בשימוש תהיה שונה, מה שיוביל לתוכן שונה של מקטע ה-PUE הרך הסינטטי, ובכך ישפיע על התכונות המכניות של PUE. שימוש בפוליאתר פוליאול ופוליאול פוליאסטר מאותה מסה מולקולרית יחסית, שמירה על אותו w(NCO), סינתזה של קדם-פולימר עם MDI, לאחר מכן שינוי מקדם הארכת השרשרת, ושימוש ב-BDO להארכת השרשרת של הפרה-פולימר, מכניקת ה-PUE המוכנה. הביצועים מוצגים בטבלה 4.

ניתן לראות מטבלה 4 שבין אם זה פוליאסטר PUE מסונתז על ידי PBA או פוליאתר PUE מסונתז על ידי PTMG, כאשר ה-w(NCO) של הפרהפולימר זהה, עם עליית מקדם הארכת השרשרת, הקשיות של PUE, 300 אחוזים מתח המתיחה, ההתארכות בשבירה, חוזק המתיחה וחוזק הקריעה עלו תחילה ואחר כך ירדו, והתכונות המכניות היו הטובות ביותר כאשר מקדם הארכת השרשרת היה 1.00. הסיבה לכך היא שכאשר מקדם הארכת השרשרת הוא 1.00, האלסטומר הפוליאוריתן נוטה ליצור מולקולה ארוכת שרשרת עם דרגת הלינאריות הגבוהה ביותר, ול-PUE יש את התכונות המכניות הטובות ביותר בשלב זה. כאשר מקדם הארכת השרשרת נמוך מ-1.00, עקב כמות לא מספקת של מאריך שרשרת, לא ניתן ליצור שרשראות ארוכות מקרומולקולריות, וביצועי הפוליאוריתן נמוכים; כאשר מקדם הארכת השרשרת גדול מ-1.00, עקב גורם מופרז של הארכת שרשרת, הוא יכול לעמוד בדרישות הארכת השרשרת. יש שאריות, ושאריות אלו פועלות כחומרי פלסטיק לפגיעה בתכונות המכניות של ה-PUE.

סיכום

① כאשר הקדם-פולימר w (NCO) זהה: המאפיינים המכניים של PUE שהקטע הרך שלו הוא PCL, PBA, PEA ו-PCDL טובים יותר בדרך כלל מאלו שהקטע הרך שלהם הוא PTMG; קשיות, מתח מתיחה של 300 אחוזים, חוזק מתיחה וחוזק קריעה ירדו, בעוד שההתארכות בשבירה גדלה; עם עליית מקדם הארכת השרשרת, הקשיות, מתח מתיחה של 300 אחוז, התארכות בשבירה, חוזק מתיחה של PUE החוזק וחוזק הקריעה הראו מגמה של עלייה תחילה ולאחר מכן ירידה, וכאשר מקדם הארכת השרשרת היה 1.00, המכני הנכסים היו הטובים ביותר.

② עם העלייה של הקדם-פולימר w(NCO), עלו הקשיות, מתח המתיחה של 300 אחוז, חוזק המתיחה וחוזק הקריעה של PUE, בעוד שההתארכות בשבירה ירדה.