12条聚氨酯弹性体主要性能总结,很全面!
专栏:行业新闻
发布日期:2023-02-20
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作者:admin
1.1硬度
普通橡胶的硬度范围为邵A20至邵A90,塑料的硬度范围约为邵A95至邵D100,而聚氨酯弹性体的硬度范围低至邵A10,高至邵D80,并且不需要填料的帮助。尤其可贵的是弹性体在塑料硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率,而普通橡胶只有靠添加大量填料,并以大幅度降低弹性和延伸率作为代价才能获得较高的硬度。据报道,当硬度高于75D时,其弹性将严重损失,当硬度高于85D时,就不成弹性材料了。

1.2机械强度
聚氨酯弹性体的机械强度高,表现在杨氏模量、撕裂强度和承载力等方面。
1.2.1  杨氏模量和拉伸强度在弹性限度内,拉伸应力与形变之比叫做杨氏模量(E)或者成为弹性模量。
聚氨酯弹性体和其他弹性体一样,只有在低伸长时(约2.5%)才遵循胡克定理。但是它的杨氏模量要比其他弹性体高得多。而且聚氨酯弹性体的杨氏模量范围遍及橡胶和塑料,范围之宽,其他材料无可比拟。

1.2.2 撕裂强度
聚氨酯弹性体的撕裂强度很高,尤其是聚酯型,约为天然橡胶的2倍以上。

1.2.3 承载能力
虽然在低硬度下聚氨酯弹性体的压缩强度也不高,但是聚氨酯弹性体可以在保持橡胶弹性的前提下提高硬度,从而达到很高的承载能力。而其他橡胶的硬度受到很大的局限,所以承载能力无法大幅度的提高。

1.3耐磨性能
聚氨酯弹性体的耐磨性能非常突出,测试结果一般在0.03~0.20mm3/m范围内,约为天然橡胶的3~5倍。实际使用中,由于润滑剂等因素的影响,其效果往往更好。耐磨性与材料的撕裂强度和表面状况等关系很大。聚氨酯弹性体的撕裂强度比其他橡胶高得多,但是他本身的摩擦系数并不低,一般在0.5以上,这就需要在实际使用中注意添加油类润滑剂,或加少量二硫化钼或石墨、硅油、四氟乙烯粉等,以降低摩擦系数,减少摩擦生热。此外,摩擦系数还与材料硬度和表面温度等因素有关。在所有情况下,摩擦系数都随硬度的降低而提高,随表面温度的升高而上升。约60℃达到最大值。

1.4耐油和耐药品性能
聚氨酯弹性体,特别是聚酯型聚氨酯弹性体,是一种强极性高分子材料。和非极性矿物油的亲和性小,在燃料油(如煤油、汽油)和机械油(如液压油、机油、润滑油等)中几乎不受侵蚀,比通用橡胶好的多,可以与丁腈橡胶媲美。但是,在醇、酯、酮类及芳烃中溶胀较大,高温下逐渐破坏。在卤代烃中溶胀显著,有时还发生降解。聚氨酯弹性体浸在无机物溶液中,如果没有催化剂的作用,和浸在水中相似。在弱酸、弱碱溶液中降解比在水中快, 强酸强碱对聚氨酯的浸蚀作用更大。
聚氨酯弹性体在油中的使用温度为110℃以下,比空气中的使用温度高。但是,在多工程应用中,油总是被水污染的。试验表明,只要油中含有0.02%的水,水几乎可全部转移到弹性体中,这时,使用效果就会发生显著差异。

1.5耐水性能
聚氨酯弹性体在常温下的耐水性能是好的,一二年内不会发生明显水解作用,尤其是 聚丁二烯型、聚醚型和聚碳酸酯型。通过强化耐水试验,用外推法得出,在25℃的常温水中,拉伸强度损失一半所需要的时间,聚酯型弹性体(聚己二酸乙二醇丙二醇酯-TDI-MOCA)为10年,聚醚型弹性体(PTMG-TDI-MOCA)为50年,即聚醚型为聚酯型的5倍。

1.6耐热和耐氧化性能
聚氨酯弹性体在惰性气体(如氮气)中的耐热性能尚好,常温下耐氧和耐臭氧性能也很好,尤其是聚酯型。但是高温和氧的同时作用就会加快聚氨酯的老化进程。一般的聚氨酯弹性体在空气中长时间连续使用的温度上限是80-90℃,短时间使用可达到120℃,对热氧化变现出现显著影响的温度约为130℃。按品种来说,聚酯型的耐热氧化性能比聚醚型的好。在聚酯型中,聚己二酸己二醇酯型的好于一般聚酯型。在聚醚型中,PTMG又好于PPG型,并且均随弹性体硬度提高而改善。此外一般的聚氨酯弹性体在高温环境下强度下降显著。

1.7低温性能
聚氨酯弹性体有良好的低温性能,主要表现在脆性温度一般都很低(-50~-70℃),有的配方(如PCL-TDI-MOCA)甚至更低的温度也不脆化。同时小数品种(如PTMG-TDI-MOCA)的低温弹性也很好。-45℃的压缩耐寒系数可达到0.2-0.5的水平,但是多数品种,特别是一些大宗品种,如一般的聚酯型弹性体,低温结晶倾向比较大,低温弹性不好,作为密封件使用,在-20℃一下容易初相漏油的现象。
随着温度的下降,聚氨酯弹性体的硬度、拉伸强度、撕裂强度和扭转刚性显著增大,回弹和伸长率下降。

1.8吸振性能
聚氨酯弹性体对交变应力的作用表现出明显的滞后现象。在这一过程中外力作用的一部分能量消耗于弹性体的分子的内摩擦,转变成为热能。这种特性叫做材料的吸振性能,也称为能量吸收性能或阻尼性能。吸振性能通常用衰减系数表示。衰减系数表示发生形变的材料能吸收施加给它的能量的百分数。它除了与材料的性质有关外,还与环境温度、振动频率有关。温度越高,衰减系数越低,振动频率越高,吸收能量越大。当频率与大分子的松弛时间相近时,吸收的能量最大。室温下的聚氨酯弹性体可吸收振动能量的10%-20%,比丁腈橡胶还好。适于在形变幅度小时吸收大的冲击力,而在形变幅度大的吸收小的冲击力。
此外,滞后现象产生内生热,使弹性体温度升高。由于弹性体温度上升,其回弹性提高,减震性能下降,所以,在设计减振件时一定要考虑诸性能的平衡。

1.9电性能
聚氨酯弹性体的电绝缘性能在一般工作温度下是比较好的,大体相当于氯丁橡胶和酚醛树脂的水平。由于它既可以浇注成型,又可热塑成型,故常用作电器元件灌封和电缆护套等材料。聚氨酯弹性体由于其分子极性比较大,对水有亲和性,所以其电性能随环境温度变化比较大,同时也不适用于高频电器材料使用。此外,聚氨酯弹性体的电性能随温度的上升而下降,随材料的硬度上升而提高。

1.10耐辐射性能
在合成高分子材料中,聚氨酯弹性体的耐高能射线的性能是很好的。在105-106Gy辐射剂量下仍具有满意的使用性能。但是对于浅色或者透明的弹性体在射线的作用下会出现变色现象,与在热空气或大气老化试验时观察到的现象相似。

1.11耐霉菌性能
 聚醚型聚氨酯的耐霉菌性能还好,测试等级为0-1级,即基本不长霉菌。但聚酯型聚氨酯不耐霉菌,测试结果为严重长霉,不适于热带、亚热带野外使用和在湿热的条件下存放。在野外和湿热环境中使用的聚酯型聚氨酯弹性体,在配方中都要添加防霉剂(如八羟基喹啉铜、BCM等,一般用量在0.1%-0.5%)一改善其耐霉菌性能。

1.12生物医学性
聚氨酯材料具有极好的生物相容性,急慢性毒理试验和动物试验证实,医用聚氨酯材料无毒,无至畸变作用,无过敏反应,无局部激性,无知热源性,是最具有价值的合成医用高分子材料之一。
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