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矿用聚氨酯减震套的制备及力学性能

文章来源:2016聚氨酯年会 添加时间:2019-03-01
侯 芳  刘涛  曹德健  纪丹凤
(方大锦化化工科技股份有限公司   辽宁葫芦岛 125001)
摘 要:制备一种矿用聚氨酯减震套,通过用正交实验法考察了 NCO 的质量分数、两官能度和三官能度聚醚不同质量比及填料不同添加量等因素对矿用聚氨酯减震套力学性能的影响。
关键词:聚氨酯;减震套;弹性体
聚氨酯弹性体是一种高分子材料,聚氨酯弹性体具较强的内聚能,有耐油、耐磨等优异的性能,比天然橡胶抗磨性高2 ~ 10倍,且硬度可调范围宽,具有较高的机械强度和撕裂强度,具有优异的减震缓冲性能等优点,因此,聚氨酯弹性体被广泛应用于建筑、矿山、汽车零部件等各个领域,对于聚氨酯的研究也越来越广泛 [1]。本实验考察了预聚体异氰酸酯(NCO)含量、三官能度聚醚与两官能度聚醚质量之比以及填料不同添加量等因素对聚氨酯减震套的拉伸强度、撕裂强度、磨耗和硬度的影响。
1   实验部分
1.1  实验原料
聚醚 2020( f = 2,羟值 56 mgKOH/g)、聚醚 3030( f = 3,羟值 56 mgKOH/g),方大锦化化工科技股份有限公司;甲苯二异氰酸酯( TDI),北方锦化聚氨酯公司;3,3′- 二氯 -4,4′- 二氨基二苯基甲烷(MOCA),工业级,苏州湘园特种精细化工有限公司;石英砂,朝阳市力天矿产有限公司;锡类复合催化剂,自制。以上原料均为工业级。
1.2  设备与仪器
模具:阿克隆磨耗机专用模具,力学测试模具。1000 mL 三口烧瓶,500 mL 三口烧瓶;真空泵;电动搅拌装置及其他常规仪器。
1.3  制备
1.3.1  预聚体制备
将称量好的聚醚于 120 ℃真空脱水,在 40 ~ 60 ℃,加入计量好的 TDI,在 75 ~ 85 ℃预聚反应 60~120 min 后用二正丁胺法测 NCO 的含量,直到达到理论值,再抽真空至无气泡为止,得到含有 NCO 基的预聚体。
1.3.2  扩链剂的制备
将计量好的 MOCA 在 100 ~ 120 ℃熔化,将填料、催化剂与熔化的 MOCA 混合,制得扩链剂组分。
1.3.3  聚氨酯减震套的制备
将预聚体组分与扩链剂组分按比例混合均匀,快速注入 40 ~ 50 ℃的聚氨酯减震套专用模具及阿克隆磨耗机专用模具和力学试样专用模具中,在 100 ℃环境中硫化 60 min 出模,脱模后试样放置 7 周后测试。
1.4  正交试验的设计
采用L 9(3 3)进行正交实验设计,具体见表 1,其中 NCO 的质量分数确定在 4% ~ 8%;2020 ︰ 3030 质量 比在 1 ~ 2。填料石英砂占总预聚体 0 ~ 5%。

1.5  分析与测试
硬度测试采用 LX-D 型橡塑常规硬度仪,测试标准 GB 531—92;拉伸强度和撕裂强度测试在吉林省华洋仪器设备有限公司生产的微机控制电子万能拉力机上进行,测试标准分别为 GB/T 528—2009 和 GB/T 529—2008。
2   结果与讨论
2.1  试验结果
按L 9(3 3)正交试验考察了因素 A、B、C 对聚氨酯减震套的拉伸强度、撕裂强度、磨耗及硬度的影响,结果 见表 2。

经计算拉伸强度的结果见表 3,撕裂强度的结果见表 4,磨耗的结果见表 5,硬度的结果见表 6。 T A1、 T A2、 T A3是 R分别为4、6、8 时的平均值; T B1、 T B2、T B3是 B(2020:3030)分别为1、3/2、2 时的平均值; T C1、 T C1、 T C1是 C(石英砂 %)分别为 0、3、5 时的平均值;极差是 T A、 T B、 T C中最大值与最小值之差。

由计算结果可知,影响聚氨酯减震套拉伸强度的因素按主次排序为 C > B > A,所得最佳试样是 A 2B 3C 1,影响聚氨酯减震套撕裂强度的因素按主次排序为 C > A > B,所得最佳试样是 A 1B 1C 2。影响聚氨酯减震套磨耗因素按主次排序为 A > C > B,所得最佳试样是 A1B1C2,影响聚氨酯减震套硬度的因素按主次排序为 A > C > B,所得最佳试样是 A 3B 1C 3
2.2  影响因素分析
由表3可知,拉伸强度随NCO值的增加而增加, TDI中有苯环结构,使制品的拉伸强度提高,而NCO的增加,即苯环数量增加,使制品中硬段比例增大,拉伸强度增大。随着聚醚3030 的增加,官能度增加,聚氨酯减震套制品中的交联点数增加,形成的网络交联使制品具有更多的网状结构,故拉伸强度增大 [2]。随着石英砂量的增加,拉伸强度减小,石英砂作为填料加入制品中,使制品中的氢键力减弱,拉伸强度下降 [4]。
由表 4 可知,随 NCO 值的上升,撕裂强度增加,因为随着 NCO含量的增大,硬段比例增加,形成更多硬段,硬段间的有序排列使撕裂强度增加。随着聚醚 3030 的增加,撕裂强度先增加后变化不大,聚醚 3030 是三官能度聚醚,其提供更多交联点,交联点增加,网状结构增加 [3],制品的撕裂强度增加,当聚醚 3030 持续增加,交点达到一定水平,制品的撕裂强度不在增加。随着填料量的增加,撕裂强度一直减小,填料增加,填料分散在制品中减弱氢键力,撕裂强度下降。
由表5 可知,随着 NCO 值的增加,磨耗量逐渐提高,因为 NCO 增大,硬段比例增大,柔性链段减少,磨耗量增大。随着聚醚 2020/3030 比例增加,磨耗量先增加后变化不大,说明聚醚官能度的变化对磨耗影响不大。随着填料量的增加,磨耗量先减小后增大,石英砂的加入使制品中应力分散 [5],使磨耗量减少,过多石英砂的加入,在制品中分散不均,使制品的力学性能下降,磨耗量增加。
由表6可知,随着NCO值的增加,硬度逐渐提高,因为NCO增大,提供更多的刚性集团,故硬度随之增加。随着聚醚 2020/3030 比例变化,硬度无太大变化,说明聚醚官能度比例的变化对硬度影响不大。随着填料量的增加,硬度逐渐增加。
3   结论
由实验结果可知,随着 NCO 值得增大,聚氨酯减震套的拉伸强度和撕裂强度及硬度增加,当 NCO 质量分数为 8%,聚氨酯减震套的拉伸强度和撕裂强度及硬度较好,当 NCO 质量分数为 6% 时,磨耗量值较佳。随着填料量的增加,拉伸强度和撕裂强度均减小,硬度增大,磨耗量先减小后增大,当填料质量分数为 3% 时磨耗量最小。
参  考  文  献
[1]    李绍雄,刘益军.聚氨酯树脂及其应用 [M].北京:化学工业出版社,2002:233-276.
[2]    傅明源,孙酣经.聚氨酯弹性体及其应用 [M].北京 : 化学工业出版社,1994:1.
[3]    于清溪.橡胶原材料手册 [M].北京 : 化学工业出版社,1996:432.
[4]    薛艺,刘亚青,张志毅,等. PTMG/ TDI型聚氨酯弹性体的制备及力学性能研究 [J].聚氨酯工业,2013,28(1):29-32.
[5]    李万捷,牛浩,刘志培,等.聚氨酯弹性体耐磨性能影响因素探讨 [J].中国聚氨酯工业协第十七次会年论文集,2014.
Preparation of Mine Polyurethane Damping Sleeve  and Mechanical Properties
HOU Fang,LIU Tao,CAO Dejian,JI Danfeng
( Fanda Jinhua Chemical Technology Co.Ltd,Huludao,Liaoning 125001,China )
Abstract:The influence of NCO content,two faculties and three functionality  polyether of different mass ratio,different filler content on the mechanical properties of the polyurethane damping sleeve was investigated with orthogonal experiment.
Kewords:polyurethane;damping sleeve;elastomer
作者简介:侯芳  女,1981 年出生,化工工程师,方大锦化化工科技股份有限公司研发中心从事聚氨酯应用开发工作。

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