摘 要

本实验主要采用PTMEG-2000(聚四氢呋喃多元醇，分子量2000左右)，MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯，分子量250左右），BDO（1,4丁二醇，分子量90.12左右），炭黑等原料合成一种具有改进性能的聚氨酯弹性体。通过加入炭黑，比较不同含量的炭黑对聚氨酯弹性体的影响。测试后，结果表明，随着硬段含量的不断增加，实验所制得的聚氨酯弹性体的拉伸强度和硬度不断增加。但是断裂伸长率却随之减小。当加入炭黑后，在相同的硬段含量下，制得的聚氨酯弹性体的力学性能相比于之前的略有提高。

关键词：一步法 聚氨酯 弹性体 炭黑

Preparation of Polyurethane Elastomers by One Step Method

Abstract

In this experiment, PTMEG-2000 (polytetrahydrofuran polyol, molecular weight 2000), MDI (diphenylmethane diisocyanate, molecular weight 250), BDO (1,4-butanediol, molecular weight 90.12), carbon black and other raw materials Synthesis of a polyurethane elastomer with improved properties.The effect of different amounts of carbon black on the polyurethane elastomer was compared by adding carbon black.After the test, the results show that,with the increase of the hard content, the tensile strength and hardness of the polyurethane elastomer produced by the experiment showed an increasing trend.But the elongation at break is reduced.When the carbon black is added, the mechanical properties of the prepared polyurethane elastomer are slightly improved at the same hard content.

Key word: One step method Polyurethane Elastomer Carbon black

目录

摘要 I

Abstract II

目录 I

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 聚氨酯弹性体 1

1.2.1 聚氨酯弹性体的定义 1

1.2.2 聚氨酯弹性体的原料 1

1.2.3 聚氨酯弹性体的特点 1

1.3聚氨酯弹性体的制备方法 2

1.4 聚氨酯弹性体的历史进程 3

1.5复合材料 4

1.6 本实验研究内容和意义 6

第二章 实验部分 7

2.1 实验内容 7

2.1.1 实验原料 7

2.1.2 实验仪器 7

2.2 实验原理 8

2.3 实验操作 9

2.3.1 实验操作 9

2.3.2 冲样 9

2.4 表征测试 9

2.4.1 红外光谱测试及分析 9

2.4.2 硬度的测定 10

2.4.3 力学性能测试 10

2.4.4 接触角测试 10

第三章 结果与讨论 11

3.1红外光谱分析 11

3.2 力学性能测试 12

3.3 接触角测试结果分析 13

3.4硬度测试结果 14

第四章 结论 15

参考文献 16

致谢 18

第一章 绪论

1.1 引言

聚氨酯弹性体是一种性质介于橡胶和塑料之间的聚合物。它由多元醇和异氰酸酯和扩链剂聚合而成。软段就是多元醇。硬段是异氰酸酯和扩链剂^［1］。目前为止，我们研究出来的生产聚氨酯的方法比较多。在合成和加工工艺不断改进和发展的现在，研发出来的RIM和水性聚氨酯喷涂等新的加工技术已经彻底实现了面向所有工业生产的发展目标^[2]。PUE的方向研究和性能开发，使橡胶和塑料加工的设计和工艺的差别越来越小。与此同时，橡胶和塑料、涂料在很多方面相互交叉，在很多改性方面都相互影响。这使得橡胶与塑料的发展慢慢紧密地结合^[3]。

1.2 聚氨酯弹性体

1.2.1 聚氨酯弹性体的定义

聚氨酯弹性体是一种性质介于橡胶和塑料之间的聚合物。它由多元醇和异氰酸酯和扩链剂聚合而成^[4]。

1.2.2 聚氨酯弹性体的原料

聚氨酯弹性体的主要原料为PTMEG-2000，MDI-50，BDO等。低聚物多元醇主要为聚醚和聚酯。多异氰酸酯种类很多，但是在工业和生活中最常用的只有（MDI），（PAPI）和（TDI）^[5]。

1.2.3 聚氨酯弹性体的特点

聚氨酯弹性体具有优势明显的耐磨性，硬度范围大。同时还具有高强度的回弹力和高的伸长率。除此之外，负载大，减震效果也较好。耐油性较强，耐臭氧，耐射线也相对优异^[6]。

1.2.4 聚氨酯弹性体的应用

聚氨酯弹性体在80年代初期主要为军用。后来慢慢转为军民两用，并以民用为主。聚氨酯弹性体的品种越来越多,生产规模也是越来越大。然后，逐渐在民生经济和人们的衣、食、住、行各方面发挥越来越重要的作用^[7]。
聚氨酯弹性体具有软、硬两个性能差异较大的链段。可以对它进行分子结构和组成的设计。这样就能够使弹性体获得高强度的回弹性、耐油性、使用寿命长等各种优势尽显的性能。分子设计后，它就有橡胶的高强度回弹性和塑料的刚性^[8]。
聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料之间的一种材料。所以，它既可以部分使用各种橡胶的生产工艺和设备，也可以使用塑料的生产工艺和设备。配合设计好的方案，都能够使用^[9]。用模压或注射工艺制备的弹性体,在某些规定的硬度范围内,还可以进行切割、修磨等加工方式。加工的方式有各种各样,这样就使聚氨酯弹性体有比较大的使用价值。与此同时，由于弹性体的利用率越来越高，人们对它的了解越来越多，它的应用领域在不断扩大中^[10]。

1.3聚氨酯弹性体的制备方法

PUE的合成是以化学反应为根本的，主要为一步法和两步法^[11]。一步法就是将按配方称量好的所有原料一次性混合搅拌反应生成聚氨酯制品。两步法是先将多元醇和异氰酸酯按配方称量后加热搅拌一段时间使其均匀混合后，生成粘稠度比较低的预聚物^[12]。再加入配方算好的扩链剂脱泡固化最终形成聚氨酯制品。

PUE按照制品的合成工艺类型可划分为CPU、TPU和MPU三种^[13]。CPU在加工成型前呈现粘稠状，被称为“液体橡胶”，是使用范围最大的方法。一步法、两步法在制作弹性体时可以用CPU。利用CPU合成的弹性体，可在常温下固化成型；可以用手工浇注成型。但是，在发展的今天，工业化的弹性体生产基本上是用浇注机连续浇注。热塑型聚氨酯弹性体制品正常情况下很少需要进行硫化交联，可以最大限度减少其生产周期及成本^[14]。因此浇注成型这一方法为大型的聚氨酯弹性体的工业化生产提供了很多有利的方面。TPU和MPU在制品加工前的常温状态下都是固体，可相对称之为“固体橡胶”^[15]。TPU常用一步法生产，就是将原料一次性均匀混合进入反应器，待其反应。然后切粒、干燥，继续进行连续化生产。MPU可用间歇法、连续法并使用普通的橡胶加工机器产出聚氨酯样品^[16]。

1.4 聚氨酯弹性体的历史进程

聚氨酯的发展已经有几十年之久，但我们对它的各种性能还在研究当中。自从上世纪四十年代初期，德国人首先制得聚氨酯后，人们就开始了对多异氰酸酯和低聚物多元醇进行各种研究^[17]。德国人首先发现了胶黏剂，后来又制得了浇注胶和混炼胶^[18]。随着世界的发展，全球各地区的科技与文化也在大融合中。然后，聚氨酯在欧美和日本也相继出现。而且，由于人们对于聚氨酯的研究日益深入，聚氨酯系列的产品种类也越来越多。同一时期，市面上出现了聚氨酯涂料、泡沫、塑料。六十年代以后，聚氨酯产品的生产逐渐走向工业化^[19]。短短的二十年的时间，聚氨酯就从一种新型的材料一跃成为材料中不可或缺的一个重要组成。七十年代以后，聚氨酯产品已经成为了一个体系，产品的种类和加工方法已经形成了系列，技术已经趋于成熟。反应注射成型工艺也是在此时期开发出来的^[20]。