聚氨酯彈性體產(chǎn)品與成型加工方法的匹配關(guān)系

徐艷,童彬,胡先海,程從亮

(1.合肥精創(chuàng)科技有限公司，安徽合肥230000;2.安徽建筑大學(xué)，安徽合肥230601)

二異氰酸酯和活潑氫化合物的聚合反應(yīng)形成的聚氨酯彈性體，由二異氰酸酯和二元胺擴(kuò)鏈劑構(gòu)成的含有脲基的剛性鏈段，玻璃化溫度遠(yuǎn)高于室溫，在常溫下呈玻璃態(tài)、次晶或微晶，構(gòu)成塑料相；由聚醚或聚酯的柔性鏈段聚集在一起，構(gòu)成聚氨酯橡膠的基質(zhì)或基體，由于其玻璃化溫度低于室溫，稱之為橡膠相。聚氨酯彈性體微相分離使聚氨酯彈性體具有耐磨性好、硬度范圍寬、高強力和高伸長率、負(fù)載支撐容量大、減震效果好和耐油性能優(yōu)異等優(yōu)點。選擇適合的成型加工方法可以最大程度地發(fā)揮聚氨酯彈性體性能，制備出各種性能優(yōu)異的聚氨酯彈性體，廣泛用作塑料、橡膠、纖維、粘合劑和涂料等，甚至用作功能高分子材料如醫(yī)用聚氨酯材料等[1]。

本文總結(jié)聚氨酯彈性體成型加工方法，演繹其派生種類成型加工方法的內(nèi)在聯(lián)系。

1 聚氨酯彈性體選擇成型加工方法的基本原則

1.1 選擇成型加工方法的一般原則

（1）成型加工通常是使固體狀態(tài)（粉狀或粒狀）、糊狀或溶液狀態(tài)的高分子化合物熔融或變形，經(jīng)過模具形成所需的形狀，并保持其已經(jīng)取得的形狀，最終得到制品的工藝過程。

（2）常見的成型加工流程：①高分子化合物混合料經(jīng)一次成型、二次成型并生產(chǎn)制品的方法；②高分子化合物一次成型生產(chǎn)制品的方法；③由單體混合料一步生產(chǎn)制品的方法；④低聚物混合料一步法生產(chǎn)制品的方法。

（3）加工性能及其影響因素：①可擠壓性，在擠出機(jī)、注射機(jī)的機(jī)筒、壓延機(jī)的輥筒間及模具中，材料受擠壓作用變形時，獲取和保持形狀的能力。其制約因素：熔體黏度、加工設(shè)備結(jié)構(gòu)、熔體流變性和熔體流動速度。②可模塑性，在注射機(jī)、擠出機(jī)、模壓機(jī)作用下模塑成型過程，材料在溫度和壓力作用下，產(chǎn)生形變和在模具中模制成型的能力。其制約因素：流變性、熱性能及其他物理機(jī)械性能和高分子化合物的化學(xué)反應(yīng)性。③可延展性，在壓延或拉伸成型中，材料在一個或兩個方向上受到壓延或拉伸的形變能力。其制約因素：材料的塑性能力和應(yīng)變硬化作用。④可紡性，在擠出成型時的噴頭，材料通過成型而形成連續(xù)固態(tài)纖維的能力。其制約因素：流變性、熔體黏度和強度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性[2-5]。

1.2 聚氨酯彈性體選擇成型加工方法的一般原則

聚氨酯彈性體成型加工體系，分為液體體系和固體體系。在二異氰酸酯和活潑氫化合物的快速聚合反應(yīng)基礎(chǔ)上，成型加工方法有利于聚氨酯彈性體微相分離。液體體系，聚氨酯澆注膠可以用澆注成型加工（手工澆注、離心澆注和真空澆注）、反應(yīng)注射成型、噴涂、刮涂、輥涂、貼合、層壓、黏合、硫化、貼膠和擦膠；固體體系，聚氨酯混煉膠可以用模具硫化和層壓，聚氨酯熱塑膠可以用熱塑、熱注、壓延、吹塑、紡絲和層壓等[1-2]。

1.3 基本種類與成型加工方法的匹配原則

聚氨酯彈性體就其模量而言是介于塑料和橡膠中間的一種高聚物，主要包括聚氨酯混煉膠、聚氨酯澆注膠、聚氨酯水乳膠和聚氨酯熱塑膠。聚氨酯皮革、聚氨酯膠黏劑、聚氨酯涂料、聚氨酯混煉膠、聚氨酯澆注膠、聚氨酯纖維、聚氨酯水乳膠和聚氨酯熱塑膠都是由上述四種膠種派生出來的。聚氨酯混煉膠、聚氨酯水乳膠和聚氨酯熱塑膠，其成型加工方法一般歸屬于橡膠、涂料和塑料等的成型加工方法[1]。

1.4 聚氨酯彈性體用途和生產(chǎn)連續(xù)性與成型加工方法的匹配原則

聚氨酯彈性體成型加工方法與聚氨酯彈性體用途匹配關(guān)聯(lián)，兼顧生產(chǎn)連續(xù)性，如聚氨酯皮革成型加工方法通常用聚氨酯澆注膠黏合層或發(fā)泡層，聚氨酯水乳膠和聚氨酯熱塑膠作面層；也可用聚氨酯熱塑膠和聚氨酯水乳膠單獨作革，其都是以基本膠種成型加工方法為基礎(chǔ)，輔以發(fā)泡成型加工而成，通常選擇壓延成型加工方法。聚氨酯鋪裝材料由聚氨酯澆注膠攤鋪而成，主要出于產(chǎn)品形體大和精密度要求不高考慮。醫(yī)用聚氨酯材料的化學(xué)穩(wěn)定性、組織相容性好，耐生物老化，因此成型加工用浸涂、澆注和涂覆方法等[1-3，6-8]。

2 聚氨酯彈性體基本種類的成型加工方法

2.1 聚氨酯混煉膠的成型加工方法

聚氨酯混煉膠，作為橡膠，彈性高，分子量大且要交聯(lián)，因此成型加工工藝為配合、生膠塑煉、膠料混煉、成型和硫化。聚氨酯彈性體成型可以通過壓制成型、擠出成型、注射成型和壓延成型。成型加工通常在低溫進(jìn)行，有利于形態(tài)學(xué)微相分離。過氧化二異丙苯、叔丁基異丙苯等過氧化物的硫化體系，可以延長時間，低溫下進(jìn)行，使聚氨酯混煉膠永久變形小，壓縮變形小，耐熱性能提高。當(dāng)然選擇注射成型可以提高產(chǎn)品尺寸精度，選擇擠出成型可以提高生產(chǎn)連續(xù)性[1-3，9-11]。

2.2 聚氨酯澆注膠成型加工方法

聚氨酯澆注膠可用作復(fù)雜的制品進(jìn)行澆注和灌注成型，方法簡單，只要將液體注入模具中，經(jīng)加熱即可固化成形狀復(fù)雜的制品。聚氨酯澆注膠一步法合成是將聚合物二元醇、二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑放在一起，經(jīng)充分混合后澆入模具中加熱固化，待尺寸穩(wěn)定后進(jìn)行后硫化。預(yù)聚法合成聚氨酯澆注膠，由預(yù)聚體和擴(kuò)鏈劑放在一起充分混合，經(jīng)真空脫泡后注入模具升溫固化，再后硫化得產(chǎn)品，加入高效脫模劑進(jìn)行脫模。反應(yīng)注射成型，實質(zhì)上是一步法反應(yīng)或半預(yù)聚法反應(yīng)，但其反應(yīng)是在高壓和充分混合下進(jìn)行的，使制品的強力性能和黏合性能等大幅度提高[1]。

2.3 聚氨酯水乳膠成型加工方法

聚氨酯水乳膠，環(huán)保性好，但成膜性差，要適度交聯(lián)，用噴涂的方法可進(jìn)行成型加工[1]。

2.4 聚氨酯熱塑膠成型加工方法

聚氨酯熱塑膠是一類線性高聚物，可采取擠出、注塑、吹塑、壓延和抽絲等可逆成型加工。半預(yù)聚合可有效微相分離。壓延溫度調(diào)節(jié)適中，使熔體黏度、流動性和熔體強度之間有一個平衡。為了提高聚氨酯熱塑膠硬度，通常要微交聯(lián)，在可擠壓性、可模塑性和可延展性基礎(chǔ)上，改善聚合物材料，尤其是固體材料的力學(xué)性能[1]。

3 聚氨酯彈性體體系派生種類的成型加工方法

3.1 聚氨酯體系纖維成型加工方法一對一性

聚氨酯體系纖維成型加工是用聚氨酯熱塑膠通過熔融紡絲、干法紡絲和濕法紡絲，在可擠壓性、可模塑性和可延展性基礎(chǔ)上，形變拉絲，連續(xù)生產(chǎn)[1]。

3.2 聚氨酯體系派生種類的成型加工方法多對一性

聚氨酯涂料由聚氨酯熱塑膠或聚氨酯澆注膠加入溶劑，制成均相聚氨酯涂料。聚氨酯水乳膠是非均相聚氨酯涂料，用噴涂成型加工方法進(jìn)行聚氨酯涂料成型加工。聚氨酯膠黏劑由聚氨酯熱塑膠加入溶劑，可制成均相聚氨酯涂料，聚氨酯水乳膠是非均相聚氨酯涂料，用噴涂的成型加工方法進(jìn)行聚氨酯膠黏劑成型加工。聚氨酯泡沫橡膠是由聚氨酯混煉膠、聚氨酯熱塑膠和聚氨酯澆注膠混入發(fā)泡劑，在成型加工方法基礎(chǔ)上，組合發(fā)泡成型加工而成[1，3，7，9-11]。

4 聚氨酯彈性體成型加工方法的難點

為了選擇合適的成型加工方法，聚氨酯彈性體變形和固化兩個過程與可擠壓性、可模塑性、可延展性和可紡性等制約因素的關(guān)系還不明確。聚氨酯彈性體用途研究有待進(jìn)一步開拓。現(xiàn)有的成型加工方法組合方式和效率還有不少難點?？傊?，聚氨酯彈性體成型加工方法在工業(yè)實際應(yīng)用中還有不少難點，有待深入研究。

5 結(jié)束語

合適聚氨酯彈性體成型加工方法的選擇，讓聚氨酯彈性體發(fā)生微相分離，是最大限度地發(fā)揮優(yōu)異性能的關(guān)鍵。以聚氨酯混煉膠、聚氨酯澆注膠、聚氨酯水乳膠和聚氨酯熱塑膠經(jīng)典成型加工方法為基礎(chǔ)，強調(diào)了橡膠、塑料、纖維和涂料成型加工的核心地位；派生聚氨酯彈性體因來源于四種基本膠種，可以通過組合經(jīng)典的成型加工方法來選擇。

（感謝：安徽建筑大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院功能高分子與化學(xué)建材創(chuàng)新團(tuán)隊給予的資金支持。）