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TPU是一類加熱可以塑化、溶劑可以溶解的彈性體,具有高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐油等優(yōu)異的綜合性能,加工性能好,廣泛應(yīng)用于國(guó)防、醫(yī)療、食品等行業(yè)。
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鏈段結(jié)構(gòu)
TPU是一種(AB)n型嵌段線性聚合物, 由柔性軟段和剛性硬段構(gòu)成。不同鏈段結(jié)構(gòu)的TPU具有不同的性能, 而鏈段結(jié)構(gòu)的類型主要由原料種類決定。分子結(jié)構(gòu)中引入側(cè)基會(huì)降低大分子間的取向結(jié)晶性, 從而導(dǎo)致力學(xué)性能下降、溶脹性能變差; 而一定的化學(xué)交聯(lián)可以提高彈性體的定伸應(yīng)力和耐溶劑性能,降低永久形變。
硬段含量
硬段含量是指硬段在中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù),是配方設(shè)計(jì)中一個(gè)重要參數(shù)。硬段含量直接影響的氫鍵、微相分離程度以及結(jié)晶性能, 是決定其形態(tài)的主要因素。一般來(lái)講, 隨著硬段含量的增加,TPU的硬度、模量以及撕裂強(qiáng)度等增加, 而扯斷伸長(zhǎng)率下降。
異氰酸酯指數(shù)
由于TPU的合成機(jī)理是在官能團(tuán)之間進(jìn)行的逐步加聚反應(yīng), 所以異氰酸酯指數(shù)r0(二異氰酸酯與低聚物二醇的摩爾比) 直接影響分子量的大小。r0≤1時(shí),TPU分子量隨著r0的增大而增大,當(dāng)r0=1時(shí),分子量達(dá)到最大, 再繼續(xù)增加r0值,分子量又開(kāi)始下降。r0在0.95~1之間時(shí),TPU模量、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度等隨著r0的增加而增加。
分子量及分子量分布
TPU分子量對(duì)其力學(xué)性能有明顯影響, 隨著TPU分子量的增加, 拉伸強(qiáng)度、模量及耐磨性等都增加, 當(dāng)分子量達(dá)到一定程度時(shí)這些性能趨于平穩(wěn)。TPU撕裂強(qiáng)度和耐曲撓性能隨著分子量的增大而降低,一方面TPU物理交聯(lián)使其自由體積減??; 另一方面,TPU分子鏈的高度纏結(jié)和物理交聯(lián)的增加降低了他們的內(nèi)部流動(dòng)性, 受到外力作用時(shí), 分子鏈重排不易實(shí)現(xiàn)而無(wú)法有效減輕施加的應(yīng)力。低分子量組分的比例大時(shí),對(duì)彈性體的耐熱性能和力學(xué)性能極為有害, 而過(guò)高分子量組分的比例太大時(shí)會(huì)對(duì)加工成型帶來(lái)不便。因此對(duì)于不同用途的TPU應(yīng)根據(jù)其具體加工要求來(lái)調(diào)節(jié)合適的分子量及分子量分布。
原料純度
TPU常用的擴(kuò)鏈劑1,4-丁二醇(MDI),極易吸水, 其純度及水分含量直接影響到實(shí)際生產(chǎn)的值, 對(duì)最終產(chǎn)品的分子量影響很大。MDI易自聚,若保存不好易生成二聚體。聚合多元醇的水分含量、酸值、羥值等因批次不同而存在差異, 較大程度上影響了TPU性能的穩(wěn)定性。原料中含有的水分和游離的羧基,一方面與MDI反應(yīng), 消耗了部分MDI造成配方設(shè)計(jì)的不準(zhǔn)確;另一方面,反應(yīng)生成的氣泡起到塑化的作用,最終降低了產(chǎn)品的性能。因此用于合成TPU的原料在使用之前都需要嚴(yán)格脫水。