认清聚氨酯弹性体的真面目

1、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。2、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。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。3、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。4、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℃，有的甚至可达170℃，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。5、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，特别是一些大众品种，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℃以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。6、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。7、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。8、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。 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。 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。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。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。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。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。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。