聚氨酯彈性體的特性

　　聚氨酯彈性體是典型的多嵌段共聚物，分子鏈由玻璃化溫度低于室溫的柔性鏈段和玻璃化溫度高于室溫的剛性鏈段嵌段而成。其中低聚物多元醇構成柔性鏈段，二異氰酸酯和小分子擴鏈劑構成剛性鏈段。柔性鏈段和剛性鏈段的嵌段結構決定了其性能的特殊性，主要表現在：

　?。?）硬度范圍寬。普通的橡膠硬度范圍一般在紹爾A20-90，塑料的硬度范圍約為紹爾A95-紹爾D100，聚氨酯彈性體能達到低至紹爾A10以下，高至紹爾D85，且不需要填料輔助。（2）較高的強度和彈性。聚氨酯彈性體在較寬的硬度范圍內仍然可以保持較高的強度和彈性。（3）優異的耐磨性，是天然橡膠的2-10倍，以“耐磨橡膠”著稱。（4）耐水、油脂及耐化學品性優良。（5）抗沖擊性高、耐疲勞性及抗震動性高，適于高頻撓屈應用。（6）耐低溫性能好。低溫脆性約在-30℃或-70℃以下。（7）具有優良的保溫性能。由于導熱系數較低，與橡膠和塑料相比，保溫效果較好。（8）良好的生物相容性和抗凝血性能。

　　另外，該類材料還具有優異的電絕緣性、耐霉菌性能和紫外線穩定性。

　　加工方式多樣

　　聚氨酯彈性體既可跟普通橡膠一樣采用塑煉、混煉、硫化工藝成型，也可以液體橡膠的形式，進行澆注模壓、澆注離心成型或者噴涂，還可以制成顆粒材料，用注射、擠出、壓延、吹塑等工藝成型。

　　模壓或澆注成型的制品還可以通過半成品車削的機械手段再次加工。這種半成品車削的加工方式已經成為近幾年行業內比較流行的加工方式。特別是澆注型聚氨酯彈性體，利用彈性體澆注機機械澆注后，使用數控機床對半成品進行再次車削。這種工藝不僅提高了工作效率，還使產品的尺寸精度和外觀都得到很大程度的改善，而且利用澆注機澆注也避免了手工澆注可能造成的隱性缺陷，大大提高了產品的使用壽命。

　　應用領域廣泛

　　由于聚氨酯彈性體的諸多優異特性，加之加工手段、方式靈活，近年來聚氨酯彈性體已經越來越多地應用到各個行業中，應用領域日益擴大。

　　1. 國防工業

　　聚氨酯彈性體在國防工業的應用非常廣泛，如各種大炮的氣密墊、導彈頭保護罩、飛機的正流罩、機艙船艙內的坐墊、膝蓋防護、航空薄壁油箱、航空航天飲用水箱內膜、直升機旋翼防腐膜、飛機起落架緩沖器、防彈實心輪胎、坦克裝甲車防滑材料、槍械槍托、軍用氣球、軍用電纜護套、海洋聲學材料、航空航海電器灌封件和涂料等。另外，航空航天方面的一些密封件也用到聚氨酯彈性體。

　　西北橡膠塑料研究設計院目前正在研發一種航天用貯水容器內膽，主要用于儲存飲用水，保證飲用水在儲存期內的水質要求，并可在系統故障模式下，用作貯存冷凝水和人體尿液的容器。

　　國際上NASA應急水袋內膽材料為Combitherm VPCXX-140，它是一種多層共擠復合膜。試驗證明，這種材料與含銀離子水具有良好的相容性，也適合作為貯存尿液的材料，但由于這種材料會迅速吸收碘，不適合盛裝含碘殺菌劑水。另外，這種材料由5種材料加工而成，在焊接的斷面處會析出有機碳，主要是己內酰胺。

　　西北橡膠塑料研究設計院選用無毒性和生物相容性極好的熱塑型聚氨酯彈性體薄膜材料，采用特殊熔接工藝加工而成，不會帶來或析出任何有毒性物質。樣件已通過飲用水水質檢驗、冷凝水的相容性要求和蒸餾后的預處理尿液殘渣的相容性要求。

　　2. 輕紡工業

　　聚氨酯彈性體在輕紡工業也有較大應用，有紡織膠輥、壓線輪、增速輪、回轉輪、印染印刷膠輥、化纖切粒膠輥、纖維拉絲膠輥、人造革、合成革表面涂層和膠粘劑、鞋面革和鞋底、多種用途的PU革、軟泡床墊、坐墊、沙發墊、電冰箱的保溫層、高檔家具和輕工產品裝飾的涂漆等。

　　3. 交通運輸

　　現今的汽車工藝正在向高性能、低重量、舒適與安全的方向發展。橡塑合成材料正在逐步取代金屬材料，這就為聚氨酯彈性體的應用開辟了極為廣闊的前景。保險杠、方向盤、坐墊、靠墊、扶手門襯板、隔墊頂板、安全氣囊等都廣泛采用聚氨酯彈性體材料。近年來，新型的綠色聚氨酯復合輪胎也正在研發中。還有實心輪胎、碼頭護舷和客車防寒墊、機車油箱的密封圈及火車枕木的減震墊等。

　　4. 油田、礦業

　　在油田方面的應用包括輸油管、儲油罐及保溫材料、石油壓裂工藝中用的凡爾體密封件及一些耐磨性的密封元件。另外，在海油開采中所用的一些防腐蝕懸浮包覆材料等都會用到聚氨酯彈性體。

　　聚氨酯彈性體在礦業的應用已經比較成熟，在采礦的提升、分級、篩分脫水、輸送等工藝過程中，絕大部分設備都需要使用聚氨酯彈性體作為結構件，如礦石篩板、篩網、實心輪、球磨機襯里、聚氨酯水力旋流器、浮選機的轉子及定子，還有一些輸送帶及液壓支架密封件等。

　　高性能液壓支架密封件適用于煤礦綜采液壓支架各類立柱、千斤頂上，它充分利用了聚醚型聚氨酯彈性體、丁腈橡膠、聚甲醛、聚四氟乙烯材料的互補性能，這種組合密封件摩擦系數小，使用壽命長，安裝方便，可以大程度地發揮綜采液壓支架的效能，達到穩定的支撐壓力和高可靠性能，是煤礦綜采液壓支架密封件選型換代產品。

　　特別是聚醚型聚氨酯彈性體部分，采用先進的無模車削加工工藝，沒有“標準”和“非標準”的界限，根據用戶需要隨時可以設計加工任意尺寸、任意截面的密封件。而且這種組合密封件種類多，需求量極大、產品附加值高。

　　國內聚氨酯行業的很多廠家也是看準了這一商機，在這一領域不斷加大投入，購買各種進口的數控車床，提高企業競爭能力，甚至涌現出許多專門從事液壓組合密封行業的廠商。

　　5. 建筑工程

　　在建筑工程方面，聚氨酯彈性體的使用包括：防水材料、嵌縫材料、冷庫壁材和房屋防濕與防寒材料、彈性地板、膠粘劑和涂飾劑等。

　　在工程建筑防水方面，西北橡膠塑料研究設計院自主研發的聚醚型聚氨酯彈性體密封墊，主要用于地鐵、越江隧道地下工程防水方面。它是利用彈性體材料的分子主鏈中含有強吸水基團的特性，制作的吸水膨脹彈性防水材料。這種防水密封材料吸水后的體積膨脹率可以達到400%以上，并且吸水后的拉伸強度仍可以保持較高的水平。該項技術填補了國內空白，打破了日本企業在國內的壟斷地位。目前已經在上海、南京、武漢、杭州等得到成功安裝使用，滿足了地下防水工程的需要。

　　6. 生物學和其他

　　醫用聚氨酯彈性體是近幾年新興的熱門領域。聚氨酯彈性體在生物醫學領域表現出的優越性能，使其在該領域的應用越來越廣泛，表現為在人工心臟、醫用薄膜、彈性繃帶、醫用導管、牙齒、人造皮膚、假肢、軟骨等醫用聚氨酯彈性體的需求量在不斷增大。

　　聚氨酯彈性體的獨特結構使其與天然橡膠、硅橡膠、α-烯烴橡膠等高分子材料相比，具有較好的生物相容性。據相關機構對高分子材料粘附血小板形態變化的研究表明，聚氨酯彈性體表面比硅橡膠表面吸附的血小板變形程度輕、粘附數少，證實聚氨酯彈性體的血液相容性優于硅橡膠。因此，聚氨酯彈性體材料成為目前各國研究人工心臟及其輔助裝置的選材料。

　　美國公司已經合成出由90%的聚氨酯和10%聚二甲基硅氧烷（PDMS）構成的嵌段共聚物，由其制成的人工心臟及輔助裝置、主動脈內氣囊、導管、血管等醫用器件，臨床應用時表現出較好的血液相容性和抗血栓能力。

　　另外，近幾年一種新型的聚氨酯醫用薄膜也被研發出來。它逐漸代替了傳統的PE、PVC類醫用薄膜。聚氨酯彈性體薄膜是以聚氨酯彈性體薄膜為基底，在其表面涂覆一層醫用壓敏型膠粘劑制成的醫用薄膜。它不僅保留了PE、PVC類醫用薄膜具有的防水、防體液滲透等優點，并具有輕薄柔軟、親膚性好、高彈性、高透濕性、100%防水等優點，同時還可有效抑制各種病菌在手術中游移。

　　其他方面，如在體育方面用于聚氨酯跑道、羽毛球場地、網球及運動鞋等。

　　總之，聚氨酯彈性體材料已經被越來越多地應用到我們日常生產、生活的各個領域，并且由于其性能方面的許多優勢，聚氨酯彈性體在許多方面都有取代橡膠和塑料，成為一種新型的熱門高分子材料的趨勢。

　　問題及展望

　　聚氨酯彈性體并非十全十美，它也有缺點：1.內生熱大，耐高溫性能一般。聚氨酯彈性體的正常使用溫度范圍在-30℃到80℃，不宜在120℃以上長期使用。2.不耐強極性溶劑和強酸堿介質。在一定溫度下，醇、酸、酮會使聚氨酯彈性體溶脹和降解。二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶劑在常溫下就會使聚氨酯彈性體發生溶脹。

　　國內市場對聚氨酯的需求逐年增加，但是一些關鍵原料還主要依靠進口，制約了聚氨酯工業的發展。我們應加速關鍵原材料生產的國產化，生產出性能優良、價格低廉的原材料。

　　聚氨酯彈性體材料的合金化研究也成為近年來高分子材料研究的一個熱門話題。聚氨酯彈性體可與PVC、PE、ABS等多種合成樹脂進行復合，以降低成本和提高性能。聚氨酯彈性體也可以通過添加一些有機填料進行改性，來突出或加強某些方面的性能，或者改善聚氨酯彈性體的一些缺點來滿足特殊需要。

　　隨著聚氨酯彈性體制品要求的提高和人們環保意識的加強，開發新型的脂肪族的多異氰酸酯也成為一個迫切的研究課題。