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聚氨酯弹性的综述

摘要：

聚氨酯弹性体，又称聚氨基甲酸酯弹性体，是一种主链上含有较多的氨基甲

酸酯基团的高分子合成材料，一般由聚酯、聚醚和聚烯烃等低聚物多元醇与多异

氰酸酯及二醇或二胺类扩链剂逐步加成聚和而成。它是一种介于一般橡胶和塑料

之间的弹性材料，即具有橡胶的高弹性，又具有塑料的高强度。它的伸长率大，

硬度范围宽广;它的耐磨性、生物相容性与血液相容性特别突出。同时，它还有

优异的耐油、耐冲击、耐低温、耐辐射和负重、隔热、绝缘等性能。因此，聚氨

醋弹性体的应用领域非常广泛。它己成为国民经济和人民生活中不可缺少的一种

宝贵材料。

聚氨酯弹性体的性能范围广泛，这和它的结构有着紧密的联系，而它的结构

则取决于反应物、反应时间、反应温度等许多因素，甚至连水含量的微小变化都

能引起聚氨酯弹性体机械性能的巨大差异。

关键词:聚氨酯弹性体结构与性能应用

1聚氨酯弹性体的概述

聚氨酯弹性体又称聚氨酯橡胶，它属于特种合成橡胶，是一类在分子主链中

含有较多氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的弹性聚合物，是典型的多嵌段共聚物材

料。聚氨酯弹性体通常以聚合物多元醇、异氰酸酯、扩链剂、交联剂及少量助剂

为原料进行加聚反应而制得。从分子结构上来看，聚氨酯弹性体(PUE)是一种嵌

段聚合物，其分子链一般由两部分组成，在常温下，一部分处于高弹态，称为软

段；另一部分处于玻璃态或结晶态，称为硬段。一般由聚合物多元醇柔性长链构

成软段，以异氰酸酯和扩链剂构成硬段，软段和硬段交替排列，从而形成重复结

构单元。聚氨酯分子主链中除含有氨基甲酸酯基团外，还含有醚、酯或及脲基等

极性基团。由于大量这些极性基团的存在，聚氨酯分子内及分子间可形成氢键，

软段和硬段由于热力学不相容而诱导形成硬段和软段微区并产生微观相分离结

构，即使是线性聚氨酯也可以通过氢键而形成物理交联。这些结构特点使得聚氨

酯弹性体具有优异的耐磨性和韧性，以“耐磨橡胶”著称[1]，并且由于聚氨酯的原

料品种很多，可以调节原料的品种及配比从而合成出不同性能特点的制品，使得

聚氨酯弹性体大量应用于国民经济领域。虽然聚氨酯弹性体的产量在聚氨酯制品

中所占的比重不大，但是它的品种之繁多、应用领域之广泛都是其它材料所不能

比拟的。聚氨酯弹性体具有优良的综合性能，其模量介于一般橡胶和塑料之间。

它具有以下的特性：①较高的强度和弹性，可在较宽的硬度范围内(邵氏A10-

邵氏D75)保持较高的弹性；②在相同硬度下，比其它弹性体承载能力高；③优

异的耐磨性，其耐磨性是天然橡胶的2-10倍；④耐疲劳性及抗震动性好，适于

高频挠曲应用；⑤抗冲击性高；⑥芳香族聚氨酯耐辐射、耐氧性和耐臭氧性能优

良；⑦耐油脂及耐化学品性优良；⑧一般无需增塑剂可达到所需的低硬度，因而

无增塑剂迁移带来的问题；⑨模塑和加工成本低；⑩普通聚氨酯不能在100℃以

上使用，但采用配方可耐140℃高温。在通常情况下，与金属材料相比，聚氨酯

弹性体制品具有重量轻、耐损耗、音低、加工费用低及耐腐蚀等优点；与橡胶相

比，聚氨酯弹性体具有耐磨、耐割、耐撕裂、高承载性、可浇注、可灌封、透明

或半透明、耐臭氧、硬度范围等优点；与塑料相比，聚氨酯弹性体具有不发脆、

弹性记忆、耐磨等优点。聚酯弹性体加工方法多种多样，新技术新品种不断涌现，

应用前景将十分广阔[2]。

2聚氨酯弹性体的加工工艺

在实验室中，一般采用手工浇注预聚体法合成聚氨酯弹性体，包括一步法、

预聚体法和半预聚体法。

一步法是把配方中的二异氰酸酯、多元醇、催化剂及其它助剂一次性加入，

高速搅拌后倒入模具制得聚氨酯弹性体制品的方法。虽然一步法制得的产品性能

均一性和重复性较差，而且能将大量气泡引入反应体系，使得制品中存在大量的，

但是该法工艺流程简单、节省能量、降低成本，因此这种方法主要在发泡业中使

用，却很少用于浇注型聚氨酯弹性体的生产[3]。目前随着一些新型成型艺如反

应注射模制(RIM)技术的出现，也使一步法获得了更快速的发展。

预聚体法制备的聚氨酯弹性体分为两步进行故又叫为二步法。首先将低聚物

元醇和过量的多异氰酸酯反应，生成端基为NCO基团的预聚体，浇注时再将

聚物与扩链剂反应，制备出聚氨酯弹性体的方法。这种方法多用于聚氨酯弹性的

生产，其缺点是预聚物对温度较敏感，浇注时对设备要求高，工艺过程较长。半

预聚物法与预聚体法的区别是将部分聚酯多元醇或聚醚多元醇跟扩链剂、化剂等

以混合物的形式添加到预聚物中。也就是说，配方中的低聚物多元醇分部分，一

部分与过量二异氰酸酯反应