專(zhuān)利名稱：一種聚氨酯彈性體減震器材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈性體減震器的材料及其制備的方法。具體而言是一種具有高承載性能、高低溫變化下具有良好剛度穩(wěn)定性的聚氨酯彈性體減震器材料及其制備方法。本發(fā)明主要應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備及車(chē)輛等的彈性體減震產(chǎn)品和對(duì)材料的承載能力和剛度穩(wěn)定性有嚴(yán)格要求的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的彈性體減震器。
背景技術(shù)：
有機(jī)彈性體材料中，聚氨酯彈性體擁有最好的機(jī)械性能，包括拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐磨性能。作為高承載彈性體減震器材料，聚氨酯彈性體在高硬度(邵爾80A 80D)范圍內(nèi)仍能具有良好的橡膠彈性和伸長(zhǎng)率，普通橡膠需添加填料，大幅度犧牲彈性及伸長(zhǎng)率作為代價(jià)才能達(dá)到高承載所需模量的硬度。聚氨酯彈性體在保持橡膠彈性和伸長(zhǎng)率的前提下，可達(dá)到同體積普通橡膠的數(shù)倍的承載力。用于彈性體緩沖減震應(yīng)用，可以大幅度減少設(shè)備減震系統(tǒng)部件的體積和重量，降低設(shè)備的設(shè)計(jì)制作成本。同時(shí)聚氨酯彈性體材料對(duì)交變應(yīng)力的滯后反應(yīng)特點(diǎn)，體現(xiàn)出對(duì)交變應(yīng)力的良好能量吸收性，非常適合用于彈性體減震材料。聚氨酯彈性體用作彈性體減震器材料，尤其針對(duì)承載能力要求較高的場(chǎng)合，已經(jīng)被行業(yè)充分認(rèn)知并較為廣泛的應(yīng)用，但聚氨酯彈性體的一些特性又限制了其應(yīng)用。材料剛度是彈性體減震器的重要指標(biāo)，相當(dāng)數(shù)量有較高減震要求的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)彈性體材料的剛度及整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)剛度穩(wěn)定性等方面都提出了嚴(yán)格要求。如大型風(fēng)電設(shè)備的彈性體減震，在對(duì)材料的機(jī)械強(qiáng)度提出了很高的要求同時(shí)，在對(duì)產(chǎn)品剛度在較寬工作溫度范圍的變化率、低溫性能及壓縮永久變形等性能的嚴(yán)格要求。普通聚氨酯彈性體因材料結(jié)構(gòu)特性的原因，較難同時(shí)滿足以上要求。主要表現(xiàn)在聚氨酯彈性體材料具有分子結(jié)構(gòu)的結(jié)晶傾向，結(jié)晶特性是聚氨酯彈性體具有彈性體材料最佳機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素，同時(shí)結(jié)晶程度對(duì)聚氨酯彈性體剛度有大幅度的影響。因?yàn)榫郯滨椥泽w的機(jī)械強(qiáng)度主要取決于化學(xué)結(jié)構(gòu)的規(guī)整性，即聚氨酯彈性體的結(jié)晶傾向，特別是軟鏈段的結(jié)晶傾向。即利于結(jié)晶的因素，都能夠提高彈性體的機(jī)械強(qiáng)度。影響聚氨酯彈性體分子結(jié)晶生成的外部因素是溫度和應(yīng)力取向。然而，其中溫度的因素，即結(jié)晶程度隨溫度變化而顯著改變的特性，對(duì)產(chǎn)品使用溫度范圍內(nèi)的剛度穩(wěn)定性是非常不利的。這樣，就需要通過(guò)配方和工藝的設(shè)計(jì)找到最佳平衡，使制備的聚氨酯彈性體在使用溫度范圍的結(jié)晶傾向小滿足材料剛度隨溫度穩(wěn)定要求；同時(shí)保持和達(dá)到較高的機(jī)械強(qiáng)度，需具備在外力取向條件下的迅速結(jié)晶能力；并且在配方工藝的設(shè)計(jì)時(shí)還需兼顧產(chǎn)品應(yīng)用對(duì)材料的低溫、壓變、生化穩(wěn)定性等方面性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種，具有較高的機(jī)械力學(xué)性能，剛度隨溫度變化??；同時(shí)具有脆性溫度低、回彈性好、壓縮永久變形小，受水解和生物降解影響小的聚氨酯彈性體減震材料及制品的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的它是主要是由以下(A)、(B)、(C)三部分材料，由兩個(gè)步驟的聚合反應(yīng)而形成；其中(A)聚氨酯彈性體材料的低聚物多元醇部分，由聚醚多元醇和聚酯多元醇兩類(lèi)材料按比例組合形成，其中聚醚多元醇包括四氫呋喃均聚醚多元醇(PTMG)、四氫呋喃環(huán)氧丙烷共聚醚多元醇、四氫呋喃環(huán)氧乙烷共聚醚多元醇、環(huán)氧丙烷聚醚多元醇、環(huán)氧己烷聚醚多元醇；聚酯多元醇包括ε -聚己內(nèi)酯多元醇、己二酸己二醇酯多元醇、己二酸丙二醇酯多元醇、己二酸丁二醇酯多元醇。兩類(lèi)材料的組合，可以是每一類(lèi)中單獨(dú)一種或2種材料以上混合使用；所述的聚醚組分選用PTMG為主，聚酯選用PCL為主時(shí)，聚醚(PTMG)占低聚物多元醇組分比例可用范圍為35% 95%;其他組合情況聚醚組分占低聚物多元醇組分比例范圍為75% 95%。(B)聚氨酯彈性體材料的多異氰酸酯部分包含1，5-萘二異氰酸酯(NDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、對(duì)苯二異氰酸酯(PPDI)，一種以上成分；(C)聚氨酯彈性體材料的擴(kuò)鏈交聯(lián)劑部分指小分子量的脂肪族和芳香族二元或三元醇類(lèi)和氨類(lèi)聚氨酯擴(kuò)鏈交聯(lián)劑，包含乙二醇、二乙二醇、丙二醇、1.4 丁二醇、己二醇、戊二醇、三羥甲基丙烷、丙三醇；二氯二氨基二苯甲烷(MOCA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、二乙二醇雙氨基苯甲酸酯、氫醌(β-羥乙基)醚(HQEE)、間苯二酚(β-羥乙基)醚(HQER)； 二異丙醇氨、三異丙醇氨單獨(dú)或2種以上混合使用。所述的兩個(gè)步驟的聚合反應(yīng)分別為(1) (A)與⑶的異氰酸酯封端反應(yīng)；(2) (A)⑶異氰酸酯封端反應(yīng)的產(chǎn)物與(C)的擴(kuò)鏈交聯(lián)反應(yīng)。其中異氰酸酯封端反應(yīng)中㈧與⑶的摩爾比為0. 35 0. 65 ；主要反應(yīng)進(jìn)程的溫度控制范圍在70°C 90°C。擴(kuò)鏈交聯(lián)反應(yīng)中(A) (B)異氰酸酯封端反應(yīng)的產(chǎn)物與(C)的摩爾比為0. 7 1. 1。多異氰酸酯與低聚物多元醇的封端反應(yīng)摩爾系數(shù)優(yōu)選為1. 3 2. 8，更優(yōu)選1. 7 2. 3 ；低分子的多元醇、氨擴(kuò)鏈交聯(lián)劑與異氰酸酯封端聚醚的反應(yīng)摩爾系數(shù)優(yōu)選0. 7 1. 1， 更優(yōu)選0. 85 1。上述兩個(gè)步驟的反應(yīng)為液體聚合的反應(yīng)過(guò)程，制品生產(chǎn)為彈性體澆注成型或澆注模壓成型工藝。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)對(duì)聚氨酯彈性體的軟鏈段，即原料的低聚物多元醇部分材料組成和分子量調(diào)整和選取，使聚氨酯彈性體軟鏈段的極性、結(jié)構(gòu)規(guī)整性，滿足在低溫-40°C下不結(jié)晶，外力取向迅速結(jié)晶的結(jié)構(gòu)需要。主要是以偶碳原子數(shù)低聚物多元醇提高材料的化學(xué)規(guī)整性，并利用軟鏈段的醚鍵(-CH2-O-CH2-)結(jié)構(gòu)使聚氨酯彈性體賦予優(yōu)良的回彈性和低溫性能，同時(shí)也曾強(qiáng)了聚氨酯彈性體材料在抗水解和生物降解的性能。本發(fā)明作為彈性體減震器產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)是用液態(tài)彈性體合成、澆注成型工藝生產(chǎn)有特定形狀要求的彈性體減震制品。有別于普通固體橡膠的混煉、模壓成型工藝。 可以在常壓條件下高效經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行制品生產(chǎn)。采用本發(fā)明選定材料及工藝制備的產(chǎn)品較現(xiàn)有技術(shù)的一般橡膠產(chǎn)品，有更為優(yōu)異的物理力學(xué)性能，其主要性能的典型范圍和特征值如下表
權(quán)利要求
1.一種聚氨酯彈性體減震器材料及其制備方法，其特征在于它是由以下(A)、(B)、 (C)三種主要成分，由兩個(gè)步驟的反應(yīng)而形成；其中(A)聚氨酯彈性體材料的低聚物多元醇部分，由聚醚多元醇和聚酯多元醇兩類(lèi)材料按比例組合形成，其中聚醚多元醇包括四氫呋喃均聚醚多元醇(PTMG)、四氫呋喃環(huán)氧丙烷共聚醚多元醇、四氫呋喃環(huán)氧乙烷共聚醚多元醇、環(huán)氧丙烷聚醚多元醇、環(huán)氧己烷聚醚多元醇；聚酯多元醇包括ε -聚己內(nèi)酯多元醇(PCL)、己二酸己二醇酯多元醇、己二酸丙二醇酯多元醇、己二酸丁二醇酯多元醇。兩類(lèi)材料的組合，可以是每一類(lèi)中單獨(dú)一種或2種材料以上混合使用；(B)聚氨酯彈性體材料的多異氰酸酯部分包含1，5-萘二異氰酸酯(NDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、對(duì)苯二異氰酸酯(PPDI)；—種以上成分；(C)聚氨酯彈性體材料的擴(kuò)鏈交聯(lián)劑部分指小分子量的脂肪族和芳香族二元或三元醇類(lèi)和氨類(lèi)聚氨酯擴(kuò)鏈交聯(lián)劑，包含乙二醇、二乙二醇、丙二醇、1.4 丁二醇、己二醇、戊二醇、三羥甲基丙烷、丙三醇；二氯二氨基二苯甲烷(MOCA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、二乙二醇雙氨基苯甲酸酯、氫醌(β-羥乙基)醚(HQEE)、間苯二酚(β-羥乙基)醚(HQER) ’二異丙醇氨、三異丙醇氨單獨(dú)或2種以上混合使用。
2.如權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯彈性體減震器材料及其制備方法，其特征在于 (A)聚氨酯彈性體材料的低聚物多元醇部分，由聚醚多元醇和聚酯多元醇兩類(lèi)材料按比例組合形成，聚醚組分選用PTMG為主，聚酯選用PCL為主時(shí)，聚醚(PTMG)占低聚物多元醇組分比例可用范圍為35% 95% ；其他組合情況聚醚組分占低聚物多元醇組分比例范圍為 75% 95%。
3.如權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯彈性體減震器材料及制備方法，其特征在于所述的兩個(gè)步驟的反應(yīng)分別為(1)=(A)與⑶為異氰酸酯封端反應(yīng)，㈧與⑶的摩爾比為0.35 0.65，主要反應(yīng)進(jìn)程的溫度控制范圍在70°C 90°C。(2)=(A)與⑶反應(yīng)產(chǎn)物與(C)的擴(kuò)鏈交聯(lián)反應(yīng)，(A)⑶反應(yīng)產(chǎn)物與(C)的摩爾比為 0. 7 1. 1。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的一種聚氨酯彈性體減震器材料及制備方法，其特征在于 多異氰酸酯與低聚物多元醇的封端反應(yīng)摩爾系數(shù)優(yōu)選為1. 3 2. 8，更優(yōu)選1. 7 2. 3 ；低分子的多元醇、氨擴(kuò)鏈交聯(lián)劑與異氰酸酯封端聚醚的反應(yīng)摩爾系數(shù)優(yōu)選0. 7 1. 1，更優(yōu)選 0. 85 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚氨酯彈性體減震器材料及制備方法。本發(fā)明是由以下(A)、(B)、(C)三種成分，由兩個(gè)步驟的聚合反應(yīng)而形成。此彈性體材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能，使用溫度范圍內(nèi)極為穩(wěn)定的剛度保持。其中(A)聚合物多元醇、(B)多異氰酸酯、(C)低分子的多元醇、氨擴(kuò)鏈交聯(lián)劑，(A)中采用了聚醚和聚酯的優(yōu)化組合，本發(fā)明用于彈性體緩沖減震應(yīng)用，可以大幅度減少設(shè)備減震系統(tǒng)部件的體積和重量，解決了聚氨酯彈性體材料剛度雖溫度變化較大的問(wèn)題，同時(shí)發(fā)明材料具有高回彈、低壓變、抗水解及生物降解性能，以此擴(kuò)大了聚氨酯材料在彈性體減震中的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)C08G18/32GK102260368SQ20101019117
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者鄭健敏 申請(qǐng)人:西北橡膠塑料研究設(shè)計(jì)院