不同无机填料在聚氨酯弹性体中的性能对比.docVIP

聚氨酯(PUR)作为六大合成材料之一，其应用范围居各种材料之首。对PUR进行改性进一步提高材料性能，具有重要的科学意义和商业价值。而填料是材料改性的一种重要手段。不仅可以大大降低材料的成本，而且可以显著地改善材料的各种性能，赋予材料新的特征，扩大其应用范围。但由于填料与聚合物在化学结构和物理形态上存在着显著的差异，两者缺乏亲和性，无机填料的细度、形状及表面结构等因素影响填料在基体中的分布以及与聚合物基体的界面接合，从而影响了材料的力学性能(如拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度等)和加工性能。同时由于每一种填料因本身性质不同，当与高聚物结合时不同填料也常常会产生不同的效果。 ??? 一般来讲，应用硬质或无机粒子填充PUR弹性体可在某种程度上改善其刚度、冲击韧性和耐热性能。而采用刚性粒子和纤维类可以增强PUR弹性体。然而通常改性时增强增韧往往难以兼顾，因此刚性粒子增韧，成为增强材料的强韧性的一条新途径。因为这种方法在提高韧性的同时提高了材料的强度、刚性和耐热性等，而并不降材料的加工性能。 ??? 本文采用陶瓷微珠、滑石粉、碳化硅、玻璃微珠等做填料，以聚氨酯为基体，分别制备了PUR弹性体复合材料，同时有针对性地研究了每种弹性体的应用特性。对比了弹性体复合材料的拉伸强度、硬度、断裂伸长率等性能的变化。 ??? 1? 实验部分 ??? 1.1? 原材料 ??? 甲苯二异氰酸酯(TDI)包括2,4-甲苯二异氰酸酯及2-6-甲苯二异氰酸酯(量比80/20)，工业品，日本三井武田株式会社；聚醚，N-204，江苏钟山化工有限公司,真空脱水；1-4-丁二醇(BDO)，分析纯，中国医药上海化学试剂公司；硅脂，山东邹平铭兴化工有限公司；95%乙醇，分析纯，中国医药上海化学试剂公司；陶瓷微珠，粒径10μm(过2500目励，月敏潲亚纳米新材料有限公司生产；空心玻璃微珠，10-180μm，上海汇精亚纳米新材料有限公司生产；滑石粉，约36μm，辽宁省海城滑石粉厂；碳化硅，粒径400nm，姜堰市兴南磨料厂。 ??? 1.2? 主要设备 ??? 微机控制电子万能试验机，WDN-20型，深圳凯强利机械有限公司；硬度计，LY-A型，上海六菱仪器厂：红外光谱(FTIR)仪，WQF-510型，北京瑞利分析仪器公司；扫描电子显微镜(SEM)，XL-30型，荷兰Philips公司；环块磨损试验机，MM-200型，国产。 ??? 1.3? 试样制备 ??? 将聚合物多元醇加入500mL装有温度计和搅拌器的四口烧瓶中，在100-110℃下真空脱水1 h，然后降温到80℃，加入经过偶联处理的填料，搅拌30min后再加入定量的二异氰酸酯溶液，80℃保温反应1h后，再降温到55℃后加入扩链剂，快速搅拌，控制反应温度不超过90℃，10min后把反应物倾于温度为80-100℃涂有脱膜剂的模具中，在130℃下固化6 h。4种不同填料所分别形成的弹性体硬段含量及其聚合反应工艺条件保持一致。 ??? 1.4? 性能测试 ??? 拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量按GB/T528-1998进行，拉伸速度为100 mm/min，测试温度为5℃，相对湿度为75%-85%。邵A硬度按GB/T531-92测试。FTIR测试条件为：KBr涂膜，分辨率为2cm-1，40次扫描。试样断面形貌用SEM观察并拍照。 ??? 耐磨性的测试条件为：磨环直径为Φ50mm，宽度为10mm，转速为200r/min，时间为2min。耐磨性用相对磨损失重Rw描述，即试样的磨损失重量与标准样的磨损失重量之比，所选的标准样是PVC聚氯乙烯树脂。因为PVC的密度和待测材料的密度相近，所以用相对磨损失重可以衡量耐磨性。 ??? 相对磨损失重的计算用下式： ??? Rw=WT/Ws? (1) ??? 式中，RW为相对磨损失重，量纲为1；WT为试样的磨损失重，mg；Ws为标准样的磨损失重，mg。 ??? 2? 实验结果和讨论 ??? 2.1? 几种不同填料的性质对比 ??? 美国材料试验学会(ASTM)将填料定义为“为改进强度和各种性质，或者为降低成本而在材料中添加的较为惰性的物质。由此可知，适用于作填料的物质是非常多的。根据填料的化学组成成分可分为无机填料和有机填料，其中无机填料又分为非金属填料和金属填料。无机非金属填料主要有碳酸钙、二氧化硅、滑石粉、碳化硅等几种。本实验所列出的4种填料均是无机非金属材料，用作聚合物的填料是它们主要用途之一。表1列出了4种填料的主要成分及其特性、用途。 ??? 表1? 各种填料性能对比  品名 主要成分及尺寸 特性 用途 陶瓷微珠 SiO2和Al2O3 5-10um 1.外观为白色，松散、球性率高，白度高；2.拥有优异的流动性能，可提高生产效率、降低能耗，提高制品尺寸稳定性防止翘曲