专利名称：一种聚氨酯弹性体减震器材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种弹性体减震器的材料及其制备的方法。具体而言是一种具有高承载性能、高低温变化下具有良好刚度稳定性的聚氨酯弹性体减震器材料及其制备方法。本发明主要应用于机械设备及车辆等的弹性体减震产品和对材料的承载能力和刚度稳定性有严格要求的风力发电设备的弹性体减震器。
背景技术：
有机弹性体材料中，聚氨酯弹性体拥有最好的机械性能，包括拉伸强度、撕裂强度和耐磨性能。作为高承载弹性体减震器材料，聚氨酯弹性体在高硬度(邵尔80A 80D)范围内仍能具有良好的橡胶弹性和伸长率，普通橡胶需添加填料，大幅度牺牲弹性及伸长率作为代价才能达到高承载所需模量的硬度。聚氨酯弹性体在保持橡胶弹性和伸长率的前提下，可达到同体积普通橡胶的数倍的承载力。用于弹性体缓冲减震应用，可以大幅度减少设备减震系统部件的体积和重量，降低设备的设计制作成本。同时聚氨酯弹性体材料对交变应力的滞后反应特点，体现出对交变应力的良好能量吸收性，非常适合用于弹性体减震材料。聚氨酯弹性体用作弹性体减震器材料，尤其针对承载能力要求较高的场合，已经被行业充分认知并较为广泛的应用，但聚氨酯弹性体的一些特性又限制了其应用。材料刚度是弹性体减震器的重要指标，相当数量有较高减震要求的应用场合，对弹性体材料的刚度及整个工作温度范围内刚度稳定性等方面都提出了严格要求。如大型风电设备的弹性体减震，在对材料的机械强度提出了很高的要求同时，在对产品刚度在较宽工作温度范围的变化率、低温性能及压缩永久变形等性能的严格要求。普通聚氨酯弹性体因材料结构特性的原因，较难同时满足以上要求。主要表现在聚氨酯弹性体材料具有分子结构的结晶倾向，结晶特性是聚氨酯弹性体具有弹性体材料最佳机械强度的结构因素，同时结晶程度对聚氨酯弹性体刚度有大幅度的影响。因为聚氨酯弹性体的机械强度主要取决于化学结构的规整性，即聚氨酯弹性体的结晶倾向，特别是软链段的结晶倾向。即利于结晶的因素，都能够提高弹性体的机械强度。影响聚氨酯弹性体分子结晶生成的外部因素是温度和应力取向。然而，其中温度的因素，即结晶程度随温度变化而显著改变的特性，对产品使用温度范围内的刚度稳定性是非常不利的。这样，就需要通过配方和工艺的设计找到最佳平衡，使制备的聚氨酯弹性体在使用温度范围的结晶倾向小满足材料刚度随温度稳定要求；同时保持和达到较高的机械强度，需具备在外力取向条件下的迅速结晶能力；并且在配方工艺的设计时还需兼顾产品应用对材料的低温、压变、生化稳定性等方面性能要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种，具有较高的机械力学性能，刚度随温度变化小；同时具有脆性温度低、回弹性好、压缩永久变形小，受水解和生物降解影响小的聚氨酯弹性体减震材料及制品的制备方法。
本发明的目的是这样来实现的它是主要是由以下(A)、(B)、(C)三部分材料，由两个步骤的聚合反应而形成；其中(A)聚氨酯弹性体材料的低聚物多元醇部分，由聚醚多元醇和聚酯多元醇两类材料按比例组合形成，其中聚醚多元醇包括四氢呋喃均聚醚多元醇(PTMG)、四氢呋喃环氧丙烷共聚醚多元醇、四氢呋喃环氧乙烷共聚醚多元醇、环氧丙烷聚醚多元醇、环氧己烷聚醚多元醇；聚酯多元醇包括ε -聚己内酯多元醇、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。两类材料的组合，可以是每一类中单独一种或2种材料以上混合使用；所述的聚醚组分选用PTMG为主，聚酯选用PCL为主时，聚醚(PTMG)占低聚物多元醇组分比例可用范围为35% 95%;其他组合情况聚醚组分占低聚物多元醇组分比例范围为75% 95%。(B)聚氨酯弹性体材料的多异氰酸酯部分包含1，5-萘二异氰酸酯(NDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)，一种以上成分；(C)聚氨酯弹性体材料的扩链交联剂部分指小分子量的脂肪族和芳香族二元或三元醇类和氨类聚氨酯扩链交联剂，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)、二乙二醇双氨基苯甲酸酯、氢醌(β-羟乙基)醚(HQEE)、间苯二酚(β-羟乙基)醚(HQER)； 二异丙醇氨、三异丙醇氨单独或2种以上混合使用。所述的两个步骤的聚合反应分别为(1) (A)与⑶的异氰酸酯封端反应；(2) (A)⑶异氰酸酯封端反应的产物与(C)的扩链交联反应。其中异氰酸酯封端反应中㈧与⑶的摩尔比为0. 35 0. 65 ；主要反应进程的温度控制范围在70°C 90°C。扩链交联反应中(A) (B)异氰酸酯封端反应的产物与(C)的摩尔比为0. 7 1. 1。多异氰酸酯与低聚物多元醇的封端反应摩尔系数优选为1. 3 2. 8，更优选1. 7 2. 3 ；低分子的多元醇、氨扩链交联剂与异氰酸酯封端聚醚的反应摩尔系数优选0. 7 1. 1， 更优选0. 85 1。上述两个步骤的反应为液体聚合的反应过程，制品生产为弹性体浇注成型或浇注模压成型工艺。本发明的优势在于通过对聚氨酯弹性体的软链段，即原料的低聚物多元醇部分材料组成和分子量调整和选取，使聚氨酯弹性体软链段的极性、结构规整性，满足在低温-40°C下不结晶，外力取向迅速结晶的结构需要。主要是以偶碳原子数低聚物多元醇提高材料的化学规整性，并利用软链段的醚键(-CH2-O-CH2-)结构使聚氨酯弹性体赋予优良的回弹性和低温性能，同时也曾强了聚氨酯弹性体材料在抗水解和生物降解的性能。本发明作为弹性体减震器产品生产的工艺特点是用液态弹性体合成、浇注成型工艺生产有特定形状要求的弹性体减震制品。有别于普通固体橡胶的混炼、模压成型工艺。 可以在常压条件下高效经济的进行制品生产。采用本发明选定材料及工艺制备的产品较现有技术的一般橡胶产品，有更为优异的物理力学性能，其主要性能的典型范围和特征值如下表
权利要求
1.一种聚氨酯弹性体减震器材料及其制备方法，其特征在于它是由以下(A)、(B)、 (C)三种主要成分，由两个步骤的反应而形成；其中(A)聚氨酯弹性体材料的低聚物多元醇部分，由聚醚多元醇和聚酯多元醇两类材料按比例组合形成，其中聚醚多元醇包括四氢呋喃均聚醚多元醇(PTMG)、四氢呋喃环氧丙烷共聚醚多元醇、四氢呋喃环氧乙烷共聚醚多元醇、环氧丙烷聚醚多元醇、环氧己烷聚醚多元醇；聚酯多元醇包括ε -聚己内酯多元醇(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。两类材料的组合，可以是每一类中单独一种或2种材料以上混合使用；(B)聚氨酯弹性体材料的多异氰酸酯部分包含1，5-萘二异氰酸酯(NDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)；—种以上成分；(C)聚氨酯弹性体材料的扩链交联剂部分指小分子量的脂肪族和芳香族二元或三元醇类和氨类聚氨酯扩链交联剂，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)、二乙二醇双氨基苯甲酸酯、氢醌(β-羟乙基)醚(HQEE)、间苯二酚(β-羟乙基)醚(HQER) ’二异丙醇氨、三异丙醇氨单独或2种以上混合使用。
2.如权利要求1所述的一种聚氨酯弹性体减震器材料及其制备方法，其特征在于 (A)聚氨酯弹性体材料的低聚物多元醇部分，由聚醚多元醇和聚酯多元醇两类材料按比例组合形成，聚醚组分选用PTMG为主，聚酯选用PCL为主时，聚醚(PTMG)占低聚物多元醇组分比例可用范围为35% 95% ；其他组合情况聚醚组分占低聚物多元醇组分比例范围为 75% 95%。
3.如权利要求1所述的一种聚氨酯弹性体减震器材料及制备方法，其特征在于所述的两个步骤的反应分别为(1)=(A)与⑶为异氰酸酯封端反应，㈧与⑶的摩尔比为0.35 0.65，主要反应进程的温度控制范围在70°C 90°C。(2)=(A)与⑶反应产物与(C)的扩链交联反应，(A)⑶反应产物与(C)的摩尔比为 0. 7 1. 1。
4.如权利要求1、2、3所述的一种聚氨酯弹性体减震器材料及制备方法，其特征在于 多异氰酸酯与低聚物多元醇的封端反应摩尔系数优选为1. 3 2. 8，更优选1. 7 2. 3 ；低分子的多元醇、氨扩链交联剂与异氰酸酯封端聚醚的反应摩尔系数优选0. 7 1. 1，更优选 0. 85 1。
全文摘要
本发明涉及一种聚氨酯弹性体减震器材料及制备方法。本发明是由以下(A)、(B)、(C)三种成分，由两个步骤的聚合反应而形成。此弹性体材料具有优异的机械性能，使用温度范围内极为稳定的刚度保持。其中(A)聚合物多元醇、(B)多异氰酸酯、(C)低分子的多元醇、氨扩链交联剂，(A)中采用了聚醚和聚酯的优化组合，本发明用于弹性体缓冲减震应用，可以大幅度减少设备减震系统部件的体积和重量，解决了聚氨酯弹性体材料刚度虽温度变化较大的问题，同时发明材料具有高回弹、低压变、抗水解及生物降解性能，以此扩大了聚氨酯材料在弹性体减震中的应用范围。
文档编号C08G18/32GK102260368SQ20101019117
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者郑健敏 申请人:西北橡胶塑料研究设计院