TPU物理性能Word格式文档下载.docx
- 文档编号:19933975
- 上传时间:2023-01-12
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:27.19KB
TPU物理性能Word格式文档下载.docx
《TPU物理性能Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《TPU物理性能Word格式文档下载.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1、硬度
硬度是材料抵抗变形、刻痕和划伤能力的一种指标。
TPU硬度通常用邵尔A型和邵尔D型硬度计测定,邵尔A用于较软的TPU,邵尔D用于较硬的TPU。
由于嵌段共聚物TPU性质决定了它的范围很宽,在邵尔A60至邵尔D80之间,跨越了橡胶和塑料的硬度。
TPU的硬度与许多性能有关,随硬度的增加,TPU的如下性能发生变化。
拉伸模量和撕裂强度增加,刚性和压缩应力(负荷能力)增加,伸长率降低,密度和动态生热增加,耐环境性能增加。
(1)邵尔A与邵尔D的相关性
邵尔A硬度与邵尔D硬度之间的关系给在表5,这是在23℃50%相关湿度下测定的,只是一张大致的参考表。
表6邵尔A与邵尔D之间的关系
邵尔A
邵尔D
33
10
38
11
42
12
45
13
49
14
52
15
55
16
57
17
60
18
62
19
64
20
66
21
68
22
70
23
72
24
73
25
75
26
76
27
77
28
79
29
80
30
81
31
82
32
83
84
34
85
35
86
36
87
37
88
39
89
40
90
41
91
43
92
44
93
46
94
47
<
FONTface=
2、拉伸性能
拉伸性能是指单向拉伸,即应力—应变性能,从TPU的应力—应变曲线可以获得这些信息:
拉伸强度、扯断伸长率(简称伸长率)、拉伸强度(杨氏模量)、定伸应力、扯断永久变形(简称拉伸永久变形)和韧性等。
(1)应力-应变曲线
典型的TPU应力-应变曲线示于图10-5。
TPU结构是MDI-BDO-P(EO/PO)-2000,端基是EO,含量30%(质量),官能度1.96,r0=1.04,硬段浓度10%~77%(质量)。
该图曲线有三种类型:
曲线Ⅰ和Ⅱ的初始模量很低(0.7~5.5MPa),伸长率很高(700~800%),属软橡胶;
曲线Ⅲ至Ⅴ初始模量较高(3.4~260MPa),伸长率特高,是弹性体;
曲线Ⅵ至Ⅶ初始模量相当高(520~1400MPa),而伸长率很低(40%~400%),是TPU弹性塑料。
由此可见:
TPU是应力-应变曲线显示了软橡胶、弹性体和弹性塑料的典型特性。
(2)应力-应变与温度的关系
图6(a)和(b)示出了商品TPU应力-应变曲线与温度的关系。
这是Texin180AR商品,(a)和(b)分别为高温(23~121℃)和低温(0~-50℃)拉伸应力-应变曲线,不难看出,Texin480AR在室温23℃时是弹性体,在120℃时成为软橡胶,在-50℃又呈现弹性塑料。
在固定应变的情况下,拉伸应力随温度的增加而下降。
这是由于TPU硬段微区随温度增加逐渐软化以及硬段混合度的增加导致拉伸应力下降。
(3)应力-应变与拉伸速度的关系
图7示出的是Roylar863聚醚型TPU,硬度邵尔A85的应力-应变曲线,曲线1是拉伸速度是500mm/min,曲线2是50mm/min。
拉伸速度不同,应力-应变曲线的斜率不同,尤其伸长率300%以上时。
伸长率固定时,拉伸速度慢的曲线1比快的曲线2有较高的模量,拉伸强度亦较高,这是由于拉伸过程硬段和软段重新取向,而取向需要足够的时间,所以拉伸速度慢使TPU有充分时间取向,TPU的取向使其模量增加。
(4)拉伸强度和伸长率
这里讨论的拉伸强度和伸长率有TPU弹性体与其他材料的比较、后硫化的影响、吸湿的影响、化学交联的影响、TPU分子量的影响以及一步法和预聚法的比较等。
1TPU弹性体与其他材料的比较
表11给出了它们的拉伸强度和伸长率。
可见聚醚型TPU的拉伸强度和伸长率远优于聚氯乙烯塑料和橡胶,此外TPU在加工过程不加或加入很少助剂,能满足食品工业要求,这也是其他材料如PVC、橡胶等难以办到的。
表11TPU其他材料拉伸强度的比较
性能
PET-TPU
PVC
丁腈橡胶
氯丁橡胶
天然橡胶
95A85A
8580
硬度(邵尔)
9690
9487
78
拉伸强度/MPa
34.325.3
16.016.3
11.6
10.3
16.3
伸长率/%
700570
308350
400
574
②后硫化的影响
TPU的性能强烈地受到微区形态的影响。
在加热或处理TPU期间,发生相混合,而在快速冷却时,出现相分离。
TPU的分离过程(脱混过程),由于其高粘度,决定于时间;
而TPU的力学性能又强烈地关系到与时间有关的微区形态。
因此,为了获得最佳性能,TPU应进行后硫化。
后硫化条件随TPU材料变化,TPU达到最优性能可以室温贮存一周或高温下硫化以便缩短时间周期。
图8(a)、(b)给出Texin两种硬度的拉伸强度与硫化时间的关系。
图8(a)可见Texin355DR在110℃或181℃需25h,在140℃需5h达到最高拉伸强度(b);
Texin591AR
3、压缩性能
TPU压缩性能主要介绍压缩压力应变曲线,包括压缩模量与硬度的关系,压缩负荷变形、不同变形的压缩应力、压缩模量与温度的关系,应变能密度、压缩滞后及压缩永久变形等。
(1)压缩模量与硬度的关系
压缩模量是在弹性限度内压缩应力与压缩应变之比,理论上等于拉伸应力-应变的弹性模量,即杨氏模量。
TPU的压缩模量决定于它的硬度,硬度越高压缩模量亦越高。
图13给出了压缩模量与硬度的关系。
由该图可以估计各种硬度TPU的压缩模量。
(2)负荷-挠曲曲线
由邵尔D硬度25~76TPU所测定并经理论计算而获得的负荷—挠曲曲线给在图14。
TPU理论计算所需压缩模量是由图13估计的,所有试样的面积都相等。
由图14可看出,实验值和理论值非常一致。
这个结果预示了有不同物理性能聚氨酯和其他弹性体的负荷特性。
(3)压缩25%和50%的应力
表17给出了压缩25%和50%TPU的应力,该TPU软段为PTMG、PCL和PBA,
分别为1000和2000,硬段为MDI-BDO,硬段含量分别为48.2%(PCL-1250为42.7%)和31.7%,r0=1.05,预聚法合成工艺。
不难看出,三种类型软段(PTMG、PCL、PBA)合成的TPU,无论是压缩25%还是50%,其应力随硬度增加而增加,而硬度随硬段含量增加而增加。
表17MDI-BDO硬段TPU的压缩应力
软段
硬段含量/%
硬度(邵尔D)
压缩应力/MPa
结构
挠曲25%
挠曲50%
PTMG
1000
2000
48.2
31.4
15.4
7.0
31.9
16.1
PCL
1250
42.7
31.7
9.1
4.9
20.3
13.0
PBA
23.8
42.0
15.8
4、不同温度的压缩挠曲
表18是-40~82℃、压缩25%的压缩应力。
TPU结构及参数同表17.表18的数据显示:
挠曲25%的压缩应力与温度的关系是TPU被冷却时(82~25℃),多数弹性体的压缩应力基本保持常数,尤其是2000软段,直到软段开始结晶,其压缩应力很快增加,从分子量2000软段抽取的TPU显现的这种变化最明显。
因为这些弹性体在较高温度的压缩应力很接近,只在较低温度(-40~-7℃)下才很明显地察觉软段压缩应力的差别。
PTMG-软段合成的TPU弹性体,在-40℃至82℃的范围内的压缩应力变化最小,可见这种TPU能够适用很宽的温度范围。
表18不同温度下压缩25%的应力
软段结构
25%挠曲压缩应力/MPa
82℃
67℃
25℃
-7℃<
TDstyle="
BORDER-RIGHT:
windowtext1ptsolid;
PADDING-RIGHT:
5.4pt;
BORDER-TOP:
#ebe9ed;
PADDING-LEFT:
PADDING-BOTTOM:
0cm;
BORDER-LEFT:
WIDTH:
47.5pt;
PADDIN
5、回弹性
TPU的回弹性是指形变应力解除后迅速恢复其原状的程度,用恢复能表示,即形变回缩功与产生形变所需要的功之比。
它是弹性体动态模量和内摩擦的函数,并对温度非常敏感。
下面讨论温度与弹性的关系、硬度与弹性的关系、硬段含量与弹性、软段量分子量与弹性、软段含量与弹性回复等。
(1)
温度与弹性的关系
表24示出TPU回弹性与室温以下不同温度的关系。
TPU软段为PTMG、PCL、PBA,相对分子质量分别为1000和2000;
硬段为MDI-BDO,硬段含量分别为48.2%(PCL-1250为42.7%)和31.7%,r0=1.05预聚法合成。
正如所预期的那样,回弹随温度的下降而降低,直到某一温度,弹性又迅速增加。
这个温度是软段结晶温度,决定于大分子二醇的结构,聚醚型TPU较聚酯型TPU低。
在结晶温度以下的温度,弹性体变得很硬且失去了它的弹性,因此,回弹性不再是的回弹,而是类似于离开硬金属表面的反弹。
表24TPU回弹性与室温以下温度的关系
硬度
(邵尔D)
在室温以下温度的弹性/%
弹性最低
温度/℃
7℃
2℃
-4℃
-12℃
-18℃
-26℃
PTMG-1000
PTMG-2000
PCL-1250
PCL-2000
PBA-1000
PBA-2000
48
65
50
58
56
-9
-18
-12
-4
-7
表25示出了宽阔温度范围的TPU回弹性。
TPU的组成是:
软段PTMG-2000和PTMG-2900,硬段为MDI-BDO和PPDI-BDO(PPDI,对苯二异氰酸酯),MDI-BDO-PTMG-2900的两个样r0=1.0,其余r均为1.05。
这一组数据表明,全部样品的弹性都随温度的提高而增加,直到大约93℃;
在149℃弹性略有下降,可能是硬段相的有序结构有所破坏的缘故,PPDI-BDO的TPU在该温度保持较高的弹性。
表25TPU回弹性与宽阔温度的关系
TPU结构
硬度
(邵尔A)
不同温度的弹性/%
硬段软段
二、TPU物理性能
TPU弹性体的物理性能包括密度、线性膨胀系数、摩擦系数、气体扩散系数、传热系数、玻璃化转变温度、熔点、熔化热、比热容和特性粘度等。
1、密度
TPU的密度大约在1.10~1.25之间,在同等硬度时聚醚型TPU密度比聚酯型TPU低。
TPU密度决定于软段种类、分子量、硬段或软段含量以及TPU聚集态。
这一部分讨论TPU与橡胶和塑料的比较、软段类型的影响、TPU分子量的影响、软段取代基的影响和硬段含量的影响。
(1)与橡胶和塑料的比较
TPU密度与橡胶和塑料的比较示于表33。
由此可见TPU密度与其他橡胶和塑料无显著差异。
表33TPU与橡胶和塑料密度的比较
TPU
热塑性橡胶
聚酯弹性体
软乙烯塑料
尼龙
密度/(g/cm3)
75~75D
1.05~1.25
65A~90A
0.83~1.20
90A~70D
1.17~1.22
40A~90A
1.2~1.4
20A~90A
1.23
60R~115R
1.0~1.15
(2)聚酯型TPU与聚醚型的比较
表34给出5种牌号TPU弹性体的硬度与密度的比较。
聚酯型TPU硬度为62A~75D的密度在1.15~1.25g/cm3。
这说明在同等体积时,聚醚型TPU的质量稍轻,而销售是以质量不是体积,所以在设计、购买和生产时,要考虑这个重要的密度差别。
表34聚酯型与聚醚型TPU密度之比较
商品牌号
聚酯型TPU
聚醚型TPU
Estane
Pellenthane
Elastollan
Desmopan
Padex
80A~70D
77A~65D
62A~75D
85A~98A
82A~65D
1.18~1.24
1.17~1.22
1.15~1.25
1.20~1.25
1.15~1.23
80A~60D
72A~65D
75A~74D
77A~95A
85A~57D
1.10~1.17
1.06~1.17
1.11~1.20
1.11~1.21
1.10~1.15
(3)TPU分子量的影响
TPU分子量对密度的影响示于图24。
TPU结构是MDI-BDO-PBA-1099,硬段含量34.9%,通过r0=NCO/OH之比调整TPU分子量,无规熔融聚合工艺。
TPU分子量与密度关系的实验误差相当大,故数据分散。
尽管如此,分子量与密度关系也是明显的,TPU密度随分子量
增加而加大,并且在180000时出现拐点。
气体扩散系数
气体扩散系数(透气性)(Q)是指在一定的温度和压力下,气体透过试样规定面积的扩散速率,以每单位时间、压力、面积透过一定厚度隔的气体体积表面,即[m2/(s·
Pa)]×
10-18。
不同气体的渗透率Q差别较大,TPU对空气的Q值一般为(3~14)×
10-18m2/(s·
Pa)。
这里讨论影响Q值的一些因素:
包括温度、TPU软段类型、硬度等,另外还讨论TPU的透水气性。
(1)温度的影响
Desmopan在25℃、60℃的空气、氮气、氧气和二氧化碳气体的扩散系数Q值示于表41,这是用100μm膜测得之数据。
不难看出扩散系数在60℃比25℃增加数倍。
表41温度对扩散系数的影响
扩散系数Q×
10-18/(m2/s·
Pa)
空气
氮气
氧气
二氧化碳
5~12
—
4~6
22~43
10~18
54~113
41~101
78~324
(2)聚酯型与聚醚型TPU的比较
ElastollanTPU弹性体聚酯型与聚醚型扩散系数的比较示于表42。
对空气、氮、氧和二氧化碳四种气体的Q值,聚酯型TPU普遍低于聚醚型。
表42聚酯型与聚醚型TPU的扩散系数的比较
TPU软段
聚酯型
聚醚型
3~12
6~14
1~4
3~6
4~14
8~21
20~200
90~230
(3)TPU硬度的影响
ElastollanTPU弹性体硬度对扩散系数的影响如表43所示。
四种气体的扩散系数都随硬度增加而减少,可能是TPUQ值主要决定于软段的深度和性质,软段浓度增加,透气性增加。
表43TPU硬度对扩散系数的影响
80A
85A
90A
95A
9
7
6
5
4
6、玻璃化转变温度
玻璃化转变温度是指TPU非晶态或结晶态TPU中的非晶部分从玻璃态到高弹态的转变温度(Tgs)。
通常讲的TPUTg就是指的Tgs;
硬段相在硬段分子量足够大时亦存在玻璃化转变温度(Tgh)。
TPUTgs大约在-32~-71℃,与软段结构、分子量有关,亦与硬段结构、浓度有关。
(1)PellethaneTPU的Tg
表49显示了PellethaneTPU的玻璃化转变温度Tg,聚酯型TPU的Tg、无论硬度高低,普遍高于聚醚型TPU,表明后者耐低温性能优于前者。
硬度越高,Tg越高。
表49PellethaneTPU的Tg
PES-TPU
Tg/℃
77A
-39
84A
-40
86A
-37
94A
-26
-20
58D
-
65D
72A
-69
82A
-42
88A
-38
92A
-25
55D
64D
(2)软段结构的影响
TPU的玻璃化转变温度与软段结构密切相关,表50给出了几种典型软段的影响。
软段分子量
=2000,硬段是MDI-BDO,含量40%~60%。
显而易见,聚醚软段Tg低于聚酯软段,这是由于聚醚软段所含的醚基(-O-)的柔性大于聚酯软段的酯基之故;
从TPU的形态观察,聚醚软段相的纯度较高,深于其中的硬段较少,聚酯软段则不同,它的纯度低,溶解的硬段较多,所以聚醚软段Tg低于聚酯软段。
表50软段结构对TPUTg的影响
聚醚软段
P(TO/EO)
-71
-61
P(EO/PO)
-51
-48
PEA
-46
-32
软段分子量的影响
表51显示了软段分子量对TPUTg的影响,硬段为MDI-BDO,含量16~54%。
显然,无论是聚酯还是聚醚软段,分子量是影响TPUTg的主要因素,分子量越高,Tg越低。
软段分子量增加,对其所连接的硬段的作用下降,此外较长的软段有利于两相的分离,故Tg下降。
表51软段分子量对TPUTg
8、TPU的熔融热
TPU弹性体的熔融热ΔH主要指硬段相结晶、次晶、有序结构熔化所吸收的热量,以J/g表示。
ΔH的大小取决于硬段的含量、长度和TPU热力史,软段分子量亦有一定影响。
TPU的ΔH约为2.0~25J/g。
(1)硬段扩链剂的影响
TPU软段为PBA-2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- TPU 物理性能
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)