PU弹性体是由柔性链段(软段)和刚性链段(硬段)交替组成的嵌段共聚物,软段是聚酯或聚醚以及相对分子质量较高的多元醇,它提供弹性体的韧性、弹性和低温性能,硬段由二异氰酸酯和小相对分子质量的二元胺或二元醇构成,贡献弹性体的刚性、强度和耐热性能。由于硬段与软段在热力学上的不相容性而产生了微相分离,PU弹性体力学性能主要与化学结构及聚集形态有密切关系。
1.1 软段类型的影响
PU弹性体中常用的软段有聚酯(己二酸酯类)、聚己内酯、聚碳酸酯和聚醚(四氢呋喃均聚醚、聚丙二醇醚),软段对PU弹性体的力学性能有很大影响,对PU的回弹性也有一定的影响。表2为4 种不同的软段[聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)、聚己内酯(PCL)和聚四氢呋喃醚(PTMG)]对PU弹性体回弹性的影响。当弹性体的硬度接近时,聚醚软段均比聚酯软段的回弹性高,这是因为多元醇酯基比醚基空间位阻大,分子链段柔顺性差,导致PU弹性体回弹性降低。对于己二酸酯多元醇,碳链数的增加使得分子链柔顺性提高,导致其弹性体的回弹性提高。
1.2 软段相对分子质量的影响
常使用相对分子质量Mn=600~3000的软段合成PU弹性体,其相对分子质量直接影响弹性体的回弹性能,如表3所示
从表3可知,浇注型、热塑性和混炼型的PU弹性体回弹性均随软段相对分子质量的提高而增加。其原因是软段相对分子质量高,分子的构象数目增多,分子链柔顺性增加,使得弹性体的回弹性提高。当软段相对分子质量超过2 000时,虽然软段相对分子质量再提高,但弹性体回弹与材料本身的软段含量有关,软段含量高,硬度会低,回弹性就好。混炼PU软段含量高,硬度低,回弹性变化大;浇注型PU硬度次之,回弹性变化缩小;热塑性PU硬度最高,回弹性变化很小,略有降低。