帶冷補用聚氨酯橡膠的合成及應用

1.沈陽德赫斯科技有限公司 遼寧沈陽 110000；2.沈陽城市公用集團橡膠制品有限公司 遼寧沈陽 110000

摘要：本文首先闡述帶冷補用聚氨酯橡膠的特性，接著分析其主要的性能參數，最后重點分析帶冷補用聚氨酯橡膠的合成及應用。

關鍵詞：聚氨酯；橡膠；合成

一、前言

橡膠運輸帶作為運輸和傳遞工具之一，在國民經濟各個部門被廣泛而大量的采用。隨著經濟建設的發展，運輸帶的用量迅速增加，應用領域不斷擴大。

二、帶冷補用聚氨酯橡膠的特性

在高分子結構主鏈上含有許多氨基甲酸酯基團（-NHCOO-）的聚合物，國內將此類聚合物通稱為聚氨酯。彈性體是指玻璃化溫度（Tg）低于室溫，拉斷伸長率不小于75%、外力撤除后復原性能比較好的高分子材料。

由于聚氨酯橡膠在分子結構中有較多的氨基甲酸酯（-NHCOO-）特性基團，因此，同其它合成橡膠相比，具有以下優點：極高的耐磨性能；高彈性；優異的力學性能，其抗張強度、伸長率、抗撕裂強度優異；較為廣泛的硬度應用范圍；耐油、耐低溫性能優良；耐老化性能優異。缺點是：由于材料因素，任何聚氨酯材料遇水都會出現降解、分解，因此不同于普通橡膠加工工藝，其配合特點也與普通橡膠存在較大的差異。

三、聚氨酯橡膠的主要性能參數

1、硬度：普通橡膠的硬度范圍為邵A20至邵A90，塑料的硬度范圍約為邵A95至邵D100，而聚氨酯彈性體的硬度范圍低至邵A10，高至邵D80，并且不需要填料的幫助。尤其可貴的是彈性體在塑料硬度下仍具有良好的橡膠彈性和伸長率，而普通橡膠只有靠添加大量填料，并以大幅度降低彈性和延伸率作為代價才能獲得較高的硬度。

2、機械強度：聚氨酯彈性體的機械強度高，表現在楊氏模量、撕裂強度和承載力等方面。

（1）楊氏模量和拉伸強度：在彈性限度內，拉伸應力與形變之比叫做楊氏模量（E），或者稱為彈性模量。聚氨酯彈性體和其他彈性體一樣，只有在低伸長時（約2.5）才遵循胡克定理。但是它的楊氏模量要比其他彈性體高得多，而且聚氨酯彈性體的楊氏模量范圍遍及橡膠和塑料，范圍之寬，其他材料無可比擬。

（2）撕裂強度：聚氨酯彈性體的撕裂強度很高，尤其是聚酯型，約為天然橡膠的2倍以上。

（3）承載力：雖然在低硬度下聚氨酯彈性體的壓縮強度也不高，但是聚氨酯彈性體可以在保持橡膠彈性的前提下提高硬度，從而達到很高的承載能力。而其他橡膠的硬度受到很大的局限，所以承載能力無法大幅度的提高。

3、耐磨性能：聚氨酯彈性體的耐磨性能非常突出，測試結果一般在0.03～0.20mm3/m范圍內，約為天然橡膠的3～5倍。實際使用中，由于潤滑劑等因素的影響，其效果往往更好。耐磨性與材料的撕裂強度和表面狀況等關系很大。聚氨酯彈性體的撕裂強度比其他橡膠高得多，但是其本身的摩擦系數并不低，一般在0.5以上，需要在實際使用中注意添加油類潤滑劑，或加少量二硫化鉬或石墨、硅油、四氟乙烯粉等，以降低摩擦系數，減少摩擦生熱。其摩擦系數還與材料硬度和表面溫度等因素有關。在所有情況下，摩擦系數都隨硬度的降低而提高，隨表面溫度的升高而上升，約60℃達到最大值。

4、耐熱和耐氧化性能：聚氨酯彈性體在惰性氣體中的耐熱性能尚好，常溫下耐氧和耐臭氧性能也很好，尤其是聚酯型。但是，高溫和氧的同時作用會加快聚氨酯的老化進程。聚氨酯彈性體在空氣中長時間連續使用的溫度上限是80～90℃，短時間使用可達到120℃，對熱氧化變性出現顯著影響的溫度約為130℃。按品種來說，聚酯型的耐熱氧化性能比聚醚型好。隨著溫度的下降，聚氨酯彈性體的硬度、拉伸強度、撕裂強度和扭轉剛性顯著增大，回彈和伸長率下降。

四、帶冷補用聚氨酯橡膠的合成

1、主要原料

聚酯多元醇：官能度大于2，自制；聚丙二醇醚：工業品，上海高橋化工廠產；蓖麻油：精制品，榆次榨油廠產；甲苯二異氰酸醋（80/20）：工業品，太原化工廠產；三氯乙烯：工業一級品，錦西化工廠產；二氨基二苯甲烷：工業品，蘇州前進化工廠產；表面活化劑：試劑，自制；催化劑：試劑，自制：阻燃劑：工業品，上海彭浦化工廠產；丙酮：工業品，太原溶劑廠產。

2、制備工藝

橡膠運輸帶冷補用聚氨醋橡膠系三組分反應型高分子彈性材料，其制備工藝分A組分合成、B組分配制及修補膠制備三步進行。

（1）A組分，合成將高耐磨碳黑加入到聚醋和聚丙二醇醚中，攪拌混合均勻，在三輥研磨機上研磨至粒度為40-50μm。將研磨過的黑色液和蓖麻油加入到裝有攪拌器、溫度計、冷凝器和加熱器的三口瓶中，開動攪拌0.5h，逐漸升溫至100-120℃時，減壓（余壓控制在2600Pa以下）保溫脫水3h。緩慢冷卻反應液至40℃時，加入甲苯二異氰酸酯和三氯乙烯，逐漸升溫至80℃，保溫反應3h，取樣分析異氰酸醋基含量，即得A組分。

（2）B組分配制將，將二氨基二苯甲烷和阻燃劑、催化劑加入到丙酮中，在攪拌情況下緩慢加熱，使其完全溶解，則得到棕色透明的B組分。

（3）修補膠制備。首先將待修補的橡膠運輸帶部分及其周圍處理干凈，并用角磨機將表面打毛，用毛刷將C組分（異氰脲酸酯與溶劑丙酮、乙醇等在常溫下配制而成）均勻的涂刷在表面上，一般涂2一3遍，每次間隔5分鐘。此后用膠帶紙將運輸帶破損部位的下表面貼起來，以防修補膠滲漏。之后，將B組分倒入A組分中，迅速攪拌1分鐘，將其澆注在涂過C組分的運輸帶表面上，將凹面填滿并刮平上表面，保持修補段靜止狀態。大約在0.5h內即固化成型，再經2-3h之后，運輸帶即可投入運行。

五、帶冷補用聚氨酯橡膠的應用

我們先后到秦皇島港務局煤碼頭第一、二煤炭裝卸公司、唐山鋼鐵公司石人溝鐵礦和首都鋼鐵公司大石河鐵礦進行工業應用實驗。對煤炭、礦石輸送機、排巖機的500多米橡膠運輸帶的破損部位進行現場修補。這些運輸帶大部分為0.8-1.5m寬的鋼絲繩加強的丁苯一天然橡膠運輸帶。修補的重點是縱向撕裂部分，修補的總長度約200多米。此外還修補了扯邊、打洞10多處。

運行結果表明，可延長運輸帶使用壽命3-9個月時間，相當于運輸帶使用壽命的30%一50%。與硫化床熱補相比，由于是現場修補、自然硫化，所以不需搬運硫化壓床，不使用電能，可減輕勞動強度、節省運力和勞力，節約電能，無需擴大修理損傷部分，而且減少了停產時間，提高了勞動生產率。秦皇島港務局認為，該材料解決了縱向撕裂無法修補的難題，其性能與日本橫濱橡膠株式會社研制的類似產品（PANGIT）相當。但價格僅為日本產品的l8/，具有較強的競爭力，深受用戶歡迎。

六、結束語

總之，合成的聚氨酯橡膠可延長運輸帶的使用壽命，縮短停產時間，提高勞動生產率。具有良好的應用前景值得推廣。

參考文獻：

[1]譚婧.聚氨酯材料應用[J].天然氣工業，2014，23（10）：157-158.

[2]劉紅梅.聚氨酯橡膠與紡紗膠輥[J].貴州化工，2015，30（5）：14-16.