聚氨酯

聚氨酯弹性体的结构和性能特点

聚氨酯英文缩写为PU，是由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成

的高分子化合物的总称，聚氨酯PU根据应用不同填料， 有CPU、TPU、MPU等简称。聚

氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大分子化合物的统称。其

原材料可分为异氰酸酯类(如MDI和TDI)、多元醇类(如PO和PTMEG)和助剂类(如DMF)。

聚氨酯橡胶(UR)是由聚酯(或聚醚)与二异氰酸脂类化合物聚合而成的。它的化学结构

比一般弹性聚合物复杂，除反复出现的氨基甲酸酯基团外，分子链中往往还含有酯基、醚

基、芳香基等基团。UR分子主链由柔性链段和刚性链段镶嵌组成。柔性链段又称软链

段， 由低聚物多元醇(如聚酯、聚醚、聚丁二烯等)构成；刚性链段又称硬链段， 由二异

氰酸酯(如TDI、MDI等)与小分子扩链剂(如二元胺an-元醇等)的反应产物构成。软链段所

占比例比硬链段多。软、硬链段的极性强弱不同，硬链段极性较强，容易聚集在一起，形

成许多微区分布于软链段相中，称为微相分离结构，它的物理机械性能与微相分离程度有

很大关系。UR分子主链之间由于存在由氢键的作用力，因而具有高强度高弹性。

聚氨酯橡胶具有硬度高、强度好、高弹性、高耐磨性、耐撕裂、耐老化、耐臭氧、耐

辐射、耐化学药品性好及良好的导电性等优点，是一般橡胶所不能比的；耐磨性能是所有

橡胶中最高的，实验室测定结果表明，UR的耐磨性是天然橡胶的3～5倍，实际应用中往

往高达l0倍左右；在邵尔A60至邵尔A70硬度范围内强度高、弹性好；缓冲减震性好，室

温下，UR减震元件能吸收10 ～20 振动能量，振动频率越高，能量吸收越大；耐油性和

耐药品性良好，UR与非极性矿物油的亲和性较小，在燃料油(如煤油、汽油)和机械油(如

液压油、机油、润滑油等)中几乎不受侵蚀，比通用橡胶好得多，可与丁腈橡胶媲美；耐

低温、耐臭氧、抗辐射、电绝缘、粘接性能良好。缺点是在醇、酯、酮类及芳烃中的溶胀

性较大；摩擦系数较高，一般在0．5以上。

聚氨酯弹性体的综合性能出众，任何其它橡胶和塑料都无与伦比。而且聚氨酯弹性体

可根据加工成型的要求进行加工，几乎能用高分子材料的任何一种常规工艺加工，如混炼

模压、液体浇注、熔融注射、挤出、压延、吹塑、胶液涂覆、

纺丝和机械加工等。

聚氨酯弹性体的主要性能参数如下：

硬度：普通橡胶的硬度范围为邵尔A2O～邵尔A90，塑料的硬度范围约为邵尔A95~

lg尔D100，而聚氨酯弹性体的硬度范围低至邵尔A10，高至邵尔D80，并且不需要填料

的帮助。尤其可贵的是弹性体在塑料硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率，而普通橡胶

只有靠添加大量填料，并以大幅度降低弹性和延伸率作为代价才能获得较高的硬度。

机械强度：聚氨酯弹性体的机械强度高，表现在杨氏模量、撕裂强度和承载力等方

面。杨氏模量和拉伸强度：在弹性限度内，拉伸应力与形变之比叫做杨氏模量(E)或者成

为弹性模量。聚氨酯弹性体与其他弹性体一样，只有在低伸长时(约2．5)才遵循胡克定

律。但是它的杨氏模量要比其他弹性体高得多。而且聚氨酯弹性体的杨氏模量范围遍及橡

胶和塑料的模量，范围之宽是其他材料无可比拟。

撕裂强度：聚氨酯弹性体的撕裂强度很高，尤其是聚酯型，约为天然橡胶的2倍以

上。承载能力：虽然在低硬度下聚氨酯弹性体的压缩强度也不高，但是聚氨酯弹性体可以

在保持橡胶弹性的前提下提高硬度，从而达到很高的承载能力。而其他橡胶的硬度受到很

大的局限，所以承载能力无法大幅度提高。

耐磨性能：聚氨酯弹性体的耐磨性能非常突出，测试结果一般在0．03～