Page 25 - 《橡塑智造与节能环保》2022年8期
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综述与专论




               1  实验                                              （Smart Power 60/210，Battenfeld）的料斗中。 料筒、
                   本研究选择了基于聚（丁二醇）（PTMG）1000                       喷嘴和模具温度分别设置为 180-190℃、190-200℃
               多元醇、1,4-BDO 扩链剂和 4,4'-MDI 异氰酸酯的聚醚                  和 40℃ 。 试品按照 ASTM D412（拉伸）和 ASTM
               TPU。 对于原位聚合，使用 1/1/2 的多元醇/扩链剂/异                    D2240（硬度）的要求注塑成型。
               氰酸酯当量比和 1.02 的异氰酸酯指数。初始硬相含量
               约为 37%。                                            2  结果和讨论
                   以PTMG 1000多元醇、1,4-BDO扩链剂、4,4'-                 2.1  通过将气相二氧化硅常规熔融混合到TPU中生
               MDI、Dabco T-12催化剂和10wt%的气相二氧化硅在                    产的复合材料
               PTMG中的分散体为原料，以制备TPU聚合物中二氧                              为了测试通过传统塑料复合途径添加二氧化硅获
               化硅含量为0wt%、0.6wt%、3.2wt%和6.5wt%的TPU。                得的 TPU 复合材料的性能，通过在双螺杆挤出机中熔
               多元醇、扩链剂和二氧化硅分散体在高速搅拌机中以                            融混合，将气相二氧化硅添加到商用 TPU 颗粒中，然
               所需浓度在多元醇中剧烈混合后，加入预热的MDI。                           后进行注塑成型。 观察到硬度适度增加（邵A硬度）
                   随后，系统再次混合，将反应批次转移到加热到                          和弹性模量小幅增加（图1a 和1b）。 TG-6110 和 CT-
               120℃  的铝模具中。 通过添加 Dabco T-12 催化剂将                  1221 复合材料的断裂伸长率略有影响，但 TS-622 的
               凝胶时间调节至约 1～2 min。 在 Carver 实验室压力机                  断裂伸长率降低（图1c）。
               内合上模具后，TPU 在 120℃和 20,000 psi 压力下固化                    TPU气相二氧化硅复合材料力学性能的这些变化
               2h。 之后，将试品放置在空气循环烘箱中，在 100℃                        符合传统填料效应的预期。例如，聚合物大分子的亲
               下再固化 20 h。                                         和力及其与颗粒表面的特定“结合”——通过桥接聚合
                   TPU 的 FTIR 光谱表明，在室温下老化7天，所有                    物链阻碍了聚合物的流动性（因此降低了伸长率），
                                           -1
               试品均已完全固化。 在 2,270 cm  处没有吸收未反应                     同时参与了应力分布并增加了复合材料的强度（模
               的-NCO 基团。                                          量）。
                   根据ASTM测试 TPU 的机械性能。 测试的 Cab-                   2.2  TPU与通过原位聚合生产的气相二氧化硅的组
               O-Sil 气相二氧化硅牌号如表1 所示。                              成
                        表1  使用的 Cab-O-Sil 级二氧化硅                       当在 TPU 的聚合过程中引入这些相同浓度的气
                                        2
                     牌号          BET  SA, m /g   化学处理             相二氧化硅牌号时，获得了完全不同的结果。如前
                    TG-6110         80-85         HDMZ*
                    CT-1221        205-210        HDMZ*           所述，合成聚合物的组成接近Irogran A85 P 4394商用
                    TS-622         180-185       DiMeDi**
                                                                  TPU的组成，以对添加气相二氧化硅后的性能变化进
                            *HMDZ（六甲基二硅氮烷）
                            **DiMeDi（二甲基二氯硅烷）                     行有意义的比较。
                                                                      TPU 的硬度随着复合材料中二氧化硅浓度的增加
                   Irogran A85 P 4394 (Huntsman) 是一种 TPU 牌        而增加（图 2a）； 同样，室温下的拉伸模量随着二氧
               号，其性能和化学成分与前面描述的原位聚合工艺制                            化硅浓度的增加而增加，尽管变化的幅度随二氧化硅
               成的 TPU 接近。 TPU 化合物是在具有模块化螺杆轮                       类型而异（图 2b）。 出乎意料的是，含二氧化硅试
               廓设计（螺杆直径D=28.3 mm，螺杆长度为 48 D）的                     品的拉伸断裂伸长率也高于不含二氧化硅的对照试品
               啮合同向旋转双螺杆挤出机（ZSE27 iMAXX 48D，                      （图3a）。 TPU 的回弹性值（以 Bashore 回弹测量）
               Leistritz）中制备的。 Irogran A85 P4394 使用重力进料           保持不变，甚至随二氧化硅含量增加而略有增加（图
               器送入第一个入口（主喉）。 二氧化硅通过进料器进                           3b）。 与增加的硬度相结合，在二氧化硅存在下 TPU
               料。 TPU-二氧化硅混合的温度分布从进料区到模具出                         弹性未改变是不合理的。
               口为：165-170-170-170-170-170-170-170-170-160-160-        压缩模量随着 TPU 中二氧化硅含量的增加而增
               160℃。 所有配方均使用 15 kg/h的生产量。                         加，这与硬度的增加相关（图4a）。 然而，TPU 的
                   然后将 TPU-二氧化硅粒状试品在 80℃～90℃                      压缩永久变形基本不受二氧化硅浓度增加的影响（图
               的循环空气中干燥 3 h，并一起送入 30 mm 注塑机                       4b）。



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