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耐温聚氨酯胶辊胶轮的配方

在纺织工业中,毛条拉断机是主要设备之 一,根据不同用途每台机上配置3~7根橡胶牵伸 辊。丁腈橡胶胶辊使用寿命较短,特别是在受 力、受压、高温情况下,胶辊破坏更快,长则一 周,短则几天,给厂家带来了诸多不便。为了解 决这一难题,80年代中期,许多厂家使用聚酯多 元醇-TDI-M0CA聚氨酯弹性体系替代丁腈橡胶来 制作牵伸辊,以延长使用寿命。试验结果表明, 使用上述PU体系,虽有一定改善,但效果不太明 显,使用寿命仍维持在一■周左右。
 
根据胶辊的破坏情况及使用环境可知,在牵 伸辊工作运转过程中,由于内生热、摩擦生热、 连接胶辊的金属转动轴热传导,使胶辊温度逐步 升到80?130丈,局部甚至更高。而上述PU胶辊 在此工作温度范围内,将逐步分解破坏,使用寿 命较短。因此为了延长寿命,应改善PU胶辊的耐 热性。
 
提高PU材料耐热性能的方法主要有:
 
(1) 选用分子链上含芳香和杂环结构的低聚物 多元醇;
 
(2) 选用对称性的、多芳香环结构的异氰酸 酯;
 
(3) 选用适当的扩链剂;
 
(4) 添加耐热填料。
 
根据目前国内原料供应状况及生产工艺情 况,本工作在聚酯多元醇-TDI体系基础上,采用 MOCA和含有异氰脲酸酯环的三元醇E共同作为 扩链交联剂,同时添加耐热填料和减磨剂,以提
高PU胶辊的耐热性能。
 
1实验部分 1.1原材料
 
聚酯二元醇,羟值(76±5)mgKOH/g,无锡张 泾有机玻璃厂;11»1(1'-100),纯度彡99.5%,进口; MOCA,—级品,吴县市特种精细化工厂;交联剂E, 纯度> 98%,国产;石英粉,工业一级品,国产;碳 黑,国产;局岭土,工业一■级品,国产;—■硫化钼、石 墨,试剂级,国产。
 
1.2合成工艺
 
实验室内制备预聚体时,在三口瓶中加入一 定量的聚酯多元醇,100?110丈真空脱水。脱水 完毕后降温,加人称量好的TDI,在70~90T:下 反应数小时。预聚体室温放置过夜,测定NC0含
 
jm.
 
里〇
 
将预聚体加热至一定温度,加人无机耐热填 料及减磨剂,搅拌均匀,然后将混合扩链交联剂 (MOCA和E)加人,搅拌均匀后注人试片模具,加 热、加压硫化。硫化完成后,放置一定时间后测 试性能。
 
胶辊制作时,按实验室配方,将胶料浇注人 模具,硫化完成后,再室温存放一周后,上机试
 
验。
 
1.3性能测试 1.3.1物理性能测定
 
将试片制成哑铃状标准试条,在XL- 500型 拉力机上测定,拉伸速度为200mm/min。
1.3.2耐热老化性能测定
 
将哑铃状标准试条,在热空气老化箱内于 1501下放置72 h,取出后,在室温下测定物理性 能值,与老化前的性能值相比,分别得到拉伸强度 保留率、伸长率保留率及300%定伸强度保留率。
 
2结果与讨论
 
2.1扩链交联剂混合比对PU性能的影响
 
单纯使用MOCA作为扩链剂,弹性体的硬度 高,机械性能好。但采用聚酯-TDI体系,弹性体 的耐热性不是很好。可通过化学交联提高聚氨酯弹 性体的耐热性。例如利用过量的异氰酸酯,经反应 生成缩二脲或脲基甲酸酯交联键,但这些交联键的 热分解温度较低,约在145丈左右。从耐热角度考 虑,比较理想的情况应尽量避免或减少缩二脲和脲 基甲酸酯的生成。
 
若完全使用三官能度多元醇作为交联剂,所得
交联键为氨基甲酸酯,它的分解温度约为 240T,耐热分解性能好。但由于不存在脲键(一 般由胺类扩链剂扩链形成),弹性体的机械强度 不及MOCA扩链的弹性体,且若完全采用三元醇 交联剂会使伸长率下降。本实验将MOCA及交联 剂E混合使用,旨在利用MOCA扩链的RJ弹性 体具有较好的机械性能,在此基础上,通过交联 剂E引人耐热的异氰脲酸酯环、改变交联结构及 交联密度来改善耐热性。纺织胶辊的硬度一般要 求在邵A92以上。MOCA用量减小,弹性体中脲 基减少,形成氢键也减少,弹性体硬度下降。从 综合性能来考虑,MOCA与E的配比应存在一个 较适的范围。本工作以聚酯与TDI反应合成预聚 体(异氰酸酯基团质量分数为6.3%),然后采用 不同摩尔比的MOCA和E来扩链和交联,考察 MOCA与E摩尔比UM/nE)变化对PU弹性体物理 性能及耐热性能的影响,见表1。
.22 •
表1不同扩链剂用量下PU试片的物理性能及热空气老化性能
编 号 1 2 3 4 5
nu/nYj 0.8/0.2 0.7/0.3 0.6/0.4 0.5/0.5 0.4/0.6
邵尔A型硬度 96 94 96 90 86
拉伸强度/MPa . 61.2 57.7 61.8 50.6 42.6
伸长率/% 400 400 410 350 320
扯断永久变形/% 2 2 4 4 2
回弹率/% 15 16 17 20 ' 23
300%定伸强度/MPa 25.2 23.1 22.3 20 19
撕裂强度/kN .m-1 67.0 67.4 72.7 64.5 50.8
热老化性能          
拉伸强度保留率 0.708 0.720 0.654 0.786 0.800
伸长率保留率 1.473 1.486 1.421 1.466 ].338
300%定伸强度保留率 0.498 0.547 0.559 0.596 0.623
 
 
 
从表1可看出:随着扩链剂E用量的增大, 硬度及综合物理性能呈下降趋势。编号5配方的 硬度已明显不适合纺织胶辊的使用要求。从老化 后拉伸强度和300%定伸强度保留率来看,随着扩 链剂E的用量增加,耐热性呈上升趋势。考虑综 合物理性能及耐热性能,范围选择0.7/ 0.3~0.6/0.4 为宜。
 
2.2无机耐热填料及减磨剂对PU弹性体物理性 能及耐热性能的影响
 
2.2.1填料及减磨剂与预聚体的混合工艺性能
将预聚体加热至70~9
 
根据来源、价格及混合工艺难易,选用石英 粉和石墨较为适合。
 
2.2.2填料添加量对PU弹性体物理性能的影响
 
确定了预聚体NCO含量、扩链系数(即混合 扩链交联剂中NH2及OH基团总量与预聚体中
NCO基团的摩尔比)、MOCA与E的摩尔比及减磨 能的影响,结果见表2。
剂的用量,考察了填料添加量对PU弹性体物理性
表2填料添加量对PU弹性体物理性能的影响
编 号 1 2 3 4 5 6
填料添加量/% 1 2 3 4 5 10
邵尔A型硬度 96 92 95 94 96 94
拉伸强度/MPa 35.9 46.0 49.5 43.2 35.0 28
伸长率/% 370 440 440 396 420 260
扯断永久变形/% 8 10 10 8 12 8
回弹率/% 15 15 15 14 13 10
300%定伸强度/MPa 22.6 18.4 21.8 18.0 20.0 14
撕裂强度/kN .nT1 96.4 96.7 99.0 92.0 108 72
 
 
 

 

从表2中看出,填料添加量为1%~5%时, PU弹性体的物理性能变化不大,但达到10%时, 物性明显下降。对于本工作研制的PU胶辊来讲, 填料的添加量以3%?5%为宜。
2.2.3填料及减磨剂对胶辊耐热性能的影响
按下述三种配方制作试片和胶辊:
(1) 用聚酯与TDI合成NCO含量一定的预聚 体,再用MOCA扩链。
(2) 采用(1)中的预聚体,用MOCA及E混合 扩链交联剂UM/nE为0.7A).3)扩链。
(3) 采用(1)中的预聚体,加人3% ~ 5%的石 英粉、1%的石墨,用MOCA及E混合扩链交联剂 Um/aie 为 0.7A).3)扩链。
用上述三种配方制作的试片测定热空气老化 性能,并分别用上述三种配方制作的胶辊上机试 验,结果见表3。
表3填料对弹性体热老化性能及胶辊寿命的影响
  配方(1) 配方(2) 配方⑶
拉伸强度保留率 0.409 0.720 0.804
伸长率保留率 1.612 1.486 1.408
300%定伸强度保留率 0.438 0.547 0.590
胶辊使用寿命/d 7 11 14.5
 
 
 
由表3可见,加填料及减磨剂后PU弹性体 [配方(3)]的耐热老化性能进一步提高,延长了使 用寿命。
2.3聚酯分子量的选择
聚氨酯分子中软段材料聚酯二元醇的分子量 对聚氨酯弹性体的物理性能有一定影响。软段分 子量小,其制品硬度较髙、模量较高,但回弹 率、伸长率较低,柔顺性能较差;若软段分子量 高,则制品硬度较低,模量较低,但回弹率、伸 长率较高,柔顺性能较好。对于制作牵伸辊,需 较好的综合性能。根据有关资料介绍及实际应用 情况,本工作选用相对分子质量为1400左右的聚 酯二元醇。
2.4扩链系数的选择
扩链系数对弹性体性能的影响特别大。当扩 链剂过量时,弹性体物理性能急剧下降;当扩链 剂用量不足时,虽然模量和压缩永久变形有所改 善,但机械强度、伸长率和撕裂强度下降。根据 所选用的混合扩链剂及胶辊性能要求,扩链系数 选择在0.95 ~ 1.00之间。
3结语
通过混合使用含异氰脲酸酯环三元醇扩链剂 和添加无机耐热填料及减磨剂,可提高PU胶辊的 耐热老化性能,使用寿命延长1倍,基本满足厂 家要求。本方法原料易得,与单纯用MOCA扩链 的工艺路线相比,成本基本不增加。使用上述配 方,将会提高经济效益。

来自:本站 作者:admin 发布时间:2019-01-08 13:37:49 点击次数:223


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