熱塑性聚氨酯彈性體材料（簡體書）

前言

聚氨酯是一種新興的有機高分子材料，被譽為“第五大塑料”。熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）是第一個發明的聚氨酯材料，也是目前發展最快的聚氨酯品種之一。熱塑性聚氨酯彈性體的軟硬段交替排列的分子結構，使其既保持橡膠的高彈性又具有塑料的高硬度和高強度。 TPU具有高強度、高耐寒、高耐磨、隔音、耐溶劑、耐屈撓、耐老化、黏結力強、硬度範圍廣等優異性能，被廣泛應用於國防軍工、電子電器、石油化工、資源勘探、衛生、運動裝備等高端製造領域，是上述產業轉型升級的關鍵材料，也是國家扶持發展的新材料。本書是目前國內本對熱塑性聚氨酯彈性體材行全面論述的圖書，結合科研和教學的成果，本書系統介紹了熱塑性聚氨酯彈性體的發展歷史、主要原料及助劑、性能特點、合成化學原理和加工成型工藝。闡述了醫用熱塑性聚氨酯彈性體、阻尼熱塑性聚氨酯彈性體、阻燃熱塑性聚氨酯彈性體、含能熱塑性聚氨酯彈性體、生物基熱塑性聚氨酯彈性體、自修復熱塑性聚氨酯彈性體、抗靜電熱塑性聚氨酯彈性體的結構與性能及應用，並且對熱塑性聚氨酯彈性體材料發展趨勢行了綜合論述。本書對了解國內外熱塑性聚氨酯彈性體的學術研究成果、指導新型熱塑性聚氨酯彈性和應用、推動我國新材料行業技術的發展具有重要的應用價值，對於從事聚氨酯材料行業的科研、生產以及教學的科技人員均具有重要的參考價值。本書適合作為高等院校、研究院所高分子專業及相關專業的教材，同時也可供從事聚氨酯材料生產、加工、應用的廣大科技工作者和研究人員參考。本書編寫過程得到鄒肖斌、劉曉麗、張澤豪、安明月、王賀祥等人的幫助和支持，在此一併表示感謝。限於編者，書中不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。

編者

2020年8月

第pan>章緒論

1.pan>概述

1.2熱塑性聚氨酯彈性體的發展概況

1.3熱塑性聚氨酯彈性體的分類

1.4熱塑性聚氨酯彈性體的結構與性能·

1.4.1TPU的結構特點

1.4.2TPU結構表徵技術

1.4.3TPU的性能

1.4.4影響TPU結構與性能的因素

參考文獻

第2章主要原料及助劑

2.pan>低聚物二元醇

2.1.pan>聚酯二元醇

2.1.2聚醚二元醇

2.1.3其他低聚物二元醇

2.2二異氰酸酯

2.2.pan>合成方法·

2.2.2主要二異氰酸酯

2.3擴鏈劑

2.3.pan>醇類擴鏈劑

2.3.2胺類擴鏈劑

2.3.3醇胺類擴鏈劑

2.4非異酸酯熱塑性聚氨酯原料

2.4.pan>胺類化合物

2.4.2環碳酸酯

2.5主要助劑

2.5.pan>維化製

2.5.2水解穩定劑

2.5.3溶劑及增塑劑

2.5.4防老化劑和穩定劑

2.5.5脫模劑

2.5.6著色劑

2.5.7其他助劑

參考文獻

第3章 熱塑性聚氨酯彈性體合成工藝

3.pan>熱塑性聚氨酯彈性體合成基礎反應

3.1.pan>生成氨酯基的反應

3.1.2生成脲基的反應

3.1.3生成脲基甲酸酯基的反應

3.1.4生成縮二脲基的反應

3.1.5非異氯酸酯聚氯酯的合虛反應

3.2熱塑性聚氨酯彈性體合成反應特點及影響因素

3.3熱塑性聚氨酯彈性體結構參數

3.3.pan>軟段的含量和分子量

3.3.2硬段的含量和分子量

3.3.3異氯酸酯指數

3.3.4TPU的聚合度

3.4熱塑性聚氨酯彈性體合成配方設計

3.4.pan>軟段及其分子量的確定

3.4.2二異乳酸酯化合物的確定

3.4.3硬段含量的確定

3.4.4異氰酸酯指數的確定

3.4.5配方的計算

3.5熱塑性聚氨酯彈性體合成方法

3.5.pan>本體聚合法

3.5.2溶液聚合法

3.6熱塑性聚氨酯彈性體合成質量控制技術

3.6.pan>基本原則

3.6.2原材料質量控制

3.6.3合成過程的質量控制

參考文獻·

第4章熱塑性聚氨酯彈性體加工成型工藝

4.pan>熱塑性聚氨酯彈性體顆粒的干燥處理

4.2注射成型工藝

4.2.pan>注塑成型機

4.2.2模具設計

4.2.3注射條件

4.3擠出成型工藝

4.3.pan>管材擠出成型

4.3.2電線電纜護套擠出虛刑

4.3.3薄膜和片材擠出成型

4.3.4擠出熔塗成型

4.4壓延成型工藝

4.5吹塑成型工藝

4.6發泡成型工藝

4.73D打印成型工藝

4.8溶液成型工藝

4.8.pan>溶劑的選擇

4.8.2成型工藝

參考文獻

第5章醫用熱塑性聚氨酯彈性體

5.pan>概述

5.2醫用熱塑性聚氨酯彈性體的特有性能

5.2.pan>生物相容性

5.2.2表面性能

5.2.3生物穩定性

5.2.4其他性能.

5.3醫用熱塑性聚氨酯彈性體的改性

5.3.pan>本體改性

5.3.2表面修飾

5.3.3其他改性方法

5.4醫用熱塑性聚氨酯彈性體的主要應用

5.4.pan>人造器官

5.4.2醫用導管

5.4.3其他應用

5.5前景及展望

第6章阻尼熱塑性聚氨酯彈性體

6.2熱塑性聚氨酯彈性體的阻尼機理

6.3阻尼熱塑性聚氨酯彈性體的動態力學性能與阻尼性能評價方法

6.3.pan>動態力學性能

6.3.2阻尼性能的分析方法

6.4影響TPU材料阻尼性能的因素

6.4.pan>材料本身結構的影響

6.4.2聚合物共混的影響

6.4.3填料的影響

6.4.4環境因素

6.4.5氣泡的影響

6.5阻尼TPU的改性方法

6.5.pan>共聚法

6.5.2互穿聚合物網絡法

6.5.3共混法

6.5.4填料與IPN共改性

6.5.5其他方法

6.6發展與趨勢

參考文獻

第7章阻燃熱塑性聚氨酯彈性體

7.pan>概述

7.2熱塑性聚氨酯彈性體的燃燒

7.2.pan>燃燒機理

7.2.2燃燒產生的危害

7.3阻燃TPU阻燃性能的表徵方法

7.3.pan>微觀方法

7.3.2宏觀方法

7.4添加型阻燃熱塑性聚氨酯彈性體

7.4.pan>阻燃劑的選擇及阻燃機理

7.4.2含鹵阻燃熱塑性聚氨酯彈性體

7.4.3無鹵阻燃熱劃性聚魚酯彈性休

7.5反應型阻燃熱塑性聚氨酯彈性體.

7.5.pan>硬段阻燃熱塑性聚氨酯彈性體

7.5.2軟段阻燃熱塑性聚氨酯彈性體

7.6阻燃TPU的發展趨勢

參考文獻

第8章含能熱塑性聚氨酯彈性體

8.pan>概述

8.2含能熱塑性聚氨酯彈性體的特有性能

8.2.pan>生成焓

8.2.2相容性

8.2.3性能

8.3典型含能熱塑性聚氨酯彈性體

8.3.1GAP基熱塑性聚氨酯彈性體

8.3.2 BAMO基熱塑性聚氨酯彈性體

8.3.3PGN基熱塑性聚氨酯彈性體

8.3.4 PolyNIMM0基熱塑性聚氨酯彈性體

8.4含能熱塑性聚氨酯彈性體的應用

8.4.pan>含能熱塑性聚氨酯彈性體在中的應用

8.4.2含能熱塑性聚氨酯彈性體在固體劑中的應用

8.4.3含能熱塑性聚氨酯彈性體在PBX炸藥中的應用

8.5含能熱塑性聚氨酯彈性體的發展趨勢

參考文獻

第9章 其他熱塑性聚氨酯彈性體

9.pan>生物基熱塑性聚氨酯

9.1.pan>基於生物基小分子二元醇的生物基TPU

9.1.2基於生物基低聚物二元醇的生物基TPU

9.1.3生物基TPU的主要應用

9.2自修復熱塑性聚氨酯彈性體

9.2.pan>自修復材料及其分類

9.2.2自修復TPU”

9.2.3自修復TPU的主要應用

9.3抗靜電TPU

9.3.pan>抗靜電TPU的分類

9.3.2影響TPU抗靜電性能的主要因素

9.3.3典型抗靜電TPU

9.3.4抗靜電劑TPU的主要應用

參考文獻

1.pan>概述熱塑性彈性體(thermoplastic elastomer，TPE）

是指性能與熱固性橡膠相似而其加工工藝與塑料類似的一類高分子材料。 TPE分子結構中同時存在塑性鏈段(硬段，HB）和彈性鏈段(軟段，SB)。由於硬段和軟段在熱力學上是不相容或不相容的，因此TPE既具有熱塑性，又具有彈性。 TPE在常溫或低溫時會顯示橡膠的彈性，高溫下又可以塑化成型。 TPE具有相互作用的交聯網絡結構，這種交聯主要以物理交聯爲主，不需要硫化便可加工成型，而且加工過程產生的邊角料及廢料均可重複使用，因此TPE廣泛應用於汽車、建築、電線、電纜、電子產品、食裝、器械等領域。熱塑性彈性體是20世紀60年代發展起來的一類高分子材料，它兼有塑料和橡膠的特點。作為熱塑性彈性體的必要條件有：①整個高分子鏈的一部分由具有橡膠彈性的鏈段所組成；②在常溫下，其高分子鏈之間會形成三維網狀結構，從而約束大分子運動的某種成分存在，這些“約束成分”起著分子間化學或物理的交聯作用和補應。但在較高溫度下，這些“約束成分”在熱的作用下會喪失其“約束”能力，聚合物可以通過加熱熔融塑性加工成型。這種化學或物理交聯的可逆性正是熱塑性彈性體不可缺少的條件。換句話說，這種彈性體的“約束成分”起著類似硫化橡膠交聯點的作用，在常溫下拉伸時不致使高分子鏈之間產生大的滑動；而在高溫時，這種成分失去作用，彈性體能夠熔融，又可像熔融塑料一樣自由流動。熱塑性彈性體按生產方法可分為：①化學合成型熱塑性彈性體，主要是由不同化學組分的嵌段組成，其大分子鏈通常具有ABA或(AB)。結構，是純的共聚物；②共混型熱塑性彈性體，通常是由彈性體和塑料通過機械共混方法製備，是共混型聚合物。熱塑性彈性體按化學組成可分為聚苯乙烯類、聚烯烴類、聚氯乙烯類、聚氨酯類、聚酯類、聚酰胺類等。 TPE與熱固性橡膠的差異在於兩者不同的交聯方式。熱固性橡膠主要是化學交聯而形成的三維不可逆結構(不同情況也存在不同程度的物理交聯)。而TPE的交聯依賴於結晶性硬段的物理交聯，這種交聯是可逆的，一般在熔點(Ta)以上這種交聯點被破壞，但由於其硬段與軟段的熱力學不相容，在Tm以上，仍為兩相結構。與熱固性橡膠相比，TPE具有如下優點。 (1)生產工藝過程簡單，生產週期短，成本較低。 (2）生產工藝易於實現自動化連續作，生產效率高。 （3）TPE4）TPE邊角餘料、製品可以循環加工再利用且多次重複加工後仍能保持其原有特性。 (5)工藝簡單，故生產過程所需能耗低。 （6）TPE性能兼具塑料和彈性體的大部分性能，而且填補了兩者之間的空白。與熱固性橡膠材料相比，TPE的缺點和不足如下。 (pan>）大多數TPE材料在加工前需要乾燥處理。 （2）一般要求成批生產。 (3）缺乏邵氏A硬度低於50的低硬度TPE。 （4）在高溫下熔融，導致TPE使用溫度必須遠低於其熔點，高於熔點就無法使用。熱塑性聚氨酯彈性體(thermoplastic polyurethane，TPU）是第一個可以熱塑加工的彈性體，是目前發展最快的TPE品種。 TPU是由二異氰酸酯、聚醚（或聚酯）等低聚物二元醇與小分子擴鏈劑構成的嵌段共聚物；一般由二異氰酸酯及擴鏈劑構成硬段，由低聚物二元醇柔性長鏈構成軟段，硬段和軟段交替排列形成重複結構單元。除了含有氨酯基團以外，TPU分子內及分子間可形成氫鍵，硬段和軟段可形成微相區並產生微觀相分離，的分子結構使TPU成了一種既保持橡膠高彈性又具有塑料的高硬度和高強度的高分子合成材料。 TPU可以採用多種常規的塑料加工方法成型，如注塑、擠出、流延、壓延、吹塑等，其廢棄後仍可重複加工利用，且在自然環境中能夠自動降解成水和二氧化碳，對環境不造成任何污染。通過分子結構設計、特殊物理/化學共混改性等手段以及材料的形貌控制技術，可賦予TPU高強度、高耐寒、高耐磨、隔音、耐水、耐油、耐黴菌、耐溶劑、耐屈撓、耐老化、減振性好、黏結力強、硬度範圍廣等優異性能，被廣泛應用於國防軍工、電子電器、石油化工、衛生、運動裝備等高端製造領域，是相關產業轉型升級的關鍵材料。通過採用不同種類的二異氰酸酯、低聚物二元醇和擴鏈劑等原料，可以合成出性能各異的多種TPU產品。

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