聚氨酯弹性体以优异的物理性能和耐油性，成为液压传动与控制系统最重要的密封件材料，但传统的聚氨酯弹性体在使用中存在摩擦损耗大、寿命短等缺陷。降低聚氨酯弹性体材料的摩擦系数，减小密封件的磨损，增强材料的力学强度，延长密封件的使用寿命和使用安全性，成为使聚氨酯材料可进一步广泛应用于气动和高速密封领域的关键。文中选用摩擦系数较小的聚醚多元醇，添加润滑填料，合成高拉伸强度的聚氨酯弹性体材料，延长聚氨酯密封件的使用寿命和使用安全性。

1 实验

　　1.1 原材料

　　聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)：相对分子质量 1000~2 000，日本三菱；聚己内酯二元醇 (PCL)：相对分子质量 1000，日本大赛璐； 1,4 -丁二醇 (BDO)、三羟甲基丙烷 (TMP)：日本三菱； 3,3′¬二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷 (MOCA)、对苯二酚 ¬双( β-羟乙基)醚 (HQEE)、间苯二酚 -双(β-羟乙基)醚( HER)：苏州湘园；二苯基甲烷二异氰酸酯 (MDI)、液化 MDI：烟台万华；甲苯二异氰酸酯 (TDI)：日本三井；二硫化钼 (MoS2)：上海一帆石墨。所有原料均为工业级。

　　1.2 预聚体合成

　　在三口瓶中加入一定量的聚醚多元醇， 100~110℃真空脱水3h。然后降温，加入称量好的异氰酸酯，70~80℃反应2h，预聚体放置过夜，测定 NCO含量(质量分数，下同 )。

　　1.3 聚氨酯合成

　　将预聚体加热到70~80℃，加入润滑剂，搅拌均匀，然后将扩链剂加入，混合均匀后，注入热模具中，100℃加热硫化。试片硫化 16 h后，常温放置 7d测试性能。

　　1.4 测试和表征

　　硬度： GB 531—1992；拉伸性能： GB/T 528 —1998；撕裂强度： GB/T 529—1999；磨耗： DIN 53516；压缩形变： DIN 53577。

2 结果与讨论

　　2.1 多元醇的影响

　　选用不同的多元醇和MDI合成预聚体，考察软段结构对材料力学性能的影响，结果列于表 1。

从表1中可以看出，聚醚多元醇相对分子质量 (Mr)为1400时力学性能最好。单独使用 PCL和MDI合成预聚体扩链后，拉伸强度较好；但由于聚酯结构的多元醇摩擦系数较大，因此，将 PCL与 PTMEG掺混，掺混后和单独使用 PTMEG相比，拉伸强度有所提高；但和单独使用 PCL相比，拉伸强度有所下降，其原因可能是在聚醚软段中引入极性大的酯基，虽然增强了软段和硬段之间的氢键，但是酯基破坏了软段间的有序性和相容性，使拉伸性能降低。

　　2.2 合成工艺的影响

　　选用不同Mr的PTMEG，考察不同加料方式对性能的影响，结果列于表 2。合成工艺 A为MDI加入到多元醇中；合成工艺 B为将多元醇一次加入到 MDI中；合成工艺 C为将多元醇分批加入MDI中。

　　从表2可看出，采用分批合成工艺，弹性体强度较好，接近 50 MPa。这可能是分步合成工艺得到的预聚体分子链结构规整，Mr分布窄，扩链后的PU分子链排列规整，链节间的几何配合有效，分子间作用力增大，使聚合物分子更容易结晶。

　　2.3 异氰酸酯的影响

　　通常MDI体系预聚体用醇类扩链剂扩链，TDI体系预聚体用胺类扩链剂扩链，因此选择 MDI/ BDO体系和TDI/MOCA体系，考察异氰酸酯对性能的影响，结果列于表 3。

　　从表3可看出，采用 TDI预聚体MOCA扩链所得到的弹性体力学性能较好，拉伸强度＞ 60 MPa。

　　2.4 预聚体中异氰酸酯含量的影响

　　由于对弹性体的硬度有一定要求，预聚体中的 NCO含量只能在一定范围内，因此选用相同软段的多元醇与MDI合成预聚体，用 BDO扩链，考察预聚体中不同NCO含量对拉伸性能的影响，结果列于表 4。

　　从表4可看出，对于相同的软段，增大预聚体中NCO含量，制品的拉伸强度下降。可能是由于在该体系中，随着 NCO含量的提高，体系中游离的异氰酸酯单体增加，游离 -NCO与小分子醇直接反应，造成整个分子链不规整，导致力学性能下降。

　　2.5 扩链剂的影响

　　2.5.1 醇类扩链剂的影响

　　选用醇类扩链剂HQEE、HER、BDO，将HQEE/ HER和BDO/HER分别采用不同比例复配，与同种预聚体反应，考察扩链剂对拉伸强度的影响，结果列于表5。

　　从表 5可看出，复配的扩链剂延长了操作时间，但拉伸强度下降较多。可能是 HER、HQEE用作扩链，其熔点较高，扩链时容易结晶，导致材料内部出现缺陷；同时，在材料内引入刚性的苯环，使 PU弹性体硬段有序结构和次晶结构形成的微区不完善，导致弹性体拉伸强度较低。

　　2.5.2 胺类扩链剂的影响

　　选用MOCA和BDO混合作为扩链剂，考察其中的胺类扩链剂对拉伸强度的影响。当 m(BDO):m (MOCA)＞3:1时，拉伸强度无明显变化，当质量比＜ 3:1时，体系黏度太大，不易浇注。因此选择 m(BDO):m(MOCA)=3:1，结果列于表 6。

　　从表6可看出，用混合的扩链剂提高了材料的拉伸强度。原因是 MOCA可直接为硬段提供刚性结构，而柔性的 BDO有利于硬段相互交错聚集，2种扩链剂协同延长硬段，有利于硬段微区结晶，从而提高了 PU的拉伸强度。但体系黏度较大，不易浇注。

　　2.6 润滑剂对力学性能的影响

　　在体系中加入润滑剂可以降低材料的摩擦系数，提高材料的耐磨性能。表 7为润滑剂MoS2的添加量对材料拉伸强度的影响。

　　从表7可看出，加入质量分数 1%的MoS2时材料的耐磨性大为提高，而且对材料的力学性能影响较小，但是单独加入润滑剂时凝胶时间太短，对于较大制品无法完成手工浇注，加入阻聚剂可延长凝胶时间。

3 结论

　　①采用TDI和PTMEG合成的聚氨酯材料力学性能较好，拉伸强度可大于 60MPa。

　　②MOCA和BDO混合作为扩链剂可以提高MDI体系弹性体的拉伸强度，但采用HQEE/HER或BDO/ HER混合扩链剂则会降低弹性体的拉伸强度。

　　③预聚体中的 NCO含量会影响弹性体的拉伸强度。

　　④加入质量分数 1%的润滑剂可改善材料的耐磨性能，而且对材料的力学性能无明显影响。