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1、2002年第17卷第1期聚氨酯工业2002.Vol.17No.1POLYURETHANEINDUSTRY·37··技术交流·聚氨酯弹性体摩擦系数影响因素探讨田雨张杰韦永继周文英(国家反应注射成型工程技术研究中心洛阳471000)摘要:介绍了弹性材料的摩擦机理,从文献值和实验数据介绍了硬度、软段种类及其相对分子质量、异氰酸酯指数、成型温度以及环境温度等因素对聚氨酯弹性体摩擦系数的影响。聚氨酯摩擦系数与测试条件有关。相同测试条件下,硬度低、极性基团多(如聚酯型聚氨酯)的聚氨酯弹性体摩擦系数较大。在60℃以下,随环境温度的提高,聚氨酯弹
2、性体的摩擦系数增加。关键词:聚氨酯;弹性体;摩擦系数;摩擦材料聚氨酯弹性体具有硬度范围宽、力学性能好的值,与荷重、滑动速度等无关。由于粘弹性的弹性体特点。它的耐磨性十分优越,又有非常好的弹性,非材料在摩擦接触面有弹性变形,使摩擦现象复杂化。常适合做摩擦驱动材料。这方面的主要应用有各种它的摩擦系数与环境温度、湿度等环境条件和滑动[1]提升机的衬垫、轮胎、轮辊、办公自动化机器部件速度、接触面积、荷重、摩擦对偶材料的材质和摩擦等。用聚氨酯弹性体做摩擦材料,具有使用寿命长、面的状态等相关。噪音小、传动效率高的优点。在这些应用中,都需要摩擦
3、的分子-机械理论认为,弹性体的摩擦是一考虑聚氨酯材料的摩擦性能,希望材料有较高的摩个混合过程,但有两个过程最重要。一个是较硬物擦系数。但这方面的研究并不多。国内矿用摩擦式体表面的微凸对弹性体表面的刮削、压缩产生了形提升机的摩擦衬垫主要是PVC材料,用聚氨酯材料变,在这种反复形变-恢复的过程中,粘弹性的弹性制备的衬垫摩擦系数只能达到0.2,而进口提升机体的高分子链间相互作用损失了能量。这种能量损的摩擦衬垫其摩擦系数能达到0.25。如果把衬垫失需要外力来补充,就产生了变形损失摩擦力(F的摩擦系数由0.2提高到0.25,则提升机的提升能
4、hysteresis,简称FH);二是弹性材料与实际接触界面力将提高37%。研究高摩擦系数的聚氨酯弹性体形成的粘合剪切力,称为粘着摩擦力(Fadhesion,简具有十分重要的意义。称FA)。摩擦力是变形损失摩擦力和粘着摩擦力的[2,3]聚氨酯弹性体的摩擦系数的高低取决于聚氨酯总和。的分子链结构。这不仅与软、硬段的结构、比例和化实事上,FH和FA不是独立地起作用的,不能学交联程度相关,也与合成条件、熟化条件密切相明确地将它们区分开来。在干燥的、有致密的光滑关。同时,由于弹性材料摩擦性能的特殊性,环境温表面时,FA占主导地位;在潮湿和
5、粗糙的条件下,度、湿度等环境条件和滑动速度、接触面积、荷重、摩FH占主导地位。擦的对偶材料等条件对摩擦系数也有很大的影响。由上述的摩擦机理知道,提高聚氨酯弹性体材本文讨论了影响聚氨酯弹性体摩擦系数的几种因料的摩擦系数可以从两方面入手,一是增加弹性体素,为提高聚氨酯弹性体的摩擦系数提供参考。与摩擦面之间的真实接触面积;二是增加形变时弹性体分子链间的能量损失。1摩擦机理2试验部分要提高聚氨酯弹性体材料的摩擦系数,首先要了解弹性材料的摩擦机理。弹性材料的摩擦是有别2.1试验原料于刚性材料的。金属等刚性材料的摩擦系数是一定聚己二酸乙二醇酯
6、二醇PEA-1(Mn=1400)、·38·聚氨酯工业第17卷PEA-2(Mn=2000),工业级;聚己二酸丁二醇酯二醇高速行驶的轮胎,由于硬度高的轮胎变形小,与地面(PBA),Mn=2000,工业级;聚己内酯二醇(PCL),Mn的实际接触面积更大,在湿路面低滑动速率时摩擦[2]=2000,工业级;聚四亚甲基醚二醇PTMG-l(Mn=系数更高。因此,对于不同具体用途的摩擦材料1000)、PTMG-2(Mn=2000),工业级;二苯基甲烷二制品,都应确定一个最适度的硬度范围。一般情况异氰酸酯(MDI),工业级;扩链剂(醇类混合物),工
7、下,在性能允许时,作为摩擦材料的聚氨酯弹性体尽业级。量选择较低的硬度。2.2样品制备采用预聚体法制备样品。2.2.1预聚体合成将计量的聚酯(或聚醚)二醇在100～110℃、高真空脱水2～3h,降温至60℃,与计量的MDI混合,混合过程保持温度在30℃以下,在氮气氛围下升温至80℃,并反应2h,真空脱气30min备用。2.2.2扩链反应向70℃的预聚体中加入化学计量的扩链剂,迅1—聚氨酯对锦纶2—聚氨酯对聚氨酯速搅拌均匀,脱泡,浇注在事先涂有脱模剂并预热到3—聚氨酯对磨光钢材110℃的模具中,110℃下反应1h后脱模。再在图1聚氨酯
8、的硬度与摩擦系数的关系100℃下熟化12h,室温放置一周测试性能。本工作通过改变物料的摩尔比及硬度,考察了2.3性能测试硬度对聚氨酯弹性体摩擦系数的影响,见表1。2.3.1摩擦系数的测定表1硬度对摩擦系数的影响由于弹性材料摩擦的复杂性,很难建立一种
