聚胺酯弹性体之设计及应用

聚胺酯弹性体之设计及应用第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Outline

IntroductionClassificationofPUelastomersSynthesisandCharacterizationofPUelastomersApplicationofofPUelastomersQuestionsanddiscussions高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005WhatisaPolyurethane?Oneofthemostversatilepolymerseverinvented.Itcanbemadeasasoftorrigidfoamorasoftorhardelastomericstrongplastic.Bychangingthechemistryainfiniterangeofmaterialscanbemade.第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005IsocyanatePolyolUrethanegroupsWhatisaPolyurethane?第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005WhatarePUelastomers?Abroadfamilyofrubber-likecondensationpolymersgenerallycomposedof:AhighmolecularweighthydroxylterminatedpolyolAlowmolecularweightdiolordiaminechainextenderorcurativeApolyisocyanateCatalysts,additives,etc.第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005PU樹脂由於具有不相容的軟段（SoftSegment）及硬段（HardSegment），產生相分離，導致硬段在PU結構中呈現類似海島的結晶相，使PU在室溫下有物理交聯（即假性交聯）的現象，因此PU分子量雖僅有數萬，但由於相分離所產生的物理交聯，使得其機械性質十分優異。

WhatarePUelastomers?第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005UniqueofPUelastomersHardnessofPUelastomersfromshore000toshoreD-80PUelastomers

第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005Flexible/RigidFoam

SlabstockLaminatedMoldedRIMSpray

ElastomersTPUCastRIMSprayFiberMillable

ACSAdhesiveCoatingHotMeltSealant

Urethane/UreaChemical

第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005ThedefinitionofPUelastomersThermoplasticpolyurethanes---Availableasgranulesorpelletssuitableforconventionalthermoplasticprocessingsuchasextrusion,calendaringorinjectionmoulding.Castelastomers---Madebylow-pressuremixingandcastingtheliquidcomponentsintoamouldtoformasolidarticlewithtypicalapplicationsbeinghighperformanceindustrialwheels,seals,rolls…etc.RIMelastomers---Producedbyhigh-pressuremixingandinjectionintoaclosedmouldwithtypicalapplicationsasautomotivebumperfascias,bodypanelsplusbodycomponentsforavarietyofothervehicles.第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五ThedefinitionofPUelastomers高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005Sprayelastomers---Madebyhigh-pressuremixingandsprayingontoasubstratewherethekeyapplicationsareindustrialprotectivecoatingsforbridges,pipesorliningsfortransportcontainers.Elastomericfibers---ThesearemadebysolutionspinningdirectlyfromthepolymerisationmixtureMillablepolyurethanegums---Availableasslabsorcrumbthatareprocessedbythetraditionalmethodsusedintherubberindustry第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五

Isocyanates第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005Thespecialmonomerofisocyanates第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005IsomersofmonomericMDI第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五分類NCO種類優點缺點(環)脂肪族IPDI耐磨耗性佳、屈曲性佳耐候性、耐熱性不佳HDI耐熱性佳、機械性質優價格高、人體毒性高H12MDI耐熱性佳、機械性質優價格高、人體毒性高、反應較慢TMXDI人體毒性較低、柔軟性佳耐熱性不佳、反應更慢芳香族MDI價格低、機械性優異、反應快黃變型TDI價格低、柔軟性佳、反應快黃變型、人體毒性高PU樹脂二異氰酸酯原料之特性比較高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五IsocyanateVelocityconstants

k1k22,4-TDI42.51.62,6-TDI521,5-NDI6.1-MDI168.6HDI0.2-XDI3-H12MDI0.3-(IPDI)2.40.5高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005二異氰酸酯之相對反應速率之比較第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005

Oligomerols第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005Thespecialmonomerofpolyols第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五

Propertypolyesterpolyether

Compressionset─┼Lowtemp.flexibility─┼Oil/solventresistance┼─Hydrolyticresistance─┼Heataging┼─Wearresistance┼─UV./O3stability┼─┼:favorable─:unfavorable高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005Estervs.etherforPUelastomers第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,20051=最好5=最差性能PTMEGPOLYESTERPPG拉伸強度114耐撕裂124動態力學性能244回彈153耐衝擊磨損245耐滑動摩擦314熱穩定性(>60℃)325水解穩定性141耐油/溶劑

415UV穩定性

414耐黴菌性

141價格

321ComparisonofthepolyolforPUelastomers第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五Cross-linkers/chainextenders--OH高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005Cross-linkers/chainextenders—NH2第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005反應型防火劑/阻燃劑

第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,20052.:SolvayCompany-----Highperformancehalogenatedpolyetherpolyol:Hydroxylnumber=200~3003.ADEKAPOLYETHERS

4.Fyrol6=Diethyl-N,N-bis(2-hydroxyethyl)aminomethylphosphonateHydroxylnumber=400~500IXOL-M125/B251第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005TinandLeadCarboxylicAcidSaltsGelationBlowingBlowingIsocyanate-WaterReactionIsocyanate-PolyolReactionGelationMercurySalts

TD-33ADMCHAZR-50TD-20DMEAPMDETAZR-70ZF-51ZF-53ZF-57ZF-65ZF-52ZF-62DMPDM-70E-40MM-70PMZF-20ZF-54NMM,NEMM-75DMDEECatalystsfortheNCO/OH/H2Oreaction第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005LewisacidCatalysis-TinCat.MetalCat.actasLewisacidandactivatetheisocyanate.第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005AmineCat.actasLewisbasesandactivatethehydroxylgroups.LewisbaseCatalysis-AmineCat.第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005ThedesignofPUelastomerprocessingcharacteristicsmaybesignificantlyeffectedandequipmentoperationsoptimizedbyalteringthewaytherawmaterialsareformulated.**Basiccompositionofan80-85shoreAelastomerComponentEq.W.MolePartsW(%)Polyol-200010001.0100064.51,4BD452.5112.57.2PureMDI1253.5437.528.3第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005ThedesignofPUelastomerWewillnowlookatproductsmadefromthreedifferenttechnologiesandformulationswhichallusethesesamebasicchemicalsandformulaweights**Theseare:FULL

prepolymersystemsQUASI

prepolymersystemsONE-SHOT

systems第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005PreparationofFULLprepolymercastingsystemComponentW(%)Polyol-200064.51,4BD7.2PureMDI28.3RX92.87.2NCO=7.1%Vis=2000~5000cpsCurativeVis=50~100cps

Properties:Forcedblockco-polymer,improvedresilience,highermodulus,betterflexfatigue

Processing:Highprepolymerviscosityforced80-1000C.processing-notewideratio,notsuitableforsmall,repetitiveshots.第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五PreparationofQUASIprepolymercastingsystem高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005ComponentW(%)Polyol-200064.51,4BD7.2PureMDI28.347.152.9NCO=18.6%Vis=300~1000cpsPolyolVis=200~400cpsRX18.845.7

Properties:Semiblockco-polymer,goodproperties,morephasemixing,moreversatileformulating.

Processing:Matchedviscositiesandmixratiopermit600Cprocessing,suitableforshortshots,easilyprocessonhigh/lowpressureequipment.第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五PreparationofONE-SHOTsystem高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005ComponentW(%)Polyol-200064.51,4BD7.2PureMDI28.328.371.7NCO=33.6%Vis=10~100cpsPolyolVis=200~400cps

Properties:Randomblockco-polymer,goodproperties,increasedphasemixing,moreversatileformulating.

Processing:Viscositiesandratiodifferbutstillsuitableforshortshotsandeasilyprocessonhigh/lowpressureequipmentat600C.Higherexothermic,suitableforRIM.第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005NCO%之計算務必使用,如5.6%而不是0.056.PU預聚合物合成當量與用量之計算:範例:欲設計以pureMDI(當量=125.13)為硬鏈段,polyol-2000(當量=1000)為軟鏈段,含13.8%之PU預聚合物時,pureMDI及polyol-2000之用量各為何?取polyol-2000=100g,而pureMDI之用量=XX=91.05g第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005PU樹脂主劑及硬化劑之設計範例:欲設計含3.6%之PU預聚合物的重量為100g,index設計成95%,而OH.(硬化劑)之當量為157,則OH.(硬化劑)的使用量應為何?(sol.):NCO=3.6%;OH.之當量為157;NCO.index=0.95,then

OH.(硬化劑)之用量計算:第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005Calculationofsoft/hardsegmentforPUstructure第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005PU彈性體工業上常用的測試方法2.應力/應變模量100/200/300％-ASTMD412－Die“C”:這些數值表示在一定條件下，將樣品拉伸100，200和300％所需的力。Die“C”用於切割測試樣品的形狀。(測試試樣要直線切割成2mm厚和6mm寬)。1.硬度(Shore000/A/C和D)-ASTMD2240:硬度測試是將聚合物在承載的壓頭下所顯示的壓痕硬度。可從0～100，沒有計量單位，在shoreA90以上，和shoreD20以下讀數重疊。3.撕裂-ASTMD3574:把割口的測試樣品的兩邊在拉伸測試機上夾緊，採用標準的分離速度。測試在規定的分離速度下撕裂樣品所需要的能量。4.回彈:回彈百分數是將柱塞落到指定樣品上測其彈回的高度。此值愈大，則被測試樣品吸收的能量愈少。樣品直徑28mm,厚12～13mm(還可用DIN法)，ASTM法是完全垂直的，而DIN法是從水平向垂直擺動，DIN法測試的數值一般比ASTM法測得的高。第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005PU彈性體工業上常用的測試方法6.壓縮變形-ASTMD393:通過持久的壓縮載荷使聚合物産生的永形變形的程度。7.NBS磨耗-ASTM1630:有兩種類型的磨擦：滑動和衝擊。滑動是將相近表面通過橡膠表面，衝擊是通過砂粒撞擊表面測得橡膠的磨損。實際應用的磨耗是滑動和衝擊兼而有之。厚6mm，40×40mm2的樣品放到砂輪上磨擦。8.DIN磨耗－DIN53516:直徑12mm,厚10mm的樣品在砂輪上施力磨損。9.DeMattiaFlexer-ASTMD430撓曲試驗:撓曲試驗就是産生彎曲破壞。測量開始破壞時的彎曲時間或次數。試驗在DeMattia疲勞機上進行。樣品尺寸6“×1”×1/4“，在試樣中心具有0.094”的圓度凹模，機器運行300周/分。5.壓縮變形ASTMD393:通過持久的壓縮載荷使聚合物産生的永久變形程度。第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五PU彈性體工業上常用的測試方法高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,200513.滯後現象:滯後現象是指給定應力作用下産生的應變能和彈性能之間的差別。動力學測試一周，就有一部分能量以熱的形式損失掉。11.Vicatsoftening(維卡軟化點)-ASTMD1525:維卡軟化溫度是表徵聚合物熱軟化性的很好的方法。12.動態力學模量:在動態剪切載荷作用下材料的複合模量。等同於靜態剪切模量和損耗模量的總和。動力學模量考慮到材料變形，能量以熱的形式損失掉。10.RossFlexer-ASTMD1052:另一種確定彈性體耐疲勞性的方法是測定重復彎曲的增長，測試樣品的撓曲面在直徑爲3/8″的棒上通過90°角自由彎曲。測試樣品的一端由試驗者抓住，另一端放在兩個輥子間，每周都以允許樣品自由彎曲運動，機械轉速爲100周/分。第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005DMADMAanalysisforvariousproducttypes第三十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005DMAanalysisforvariousproducttypes第三十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005PU與金屬相比，有如下優點:1量輕2噪音3損耗及加工費用低4耐腐蝕。PU與塑膠相比具有以下優點:1不發脆2具有彈性記憶3耐磨。PU與橡膠相比具有以下優點:1耐磨2耐切割，耐撕裂3高承載性4透明，半透明5耐臭氧6可灌封，可澆注7硬度範圍廣。

PU彈性體之特性第四十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五高分子彈性體研討會

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Timshih/Aug.18,2005PolyurethanesversesOtherElastomers:PhysicalProperties