聚氨酯彈性體，又稱(chēng)聚氨基甲酸酯彈性體，是一種主鏈上含有較多的氨基甲酸酯基團(tuán)的高分子合成材料，一般由聚酯、聚醚和聚烯烴等低聚物多元醇與多異氰酸酯及二醇或二胺類(lèi)擴(kuò)鏈劑逐步加成聚和而成。它是一種介于一般橡膠和塑料之間的彈性材料，即具有橡膠的高彈性，又具有塑料的高強(qiáng)度。它的伸長(zhǎng)率大，硬度范圍寬廣;它的耐磨性、生物相容性與血液相容性特別突出。同時(shí)，它還有優(yōu)異的耐油、耐沖擊、耐低溫、耐輻射和負(fù)重、隔熱、絕緣等性能。因此，聚氨醋彈性體的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。它己成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中不可缺少的一種寶貴材料。
聚氨酯彈性體的性能范圍廣泛，這和它的結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，而它的結(jié)構(gòu)則取決于反應(yīng)物、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等許多因素，甚至連水含量的微小變化都能引起聚氨酯彈性體機(jī)械性能的巨大差異。
關(guān)鍵詞: 聚氨酯 彈性體 結(jié)構(gòu)與性能 應(yīng)用

1聚氨酯彈性體的概述
聚氨酯彈性體又稱(chēng)聚氨酯橡膠，它屬于特種合成橡膠，是一類(lèi)在分子主鏈中含有較多氨基甲酸酯基團(tuán)(-NHCOO-)的彈性聚合物，是典型的多嵌段共聚物材料。聚氨酯彈性體通常以聚合物多元醇、異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑、交聯(lián)劑及少量助劑為原料進(jìn)行加聚反應(yīng)而制得。從分子結(jié)構(gòu)上來(lái)看，聚氨酯彈性體(PUE)是一種嵌段聚合物，其分子鏈一般由兩部分組成，在常溫下，一部分處于高彈態(tài)，稱(chēng)為軟段；另一部分處于玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)，稱(chēng)為硬段。一般由聚合物多元醇柔性長(zhǎng)鏈構(gòu)成軟段，以異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑構(gòu)成硬段，軟段和硬段交替排列，從而形成重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。聚氨酯分子主鏈中除含有氨基甲酸酯基團(tuán)外，還含有醚、酯或及脲基等極性基團(tuán)。由于大量這些極性基團(tuán)的存在，聚氨酯分子內(nèi)及分子間可形成氫鍵，軟段和硬段由于熱力學(xué)不相容而誘導(dǎo)形成硬段和軟段微區(qū)并產(chǎn)生微觀相分離結(jié)構(gòu)，即使是線(xiàn)性聚氨酯也可以通過(guò)氫鍵而形成物理交聯(lián)。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得聚氨酯彈性體具有優(yōu)異的耐磨性和韌性，以“耐磨橡膠”著稱(chēng)[1]，并且由于聚氨酯的原料品種很多，可以調(diào)節(jié)原料的品種及配比從而合成出不同性能特點(diǎn)的制品，使得聚氨酯彈性體大量應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。雖然聚氨酯彈性體的產(chǎn)量在聚氨酯制品中所占的比重不大，但是它的品種之繁多、應(yīng)用領(lǐng)域之廣泛都是其它材料所不能比擬的。聚氨酯彈性體具有優(yōu)良的綜合性能，其模量介于一般橡膠和塑料之間。它具有以下的特性：①較高的強(qiáng)度和彈性，可在較寬的硬度范圍內(nèi)(邵氏 A10-邵氏 D75)保持較高的彈性；②在相同硬度下，比其它彈性體承載能力高；③優(yōu)異的耐磨性，其耐磨性是天然橡膠的 2-10 倍；④耐疲勞性及抗震動(dòng)性好，適于高頻撓曲應(yīng)用；⑤抗沖擊性高；⑥芳香族聚氨酯耐輻射、耐氧性和耐臭氧性能優(yōu)良；⑦耐油脂及耐化學(xué)品性?xún)?yōu)良；⑧一般無(wú)需增塑劑可達(dá)到所需的低硬度，因而無(wú)增塑劑遷移帶來(lái)的問(wèn)題；⑨模塑和加工成本低；⑩普通聚氨酯不能在 100℃以上使用，但采用配方可耐 140℃高溫。在通常情況下，與金屬材料相比，聚氨酯彈性體制品具有重量輕、耐損耗、音低、加工費(fèi)用低及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)；與橡膠相比，聚氨酯彈性體具有耐磨、耐割、耐撕裂、高承載性、可澆注、可灌封、透明或半透明、耐臭氧、硬度范圍等優(yōu)點(diǎn)；與塑料相比，聚氨酯彈性體具有不發(fā)脆、彈性記憶、耐磨等優(yōu)點(diǎn)。聚酯彈性體加工方法多種多樣，新技術(shù)新品種不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用前景將十分廣闊[2] 。
2聚氨酯彈性體的加工工藝
在實(shí)驗(yàn)室中，一般采用手工澆注預(yù)聚體法合成聚氨酯彈性體，包括一步法、預(yù)聚體法和半預(yù)聚體法。
一步法是把配方中的二異氰酸酯、多元醇、催化劑及其它助劑一次性加入，高速攪拌后倒入模具制得聚氨酯彈性體制品的方法。雖然一步法制得的產(chǎn)品性能均一性和重復(fù)性較差，而且能將大量氣泡引入反應(yīng)體系，使得制品中存在大量的，但是該法工藝流程簡(jiǎn)單、節(jié)省能量、降低成本，因此這種方法主要在發(fā)泡業(yè)中使用，卻很少用于澆注型聚氨酯彈性體的生產(chǎn)[3]。目前隨著一些新型成型藝如反應(yīng)注射模制(RIM)技術(shù)的出現(xiàn)，也使一步法獲得了更快速的發(fā)展。
預(yù)聚體法制備的聚氨酯彈性體分為兩步進(jìn)行故又叫為二步法。首先將低聚物元醇和過(guò)量的多異氰酸酯反應(yīng)，生成端基為 NCO 基團(tuán)的預(yù)聚體，澆注時(shí)再將聚物與擴(kuò)鏈劑反應(yīng)，制備出聚氨酯彈性體的方法。這種方法多用于聚氨酯彈性的生產(chǎn)，其缺點(diǎn)是預(yù)聚物對(duì)溫度較敏感，澆注時(shí)對(duì)設(shè)備要求高，工藝過(guò)程較長(zhǎng)。半預(yù)聚物法與預(yù)聚體法的區(qū)別是將部分聚酯多元醇或聚醚多元醇跟擴(kuò)鏈劑、化劑等以混合物的形式添加到預(yù)聚物中。也就是說(shuō)，配方中的低聚物多元醇分部分，一部分與過(guò)量二異氰酸酯反應(yīng)合成預(yù)聚體，另一部分與擴(kuò)鏈劑混合，在注時(shí)加入。生成的預(yù)聚體中游離NCO質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般為0.12～0.15(12%～%)，故常把這種預(yù)聚體稱(chēng)作“半預(yù)聚體(quasi-prepolymer)”。半預(yù)聚體法的特點(diǎn)：①預(yù)聚體組分粘度低，可以調(diào)節(jié)到與固化劑混合組分的粘度相近；②配比也近（即混合質(zhì)量比可為1:1）。這不但提高了混合的均勻性，而且也改善了彈性的某些性能。該方法便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化：在上述三種方法中，一般來(lái)說(shuō)，由預(yù)聚體法制得的聚氨酯彈性體性能好，一步法性能差。這是因?yàn)樵谝徊椒ㄖ校酆?、擴(kuò)鏈反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)到后期，由于體系粘度急劇增大，分子鏈的活動(dòng)受到擴(kuò)散反應(yīng)控制，反應(yīng)進(jìn)行不徹底，得到的聚氨酯彈性體分子量比較小，結(jié)構(gòu)不均勻，影響了聚氨酯彈性體的性能。而在預(yù)聚體法過(guò)程中，聚氨酯預(yù)聚體的反應(yīng)和聚氨酯預(yù)聚體與擴(kuò)鏈劑的反應(yīng)是分步進(jìn)行的，并且都是可控反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行的比較徹底，制得的聚氨酯彈性體分子量比較大，結(jié)構(gòu)比較均勻，有利于大分子間形成氫鍵，從而提高了聚氨酯彈性體的性能。半預(yù)聚體法制得的聚氨酯彈性體性能在預(yù)聚體法和一步法之間，反應(yīng)溫度較低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。本論文討論聚氨酯彈性體結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，均采用預(yù)聚體法合成聚氨酯彈性體。
3聚氨酯彈性體的結(jié)構(gòu)與性能
聚氨酯彈性體的力學(xué)性能直接和聚氨酯彈性體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)，其微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)又強(qiáng)烈的受極性基團(tuán)之間的相互作用影響，例如軟段和硬段的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和形態(tài)影響著聚氨酯彈性體的力學(xué)性能、耐熱性能等。近年來(lái)，人們針對(duì)這些問(wèn)題開(kāi)始研究聚氨酯彈性體的力學(xué)性能與其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

(1)聚氨酯彈性體的微相分離結(jié)構(gòu)
聚氨酯的性能主要受大分子鏈形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。聚氨酯的獨(dú)特柔韌性和優(yōu)異的物性可以用兩相形態(tài)學(xué)來(lái)解釋。聚氨酯彈性體中軟段和硬段的微相分離程度及兩相結(jié)構(gòu)對(duì)其性能至關(guān)重要。適度的相分離有利于改善聚合物的性能。微相分離的分離過(guò)程是硬段和軟段在極性上的差異及硬段本身的結(jié)晶性導(dǎo)致它們?cè)跓崃W(xué)上的不相容(immiscibility)、具有自發(fā)相分離的傾向過(guò)程，所以硬段容易聚集在一起形成微區(qū)(domain)，分散在軟段形成的連續(xù)相中。微相分離的過(guò)程實(shí)際上就是彈性體中硬段從共聚物體系中分離與聚集或結(jié)晶的過(guò)程。
聚氨酯微具有相分離現(xiàn)象是由美國(guó)學(xué)者 Cooper 首先提出來(lái)，之后人們?cè)诰郯睒?gòu)形態(tài)方面作了大量的研究工作[4]，對(duì)聚氨酯聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的研究也取得了的進(jìn)展，形成了比較完整的微相結(jié)構(gòu)理論[5]體系：在嵌段聚氨酯體系中，由段和軟段之間熱力學(xué)不相容而誘導(dǎo)形成硬段和軟段微區(qū)發(fā)生微相分離。硬段間的鏈段吸引力遠(yuǎn)大于軟段之間的鏈段的吸引力，硬段不相溶于軟段相中，而分布其中，形成一種不連續(xù)的微相結(jié)構(gòu)（海島結(jié)構(gòu)），常溫下在軟段中起物理聯(lián)作用和增強(qiáng)作用。在微相分離過(guò)程中，硬段之間的相互作用增大將有利于硬從體系中分離出來(lái)并聚集或結(jié)晶，促進(jìn)微相分離。當(dāng)然塑料相與橡膠相之間存一定的相容性，塑料微區(qū)與橡膠微區(qū)之間的相混合形成過(guò)流相。同時(shí)人們還提了其它有關(guān)微相分離的模型，如 Seymour[6]等人提出的硬鏈段與軟鏈段富集區(qū)彼此形成連續(xù)的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。Paik Sung 和 Schneide[7]提出了一個(gè)更加切合實(shí)際情況的微相分離結(jié)構(gòu)模型：氨酯中的微相分離程度是不完善的，并不完全是微相共存，而是包括混合的軟段單元。在微區(qū)中存在鏈段之間的混合，從而給材料的形態(tài)和力學(xué)性能都帶來(lái)定程度的影響，在軟鏈段相區(qū)中包含著硬鏈段，這能導(dǎo)致軟段玻璃化溫度的明地提高，縮小了材料在低溫環(huán)境的使用范圍。在硬鏈段微區(qū)中包含軟鏈段，能低硬段微區(qū)的玻璃化溫度，從而使材料的耐熱性能下降。
(2)聚氨酯彈性體的氫鍵行為
氫鍵存在于含電負(fù)性較強(qiáng)的氮原子、氧原子的基團(tuán)和含氫原子的基團(tuán)之間，基團(tuán)的內(nèi)聚能大小有關(guān)，硬段的氨基甲酸酯和脲基的極性較強(qiáng)，氫鍵多存在于段之間。據(jù)報(bào)道，聚氨酯大分子中的多種基團(tuán)中的亞胺基大部分能形成氫鍵而中大部分是亞胺基與硬段中的羰基形成的，小部分是與軟段中的醚氧基或酯羰形成的。與分子內(nèi)化學(xué)鍵的鍵合力相比，氫鍵力要小的多。但大量氫鍵的存在，極性聚合物中也是影響性能的重要因素之一。氫鍵具有可逆性，在較低溫度時(shí)，性鏈段的緊密排列促使氫鍵形成：在較高溫度時(shí)，鏈段接受能量而進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)，段及分子間距離增大，氫鍵減弱甚至消失。氫鍵起物理交聯(lián)作用，可使聚氨酯性體具有較高的強(qiáng)度、耐磨性、耐溶劑性及較小的拉伸永久變形。氫鍵越多，子間作用力越強(qiáng)，材料的強(qiáng)度越高。氫鍵含量的多少直接影響到體系的微相分程度[8]。
(3)結(jié)晶性
結(jié)構(gòu)規(guī)整、含極性及剛性基團(tuán)多的線(xiàn)性聚氨酯，分子間氫鍵多，結(jié)晶性能好，得聚氨酯材料的一些性能有所提高，如強(qiáng)度、耐溶劑性等。聚氨酯材料的硬度、強(qiáng)度和軟化點(diǎn)隨結(jié)晶程度的增加而增加，伸長(zhǎng)率和溶解性則相應(yīng)降低。對(duì)于某些應(yīng)用，如單組分熱塑型聚氨酯膠粘劑，要求結(jié)晶快，以獲得初粘力。某些熱塑型聚氨酯彈性體因結(jié)晶性高而脫模較快。結(jié)晶聚合物經(jīng)常因?yàn)檎凵涔獾母飨虍愋远兊貌煌该?。若在結(jié)晶線(xiàn)性聚氨酯大分子中引入少量支鏈或側(cè)基，則材料的結(jié)晶性下降。交聯(lián)密度增加到一定程度，軟段失去結(jié)晶性。在材料被拉伸時(shí)，拉伸應(yīng)力使得軟段分子鏈取向并且規(guī)整性提高，聚氨酯彈性體結(jié)晶性提高，材料的強(qiáng)度相應(yīng)提高。硬段的極性越強(qiáng)，越有利于聚氨酯材料結(jié)晶后的晶格能的提高。對(duì)于聚醚型聚氨酯，隨著硬段含量增加，極性基團(tuán)增多，硬段分子間作用力增大，微相分離程度提高，硬段微區(qū)逐漸形成結(jié)晶，并且結(jié)晶度隨硬段含量增加逐漸提高，材料的強(qiáng)度得到增強(qiáng)。
(4)軟段結(jié)構(gòu)對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響
聚醚和聚酯等低聚物多元醇組成軟段。軟段在聚氨酯中占大部分，不同的低聚物多元醇與二異氰酸酯制備的聚氨酯性能不同。聚氨酯彈性體的柔性(軟)鏈段主要影響材料的彈性性能，并且對(duì)其低溫和拉伸性能有顯著的貢獻(xiàn)。所以，軟鏈段 Tg 參數(shù)是極其重要的，其次，結(jié)晶度、熔點(diǎn)和應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶等也是影響其極限力學(xué)性能的因素。極性強(qiáng)的聚酯做軟段制成的聚氨酯彈性體及泡沫力學(xué)性能較好。因?yàn)?，聚酯多元醇制成的聚氨酯含有極性大的酯基，這種聚氨酯材料內(nèi)部不僅硬段間能夠形成氫鍵，而且軟段上的極性基團(tuán)也能部分的與硬段上的極性基團(tuán)形成氫鍵，使硬段相能更均勻的分布于軟段相中，起到彈性交聯(lián)點(diǎn)的作用。在室溫下某些聚酯多元醇可形成軟段結(jié)晶，影響聚氨酯的性能。聚酯型聚氨酯材料的強(qiáng)度、耐油性、熱氧老化性比 PPG 聚醚型聚氨酯材料的性能高，但耐水解性能比聚醚型的差。聚四氫呋喃(PTMG)型聚氨酯由于分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，易形成結(jié)晶，強(qiáng)度與聚酯型聚氨酯不相上下。一般說(shuō)來(lái)，聚醚型聚氨酯軟段的醚基較易內(nèi)旋轉(zhuǎn)，具有較好的柔順性，有優(yōu)異的低溫性能，并且聚醚多元醇鏈中不存在相對(duì)易于水解的酯基，其耐水解性比聚酯型聚氨酯好。聚醚軟段的醚鍵的 α 碳容易被氧化，形成過(guò)氧化物自由基，產(chǎn)生一系列的氧化降解反應(yīng)。以聚丁二烯分子鏈為軟段的聚氨酯，由于極性弱，軟硬段間相容性差，彈性體強(qiáng)度較差。含有側(cè)鏈的軟段，由于位阻作用，氫鍵弱，結(jié)晶性差，強(qiáng)度比相同軟段主鏈的無(wú)側(cè)基聚氨酯差。軟段的分子量對(duì)聚氨酯的力學(xué)性能有影響。一般說(shuō)來(lái)，假定聚氨酯分子量相同，則聚氨酯材料的強(qiáng)度隨著軟段分子量的增加而降低；若軟段為聚酯鏈，則聚材料的強(qiáng)度隨著聚酯二醇分子量的增加而緩慢降低；若軟段為聚醚鏈，則聚材料的強(qiáng)度隨聚醚二醇分子量的增加而下降，不過(guò)伸長(zhǎng)率卻上升。這是由于酯型軟段極性較高，分子間作用力較大，可部分抵消由于分子量增大，軟段含增加而導(dǎo)致聚氨酯材料強(qiáng)度降低的影響。而聚醚軟段極性較弱，若分子量增大，相應(yīng)聚氨酯中硬段的含量減小，導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降。朱金華等人[9]合成了一系含有不同軟段的聚氨酯嵌段共聚物及接枝共聚物，并測(cè)試了其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，果表明，聚氨酯共聚物的相容性和大分子的鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，接枝鏈的存在對(duì)聚氨嵌段共聚物相容性和阻尼性能有顯著影響。一般軟段分子量對(duì)聚氨酯彈性體耐性能和熱老化性能的影響并不顯著。軟段的結(jié)晶性對(duì)線(xiàn)型聚氨酯結(jié)晶性有較大貢獻(xiàn)。一般說(shuō)來(lái)，結(jié)晶性對(duì)提高聚氨酯的強(qiáng)度是有利的。但有時(shí)結(jié)晶會(huì)降低材的低溫柔韌性，并且結(jié)晶型聚合物常常不透明。為了避免結(jié)晶，可降低分子的整性，如采用共聚酯或共聚醚多元醇，或混合多元醇、混合擴(kuò)鏈劑等。
(5)硬段對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響
硬段結(jié)構(gòu)是影響聚氨酯彈性體耐熱性能的主要因素之一。構(gòu)成聚氨酯彈性體段的二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑的結(jié)構(gòu)不同，對(duì)耐熱性能也會(huì)產(chǎn)生影響。聚氨酯材料硬段由多異氰酸酯與擴(kuò)鏈劑應(yīng)后組成，含有氨基甲酸酯基、芳基、取代脲基強(qiáng)極性基團(tuán)，通常芳香族異氰酸酯形成的剛性鏈段構(gòu)象不易改變，常溫下伸展棒狀。硬段通常影響聚氨酯的高溫性能，如軟化、熔融溫度。常用的二異氰酸酯為 TDI、MDI、IPDI、PPDI、NDI 等，常用醇為乙二醇、-丁二醇、己二醇等，常用胺為 MOCA、EDA、DETDA 等。選擇硬鏈段類(lèi)型要是根據(jù)期望的聚合物的力學(xué)性能，如高使用溫度、耐候性、溶解性等，當(dāng)也要考慮其經(jīng)濟(jì)性。不同的二異氰酸酯結(jié)構(gòu)可影響硬段的規(guī)整性，影響氫鍵的成，因而對(duì)彈性體的強(qiáng)度有較大的影響。一般來(lái)說(shuō)，含芳環(huán)的異氰酸酯使硬段有更大的剛性，內(nèi)聚能大，一般使彈性體的強(qiáng)度增加。
由二異氰酸酯和二元胺擴(kuò)鏈劑構(gòu)成的含有脲基的剛性鏈段，由于脲基的內(nèi)聚很大，極易形成塑料微區(qū)，由這種剛性鏈段構(gòu)成的聚氨酯極易發(fā)生微相分離。般來(lái)說(shuō)，構(gòu)成聚氨酯的剛性鏈段的剛性越大，越易發(fā)生微相分離，在聚氨酯中，性鏈段的含量越高，越易發(fā)生微相分離。
擴(kuò)鏈劑關(guān)系到聚氨酯彈性體的硬段結(jié)構(gòu)，對(duì)彈性體的性能影響較大。含芳環(huán)二元胺擴(kuò)鏈的聚氨酯與脂肪族二元醇擴(kuò)鏈的聚氨酯相比有較高的強(qiáng)度，是因?yàn)樵窋U(kuò)鏈劑能形成脲鍵，脲鍵的極性比氨酯鍵的強(qiáng)，而且脲鍵硬段與聚醚軟段間溶解度參數(shù)的差異較大，因此聚脲硬段與聚醚軟段有更大的熱力學(xué)不相容性，使得聚氨酯脲有更好的微相分離[10]，因而二元胺擴(kuò)鏈的聚氨酯比二元醇擴(kuò)鏈的聚氨酯具有較高的力學(xué)強(qiáng)度、模量、粘彈性、耐熱性，并且還具有較好的低溫性能。澆注型聚氨酯彈性體多采用芳族二元胺做擴(kuò)鏈劑就是因?yàn)橛纱酥苽涞木郯滨椥泽w具有良好的綜合性能。赧廣杰等[11]研究報(bào)道，通過(guò)馬來(lái)酸酐與多元醇反應(yīng)形成羧基酯多元醇，然后再與其它單體如 TDI-80、交聯(lián)劑以及擴(kuò)鏈劑等反應(yīng)，制備了含羧基的聚氨酯預(yù)聚體，將其分散于三乙醇胺的水溶液中，制成水性聚氨酯，并對(duì)擴(kuò)鏈劑的種類(lèi)和用量對(duì)樹(shù)脂性能的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)胺基擴(kuò)鏈劑比羥基擴(kuò)鏈劑更有利于提高樹(shù)脂的力學(xué)性能。以雙酚 A 做擴(kuò)鏈劑，不僅可以提高樹(shù)脂的力學(xué)性能，還可以提高樹(shù)脂的玻璃化溫度，拓寬內(nèi)耗峰的寬度，改善樹(shù)脂皮革態(tài)的溫度范圍[12]。聚氨酯脲所使用的二胺類(lèi)擴(kuò)鏈劑的結(jié)構(gòu)直接影響材料中的氫鍵、結(jié)晶、微相結(jié)構(gòu)分離，并很大程度上決定了材料的性能[13]。隨著硬段含量的增加，聚氨酯材料拉斷強(qiáng)度和硬度逐漸增加，斷裂伸長(zhǎng)率下降。這是因?yàn)橛捕涡纬傻木哂幸欢ńY(jié)晶度的相和由軟段形成的無(wú)定型相之間存在微相分離，硬段的結(jié)晶區(qū)起到有效交聯(lián)點(diǎn)的作用，同時(shí)，硬段的結(jié)晶區(qū)對(duì)軟段無(wú)定型區(qū)還起到一種類(lèi)似填料增強(qiáng)的作用當(dāng)含量增加時(shí)，硬段所具有的在軟段中產(chǎn)生的增強(qiáng)作用及有效交聯(lián)作用增強(qiáng)，促使材料強(qiáng)度增大。
(6)交聯(lián)對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響
分子內(nèi)適度的交聯(lián)可使聚氨酯材料硬度、軟化溫度和彈性模量增加，斷裂伸長(zhǎng)率、永久變形和溶劑中的溶脹性降低。對(duì)于聚氨酯彈性體，適當(dāng)交聯(lián)，可制得力學(xué)強(qiáng)度優(yōu)良、硬度高、富有彈性，且有優(yōu)良耐磨、耐油、耐臭氧及耐熱性等性能的材料。但若交聯(lián)過(guò)度，可使拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等性能下降。在嵌段聚氨酯彈性體中，化學(xué)交聯(lián)作用分為兩大類(lèi)：(1)利用三官能團(tuán)的擴(kuò)鏈劑（如 TMP）形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)；(2)利用過(guò)量的異氰酸酯，經(jīng)反應(yīng)生成縮二脲（經(jīng)由脲基）或脲基甲酸酯（經(jīng)由氨基甲酸酯基）交聯(lián)。交聯(lián)對(duì)氫鍵化程度有顯著影響，交聯(lián)的形成大大降低了材料的氫鍵化程度，但是與氫鍵引起的物理交聯(lián)相比，化學(xué)交聯(lián)具有較好的熱穩(wěn)定性。在用 FT-IR、DSC 等手段研究了化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)聚氨酯脲彈性體的形態(tài)、力學(xué)性能及熱性能的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的聚氨酯脲彈性體具有不同形態(tài)，隨著交聯(lián)密度的增加，彈性體的微相混合程度增加，軟段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度顯著增加，并且彈性體的 300%定伸強(qiáng)度逐漸增加，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸減小，當(dāng)化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)較完善時(shí)，彈性體的力學(xué)性能(拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度)達(dá)到高。

4 聚氨酯彈性體的應(yīng)用
(1)在選煤、礦山、冶金等行業(yè)的應(yīng)用
聚氨酯彈性體是符合礦山要求的非金屬材料，可取代部分金屬材料。用于山的聚氨酯彈性體制品有篩板、彈性體襯里、運(yùn)輸帶等。聚氨酯橡膠篩板品種弛張篩板、張力篩板、條縫篩板等。聚氨酯橡膠篩板具有優(yōu)異的耐磨、耐水、油、吸振消聲、強(qiáng)度高、與金屬骨架粘接牢等特性，噪音小，自清理效果好，減輕篩機(jī)負(fù)荷，節(jié)省能耗，延長(zhǎng)了篩機(jī)壽命，篩分的質(zhì)量高。許多礦山設(shè)備如搖床、特種選礦機(jī)、浮選機(jī)、族流器、螺旋流槽、粉碎機(jī)、選機(jī)、管道和彎頭，接觸碎石等物料，需要耐磨的襯里；礦用單軌吊車(chē)的鋼芯氨酯驅(qū)動(dòng)輪、阻燃抗靜電的聚氨酯輸送帶、設(shè)備電纜 TPU 護(hù)套、防塵圈、減震等，聚氨酯彈性體是首選的材料。
(2)聚氨酯膠輥
聚氨酯膠輥是一類(lèi)性能優(yōu)異的聚氨酯橡膠制品，一般采用澆注工藝在鋼或鐵外覆一層聚氨酯彈性體而成。根據(jù)用途分種類(lèi)有：糧食加工的礱谷膠輥，造紙業(yè)中的擠壓膠輥和軋漿膠輥，紡織工業(yè)中用作拉絲輥、牽伸輥和切絲輥等，木、玻璃和包裝工業(yè)所用的傳動(dòng)軸承膠輥，印染機(jī)械用各種膠輥，各種儀器用小膠輥，輸送系統(tǒng)用傳送膠輥，印刷膠輥，金屬冷軋用傳送膠輥，金屬鋼板彩涂輥等等，這些膠輥的膠層都可以用聚氨酯彈性體制作。膠輥大多數(shù)采用澆注工藝制造，一般采用把鋼芯放在圓筒型模具中央澆注彈體成型。特殊的膠輥可采用離心澆注法或旋轉(zhuǎn)澆注法。旋轉(zhuǎn)澆注法無(wú)需模具，用室溫硫化澆注彈性體體系，總加工時(shí)間縮短。
(3)聚氨酯膠輪及輪胎
聚氨酯彈性體承載能力大、耐磨、耐油，與金屬骨架粘接牢固，可用于制造各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中廣泛使用的膠輪，如；生產(chǎn)線(xiàn)傳送帶用托輪、導(dǎo)輪，纜車(chē)的滑，等等。體育娛樂(lè)方向，高檔溜冰鞋旱冰輪及滑板車(chē)的輪子都采用聚氨酯制造。氨酯膠輪還具有耐油、韌性好、附著力強(qiáng)等特點(diǎn)，在礦用單軌吊車(chē)、齒軌車(chē)及洗車(chē)等車(chē)輛上使用效果十分明顯。聚氨酯還用于很小的電子和精密儀器傳動(dòng)、各種萬(wàn)向輪等。還有微發(fā)泡輪胎，PU 發(fā)泡填充輪胎等。
(4)機(jī)械配件
各種密封圈、減震塊、聯(lián)軸節(jié)、汽車(chē)防滑鏈等。
(5)鞋材
聚氨酯彈性體具有緩沖性能好，質(zhì)輕、耐磨、防滑等特點(diǎn)，加工性能好，已成為制鞋工業(yè)中一種重要的鞋用合成材料，制造棒球鞋、高爾夫球、足球等的運(yùn)功鞋、鞋底、鞋跟、鞋頭，以及滑雪鞋、安全鞋、休閑鞋等。用于鞋材的聚氨酯材料有澆注型微孔彈性體及熱塑性聚氨酯彈性體等，以微孔彈性體鞋底為主。聚氨酯微孔彈性體質(zhì)輕，耐磨性又好.受到制鞋廠商的青睬。制品密度低，比傳統(tǒng)的橡膠底和 PVC 鞋材要輕得多。在國(guó)內(nèi)微孔聚氨酯能彈性體主要用于旅游鞋、皮鞋、運(yùn)動(dòng)鞋、涼鞋等的鞋底及鞋墊，國(guó)外主要可用于需耐磨性和彈性的特殊運(yùn)動(dòng)鞋鞋底，設(shè)計(jì)可多樣化。TPU 鞋后跟具有高耐磨性。可在注射成型中加入可熱分解發(fā)泡劑，制成發(fā)泡 TPU 彈性鞋材。
(6)模具襯里以及鈑金零件成型用沖裁模板等
用常規(guī)鋼制沖模沖裁薄片零件，斷口常有毛刺。用聚氨酯橡膠代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼模的沖壓技術(shù)是金屬薄板沖壓技術(shù)的一次飛躍，能大幅度縮短模具制造周期，延長(zhǎng)模具使用壽命，降低成型零件的生產(chǎn)成本.并提高零件表面質(zhì)量和尺寸精度，特別適用于中小批量和單件產(chǎn)品的試制生產(chǎn)，對(duì)薄而復(fù)雜的沖壓零件更加適合。在瓷磚及陶瓷生產(chǎn)線(xiàn)上，采用 PU 彈性體內(nèi)襯模具可降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和成品率。聚氨酯可制造混凝土模具，采用聚氨酯模具可復(fù)制各種花紋，生產(chǎn)裝飾性砌塊，五金模具沖壓生產(chǎn)中采用聚氨酯彈性體棒、管及板墊代替金屬?gòu)椈勺骶彌_構(gòu)件，彈性高、柔韌性、壓縮變形強(qiáng)度高，不損壞模具。
(7)醫(yī)用彈性體制品
醫(yī)用聚氨酯彈性體在國(guó)外以熱塑性聚氨酯為主，也有少量澆注型聚氨酯彈性體及微孔彈性體。由于聚氨酯彈性體的高強(qiáng)度、耐磨、具生物相容性、無(wú)增塑劑和其它小分子惰性添加劑、在醫(yī)用高分子材料中占有重要的地位。醫(yī)用聚氨酯制品有聚氨酯胃鏡軟管、醫(yī)用軟管、人工以及隔膜及包囊材料、聚氨酯彈性繃帶、氣管套等等[14]。
(8)管材
利用聚氨酯彈性體的柔韌性、高拉伸強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度、耐低溫、耐高溫、有較高的耐壓強(qiáng)度等特點(diǎn)，可制成各種軟管和硬管，如高壓軟管、醫(yī)用導(dǎo)管、油管、空氣輸送管、燃料輸送管、油漆用軟管、消防用軟管、氣體物料輸料管等等。氨酯管大多采用熱塑性聚氨酯擠塑成型。