聚氨酯弹性体（PU）耐热性差怎么办，看看这些改性方法吧！

聚氨酯弹性体又称聚氨酯橡胶，是一种模量介于塑料与橡胶之间的特种材料。根据所用原料的不同，一般为聚酯型和聚醚型两类。

高弹性、抗撕裂、黏接性好、挠曲性好、耐油等

广泛应用于轮胎、减震垫、轨枕、塑胶跑道、鞋子及医疗领域。

从分子结构上看，聚氨酯弹性体是一种大分子主链中含有较多氨基甲酸酯基团—NHCOO—或脲基基团—NHCOONH—的典型嵌段共聚物，一般由 不具结晶性的低聚物多元醇构成软段 ，以 具有结晶性的二异氰酸酯及扩链剂构成硬段 ，软硬段相互交替排列，形成重复结构单元。

由于 软硬段的不相容性 ，使分子之间存在明显的微相分离结构，其中 软段用来提供弹性 ，在外力作用下纤维可以被拉伸变形，使纤维有突出的黏弹性；硬段分子内及分子间可形成氢键，在外力作用下不产生形变，起到填充、增强作用，使纤维有足够的回弹性。

这种多相的高分子具有良好的硬度、度和耐化学腐蚀性，同样这些结构特点也使得聚氨酯弹性体具有优异的耐磨性和高韧性，因而以“ 耐磨橡胶 ”著称。

尽管具有诸多优点，但其本身也存在许多缺陷， 其中耐热性较差就是一个非常重要的缺点。

由于含有 脲基甲酸酯、缩二脲、醚、酯等基团 ，这些基团的耐热性较差，易受热分解，进而影响聚氨酯弹性体的耐热性能。通常聚氨酯弹性体的长期使用温度不超过 80 ℃，随着温度的升高，使用寿命会迅速下降。在 80~100 ℃可以使用数天，120 ℃仅仅数小时，温度超过 200 ℃时，聚氨酯弹性体分子链就会发生热降解，热稳定性差极大限制了其应用价值。

因此，聚氨酯弹性体耐热性能的研究都是重点和难点，通过改进，可以使其在温度较高时可以保持很好的力学性能稳定性。

聚合物多元醇构成聚氨酯弹性体的软链段，主要分为 聚酯型和聚醚型 ，还有一些 聚烯烃多元醇和低聚物多元醇 。 不同种类、结构的多元醇和耐热解温度 不同的基团，均对聚氨酯弹性体耐热性有所影响。一般来说， 结构越规整的聚合物多元醇和耐热解温度高的基团 ，都可以提高弹性体热稳定性。

美国专利 报道的以偏苯三酸酐合成的聚酯多元醇，可以制得玻璃化转变温度为 160 ℃的聚氨酯。

欧洲专利 报道采用1,3-丙二醇聚ε-己内酯及4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)制得维卡软化温度为 160 ℃的聚氨酯。

德国专利 报道，以甲基丙烯酸酯-乙基丙烯酸酯和热塑性聚氨酯共聚物混合制得维卡软化温度为157 ℃的聚氨酯弹性体。

同样， 一般情况下聚醚型聚氨酯耐热性差于聚酯型 。这是由于聚酯多元醇含有极性较大的羰基，热稳定性好，而醚基α-碳原子上的氢很容易被氧化，因此可以通过在聚酯多元醇中插入空间位阻较大的环体结构来阻碍受热过程中分子的相对运动，从而达到耐热性能的提高。

不同结构的异氰酸酯对材料的热分解速率和初始热分解温度均有显著的影响，其耐热顺序为： 4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)>PPDI>六亚甲基二异氰酸酯(HDI)>MDI> 甲苯二异氰酸酯(TDI)， 主要原因是 CHDI 具有较好的对称性和规整的结构，改善了聚氨酯弹性体软、硬段微相分离程度，进而提高了材料耐热性。

一般来说，用脂肪族制备的聚氨酯耐热降解性能要差于芳香族异氰酸酯；对于同系列异氰酸酯而言，刚性基团含量越高，对称性和规整性越好，其对应弹性体的耐热性越强。

以PEPA 为软段，与 MDI 来制备聚氨酯弹性体的预聚体，并在固化过程中添加微相分离促进剂十八醇，通过促进剂分子与部分预聚体相接触，从而提高材料的微相分离程度，使材料耐热性提高。

美国专利[介绍了一种以PCL为软段可注塑用的 PPDI 型聚氨酯弹性体，材料具有良好的流动性，易用于大件制品的模塑加工，高温下也可以保持良好的尺寸稳定性。

聚氨酯的 硬段由二异氰酸酯和扩链剂构成 ，因此扩链剂对其热稳定性同样有影响。 扩链剂主要分为二醇和二胺 。由于扩链剂本身 相对分子质量小 ，因而增加其用量可以使聚氨酯中硬段含量提高，从而其玻璃化转变温度、拉伸强度、硬度和耐热性均会有所提高。

二醇扩链剂生成的聚氨酯的耐热性低于二胺扩链剂生成的聚氨酯，主要是 生成的集团和氢键 差异。

在聚氨酯弹性体的生产中可以使用 一些填料 来提高其耐热性，不仅可以降低弹性体成本，还可以减少热膨胀因数等。通常情况下填料可以分为有机物、金属和非金属。如 碳酸钙、蒙脱土、石英石、碳纤维、稀土、分子筛、玻璃纤维、固化树脂颗粒等 ，均可作为良好填料用来改善材料性能。

欧洲专利 报道在热塑性聚氨酯中加入总质量30%的玻璃纤维，制得的聚氨酯的受热变形温度可达141 ℃。

有研究人员 在合成聚氨酯时加入不同比例的超细氧化铈，采用热重法和力学性能测试分别对聚氨酯的热稳定性和力学性能进行分析，结果表明：加入超细氧化铈的聚氨酯的耐热性能明显高于普通聚氨酯；并且当加入的质量分数为 1%时，聚氨酯的综合性能最好。

分子筛 是一种微孔结构材料，是通常分子尺寸大小为0.3~2.0 nm的硅酸盐或硅铝酸盐，可以选择性地吸附分子进入内部。有人采用含有活性羟基基团的Y型沸石分子筛与聚氨酯一起合成具有良好耐热性能的聚氨酯-沸石复合材料，耐热温度高于普通聚氨酯。

由于硅酸盐片层与聚氨酯基体可以产生较强的作用 ，近年来的研究报道了许多利用热稳定性较好的累托石、蒙脱土等层状硅酸盐来提高聚氨酯的耐热性。其中，中国科学院化学研究所马继盛等利用插层聚合法制备了综合力学性能优异的聚氨酯-蒙脱士纳米复合材料，通过热重分析表明聚氨酯的热稳定性有所提高，并在一定范围内随着含量增加，最大热失重峰温度也随之升高。

通过严格控制工艺条件，特别是反应物纯度和用量，可以使聚氨酯弹性体的耐热性增强。例如氨基甲酸酯和脲基的热稳定性强于缩二脲和脲基甲酸酯，因此反应后的产物，如果含有较多热稳定性高的基团，就可以改善聚氨酯弹性体的耐热性。

聚氨酯弹性体的加工工艺一般包括 一步法、预聚法和半预聚法等。

一步法虽然工艺流程简单、节约成本，但产物分子结构往往不规整，使得产品的重复性和均一性较差。预聚法和半预聚法生产的聚氨酯弹性体就要好一些，但工艺过程较长，对设备要求较高。

德国专利 曾报道通过半预聚法制得维卡软化温度为147 ℃的聚氨酯弹性体，在适宜的反应温度和硫化条件下也可改善聚氨酯浇注胶的耐热形变性能。因此在实际应用中应根据产品的性能指标和工艺要求，选择切实可行的工艺路线来最优化满足生产所需。

在聚氨酯分子主链上可以引入耐热性好的有机杂环 ，如异氰脲酸酯环、聚酰亚胺环、有机硅、噁唑烷酮环等，能明显提高聚氨酯弹性体的耐热性。

异氰酸酯和环氧基反应可生成噁唑烷酮类化合物 ，所得弹性体耐热性良好，受热分解温度高达300 ℃。有人用环氧树脂和含有—NCO 基的聚氨酯预聚体来制备噁唑烷酮基，进而合成了热稳定性良好的聚氨酯弹性体。

国外科学家在聚氨酯主链中引入均苯四酸二酰亚胺基团，所得改性聚氨酯材料不仅热稳定性得到很大提高， 耐热降解温度可达500 ℃ ，并且可维持良好的耐磨性、耐油性和耐撕裂性等。