2 聚氨醋橡胶轮胎弹性体材料的主要性能特点
聚氨醋橡胶轮胎中的原料聚氨醋弹性体,可在较宽的硬度范围具有较高的弹性及强度、优异的耐磨性、耐油性、耐疲劳性及抗震动性,具有“耐磨橡胶”之称。聚氨醋弹性体在聚氨醋产品中产量虽小,但其具有优异的综合性能。聚氨醋弹性体材料的主要性能参数如下。
聚氨醋弹性体的硬度范围低至邵A10,高至邵D80,并且不需要填料的帮助。尤其可贵的是弹性体在塑料硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率,而普通橡胶只有靠添加大量填料,并以大幅度降低弹性和延伸率作为代价才能获得较高的硬度。
聚氨醋弹性体的机械强度高,表现在杨氏模量、撕裂强度和承载力等方面。在弹性限度内,拉伸应力与形变之比叫做杨氏模量(E),或者称为弹性模量。聚氨酯弹性体和其他弹性体一样,只有在低伸长时(约2.5)才遵循胡克定理。但是它的杨氏模量要比其他弹性体高得多,而且聚氨醋弹性体的杨氏模量范围遍及橡胶和塑料,范围之宽,其他材料无可比拟。
聚氨醋弹性体的撕裂强度很高,尤其是聚醋型,约为天然橡胶的2倍以上。虽然在低硬度下聚氨醋弹性体的压缩强度也不高,但聚氨酷弹性体可以在保持橡胶弹性的前提下提高硬度从而达到很高的承载能力。其他橡胶的硬度受到很大局限,承载能力无法大幅度的提高。
聚氨醋弹性体的耐磨性能非常突出,一般在0.03~0.20 mm3/m范围内,约为天然橡胶的3~5倍。实际使用中,由于润滑剂等因素的影响,其效果往往更好。耐磨性与材料的撕裂强度和表面状况等关系很大。聚氨醋弹性体的撕裂强度比其他橡胶高得多,但是其本身的摩擦系数并不低,一般在0.5以上,需要在实际使用中注意添加油类润滑剂,或加少量二硫化钥或石墨、硅油、四氟乙烯粉等,以降低摩擦系数,减少摩擦生热。其摩擦系数还与材料硬度和表面温度等因素有关。在所有情况下摩擦系数都随硬度的降低而提高,随表面温度的升高而上升,约60℃达到最大值。
聚氨醋弹性体是一种强极性高分子材料。和非极性矿物油的亲和性小,在燃料油和机械油中几乎不受侵蚀,比通用橡胶好的多,可以与丁睛橡胶媲美。但在醇、醋、酮类及芳烃中溶胀较大,高温下逐渐破坏。在卤代烃中溶胀显著,有时还发生降解。聚氨醋弹性体浸在无机物溶液中,如果没有催化剂的作用,和浸在水中相似。在弱酸、弱碱溶液中降解比在水中快,强酸强碱对聚氨脂的浸蚀作用更大。聚氨MH弹性体在油中的使用温度为110℃以下,比空气中的使用温度高。在多工程应用中,油总是被水污染的。只要油中含有0.02的水,水几乎可全部转移到弹性体中。这时,使用效果就会发生显著差异。聚氨醋弹性体在常温下的耐水性能是好的,两年内不会发生明显水解作用,尤其是聚丁二烯型、聚醚型和聚碳酸醋型。
聚氨醋弹性体在惰性气体中的耐热性能尚好,常温下耐氧和耐臭氧性能也很好,尤其是聚醋型。但高温和氧的同时作用会加快聚氨醋的老化进程。聚氨醋弹性体在空气中长时间连续使用的温度上限是80℃~ 90℃,短时间使用可达到120℃,对热氧化变性出现显著影响的温度约为130℃。按品种来说,聚醋型的耐热氧化性能比聚醚型好。随着温度的下降,聚氨醋弹性体的硬度、拉伸强度、撕裂强度和扭转刚性显著增大,回弹和伸长率下降。
聚氨醋弹性体对交变应力的作用表现出明显的滞后现象。在此过程中,外力作用的一部分能量消耗于弹性体的分子的内摩擦,转变成为热能。这种特性叫做材料的吸振性能,也称为能量吸收性能或阻尼性能。吸振性能通常用衰减系数表示。衰减系数表示发生形变的材料能吸收施加给它的能量的百分数。它除了与材料的性质有关外,还与环境温度、振动频率有关。温度越高,衰减系数越低,振动频率越高,吸收能量越大。除了上述之外,聚氨醋弹性体的电绝缘性能在一般工作温度下是比较好的,大体相当于氯丁橡胶和酚醛树脂的水平。由于它既可以浇注成型,又可热塑成型,故常用作电器元件灌封和电缆护套等材料。聚氨醋弹性体由于其分子极性比较大,对水有亲和性,所以其电性能随环境温度变化比较大,同时也不适用于高频电器材料使用。此外,聚氨醋弹性体的电性能随温度的卜升而下降,随材料的硬度上升而提高。在合成高分子材料中,聚氨醋弹性体的耐高能射线的性能很好。但对于浅色或者透明的弹性体在射线的作用下会出现变色现象。