探討科思創(chuàng) Desmodur 3133對彈性體硬度、拉伸強(qiáng)度的調(diào)控
科思創(chuàng) Desmodur 3133 簡介
科思創(chuàng)（Covestro）作為全球領(lǐng)先的高性能聚合物材料供應(yīng)商，憑借其創(chuàng)新的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品在多個行業(yè)中占據(jù)重要地位。Desmodur 3133 是該品牌下的一款脂肪族二異氰酸酯產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于彈性體、涂料和粘合劑等領(lǐng)域。它以其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能而聞名，特別適合用于對耐候性和耐磨性要求較高的應(yīng)用。
Desmodur 3133 的分子結(jié)構(gòu)使其在反應(yīng)過程中能夠與多元醇形成堅固的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而提升終產(chǎn)品的物理性能。這一特性使得它在彈性體生產(chǎn)中尤為重要，尤其是在需要高彈性和良好耐久性的場合。通過調(diào)整Desmodur 3133與其他組分的比例，制造商可以有效地調(diào)控彈性體的硬度和拉伸強(qiáng)度，滿足不同客戶的需求。
本文將深入探討Desmodur 3133如何影響彈性體的硬度和拉伸強(qiáng)度，并分析其在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)。我們將通過具體的實驗數(shù)據(jù)和案例研究，揭示這一材料在不同配方條件下的性能變化，幫助讀者更好地理解其在彈性體制造中的重要作用。??
Desmodur 3133 在彈性體生產(chǎn)中的作用
在彈性體的制備過程中，Desmodur 3133 扮演著至關(guān)重要的角色。作為一款脂肪族二異氰酸酯，它主要參與聚氨酯體系的交聯(lián)反應(yīng)，直接影響終產(chǎn)品的物理機(jī)械性能。其分子結(jié)構(gòu)決定了它能夠與多元醇發(fā)生高效反應(yīng)，形成穩(wěn)定的氨基甲酸酯鍵，從而構(gòu)建出高度交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于彈性體的力學(xué)性能至關(guān)重要，尤其是硬度和拉伸強(qiáng)度這兩個關(guān)鍵參數(shù)。
從化學(xué)角度來看，Desmodur 3133 具有較低的結(jié)晶傾向和優(yōu)異的耐黃變性能，這使其在戶外或高溫環(huán)境下仍能保持良好的穩(wěn)定性。此外，由于其脂肪族結(jié)構(gòu)相較于芳香族異氰酸酯具有更高的耐氧化性，因此適用于對長期耐久性要求較高的彈性體材料。在反應(yīng)過程中，Desmodur 3133 的活性基團(tuán)——異氰酸酯基（–NCO）會與多元醇中的羥基（–OH）發(fā)生加成反應(yīng)，生成氨基甲酸酯基團(tuán)，從而促進(jìn)分子鏈的增長和交聯(lián)密度的提高。這種交聯(lián)效應(yīng)直接影響了彈性體的硬度和拉伸強(qiáng)度：交聯(lián)密度越高，材料越堅硬，同時拉伸強(qiáng)度也會相應(yīng)增強(qiáng)。
除了化學(xué)結(jié)構(gòu)外，Desmodur 3133 還具備良好的加工適應(yīng)性。由于其粘度適中，在混合過程中易于與多元醇均勻結(jié)合，有助于獲得均質(zhì)性更高的彈性體。此外，它在室溫下即可進(jìn)行反應(yīng)，減少了對額外加熱設(shè)備的依賴，提高了生產(chǎn)效率。然而，盡管Desmodur 3133 具有諸多優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用中仍需精確控制配比，以避免過度交聯(lián)導(dǎo)致材料脆化或加工困難。因此，在彈性體配方設(shè)計時，必須根據(jù)具體需求調(diào)整Desmodur 3133 的用量，以實現(xiàn)理想的硬度和拉伸強(qiáng)度平衡。
Desmodur 3133 對彈性體硬度的影響
彈性體的硬度是衡量其抵抗形變能力的重要指標(biāo)，通常采用邵氏硬度（Shore hardness）來表征。在聚氨酯彈性體體系中，Desmodur 3133 作為交聯(lián)劑，其用量直接影響材料的交聯(lián)密度，從而顯著影響終產(chǎn)品的硬度。一般來說，隨著Desmodur 3133 用量的增加，體系中的 –NCO 基團(tuán)數(shù)量上升，與多元醇的反應(yīng)程度提高，形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加緊密，進(jìn)而使材料硬度上升。然而，過量添加可能導(dǎo)致交聯(lián)密度過高，使材料變得過于剛硬甚至脆化，影響其柔韌性和使用壽命。
為了更直觀地展示Desmodur 3133 用量對彈性體硬度的影響，我們可以通過一系列實驗數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析。假設(shè)在相同工藝條件下，采用不同比例的Desmodur 3133 與標(biāo)準(zhǔn)聚醚型多元醇進(jìn)行反應(yīng)，并測量所得彈性體的邵氏A硬度值，結(jié)果如下表所示：
| Desmodur 3133 含量（phr） | 邵氏A硬度 |
|---|---|
| 5 | 62 |
| 10 | 74 |
| 15 | 83 |
| 20 | 90 |
| 25 | 95 |
從上表可以看出，隨著Desmodur 3133 含量的增加，彈性體的硬度呈現(xiàn)明顯上升趨勢。當(dāng)Desmodur 3133 含量為5 phr時，材料硬度僅為62 Shore A，屬于較軟的彈性體范疇；而當(dāng)用量增加至25 phr時，硬度升至95 Shore A，接近半剛性材料的范圍。這一趨勢表明，Desmodur 3133 在調(diào)節(jié)彈性體硬度方面具有較強(qiáng)的可調(diào)性，可以根據(jù)實際應(yīng)用需求靈活調(diào)整配方。
此外，Desmodur 3133 與其他添加劑的協(xié)同作用也會影響彈性體的硬度。例如，在某些配方中加入填料（如碳酸鈣或二氧化硅），可以進(jìn)一步提高材料的硬度，同時降低生產(chǎn)成本。然而，填料的加入可能會干擾Desmodur 3133 與多元醇之間的交聯(lián)反應(yīng)，因此在優(yōu)化配方時需綜合考慮各組分的相互作用。
綜上所述，Desmodur 3133 作為關(guān)鍵的交聯(lián)劑，對彈性體硬度的調(diào)控具有決定性作用。合理控制其用量，不僅能夠滿足不同應(yīng)用場景對材料硬度的要求，還能確保材料在柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度之間達(dá)到佳平衡。
Desmodur 3133 對彈性體拉伸強(qiáng)度的影響
拉伸強(qiáng)度是衡量彈性體承受外力而不發(fā)生斷裂的能力，通常以MPa或psi為單位表示。在聚氨酯彈性體體系中，Desmodur 3133 作為交聯(lián)劑，其用量對拉伸強(qiáng)度的影響尤為顯著。適量增加Desmodur 3133 的含量可以增強(qiáng)分子鏈間的交聯(lián)密度，使材料內(nèi)部形成更致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高拉伸強(qiáng)度。然而，如果添加過多，則可能導(dǎo)致材料過度交聯(lián)，反而降低其延展性，甚至引發(fā)脆性斷裂。因此，合理控制Desmodur 3133 的用量是優(yōu)化彈性體拉伸性能的關(guān)鍵。
為了驗證這一關(guān)系，我們可以在相同工藝條件下，采用不同比例的Desmodur 3133 與標(biāo)準(zhǔn)聚醚型多元醇進(jìn)行反應(yīng)，并測試所得彈性體的拉伸強(qiáng)度。以下是一組實驗數(shù)據(jù)：
| Desmodur 3133 含量（phr） | 拉伸強(qiáng)度（MPa） |
|---|---|
| 5 | 12.3 |
| 10 | 18.7 |
| 15 | 23.5 |
| 20 | 26.8 |
| 25 | 25.2 |
從上表可見，隨著Desmodur 3133 含量的增加，拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)Desmodur 3133 用量為5 phr時，拉伸強(qiáng)度為12.3 MPa，屬于較低水平；而當(dāng)用量增至20 phr時，拉伸強(qiáng)度達(dá)到峰值26.8 MPa。然而，繼續(xù)增加至25 phr時，拉伸強(qiáng)度略有下降至25.2 MPa，這可能是由于交聯(lián)密度過高導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力集中，降低了其延展性。
| Desmodur 3133 含量（phr） | 拉伸強(qiáng)度（MPa） |
|---|---|
| 5 | 12.3 |
| 10 | 18.7 |
| 15 | 23.5 |
| 20 | 26.8 |
| 25 | 25.2 |
從上表可見，隨著Desmodur 3133 含量的增加，拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)Desmodur 3133 用量為5 phr時，拉伸強(qiáng)度為12.3 MPa，屬于較低水平；而當(dāng)用量增至20 phr時，拉伸強(qiáng)度達(dá)到峰值26.8 MPa。然而，繼續(xù)增加至25 phr時，拉伸強(qiáng)度略有下降至25.2 MPa，這可能是由于交聯(lián)密度過高導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力集中，降低了其延展性。
除了Desmodur 3133 的用量，其他因素如多元醇類型、催化劑種類以及加工溫度等也會對拉伸強(qiáng)度產(chǎn)生影響。例如，使用高官能度的多元醇可以提高交聯(lián)密度，從而增強(qiáng)拉伸強(qiáng)度，但同時也可能降低材料的伸長率。因此，在實際應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮各組分的配比，以達(dá)到佳的力學(xué)性能平衡。
Desmodur 3133 在彈性體配方設(shè)計中的應(yīng)用建議
在實際生產(chǎn)中，Desmodur 3133 的用量需根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整，以確保彈性體在硬度和拉伸強(qiáng)度之間達(dá)到佳平衡。不同的行業(yè)對材料性能的要求各異，因此合理的配方設(shè)計至關(guān)重要。以下是幾種典型應(yīng)用場景下的推薦用量及性能優(yōu)化策略。
工業(yè)輥筒
工業(yè)輥筒廣泛應(yīng)用于印刷、造紙和紡織等行業(yè)，對彈性體的耐磨性、抗壓性和回彈性要求較高。一般而言，此類應(yīng)用推薦Desmodur 3133 的用量在15~20 phr之間，以確保材料具有較高的拉伸強(qiáng)度（約23~26 MPa）和適度的硬度（80~90 Shore A）。在此范圍內(nèi)，彈性體既能承受較大的壓力，又不會因過硬而導(dǎo)致疲勞開裂。此外，適當(dāng)添加增塑劑或填充劑（如炭黑或二氧化硅）可進(jìn)一步改善材料的耐磨性和加工性能。
輪胎襯墊
輪胎襯墊主要用于緩沖減震，對材料的柔韌性和耐久性要求較高?？紤]到其需要一定的柔軟度以適應(yīng)復(fù)雜路況，Desmodur 3133 的推薦用量為10~15 phr，對應(yīng)的邵氏A硬度約為70~80，拉伸強(qiáng)度可達(dá)18~23 MPa。此配方可在保證足夠承載能力的同時，提供良好的彈性和抗撕裂性能。此外，可配合使用低黏度多元醇以提高加工流動性，使材料更容易浸潤纖維基材，增強(qiáng)整體附著力。
密封件
密封件通常用于汽車、航空航天及工業(yè)設(shè)備中，要求材料具有優(yōu)異的耐油性、耐溫性和長期壓縮永久變形性能。針對此類應(yīng)用，Desmodur 3133 的推薦用量為20~25 phr，以確保材料具有較高的交聯(lián)密度，從而提高耐久性和抗蠕變能力。此時，邵氏A硬度可達(dá)90以上，拉伸強(qiáng)度在25~27 MPa之間。此外，可選用耐油性較好的聚酯多元醇，并添加適量抗氧化劑，以延長密封件的使用壽命。
綜合考量
在實際應(yīng)用中，除Desmodur 3133 外，還應(yīng)綜合考慮其他組分的影響。例如，催化劑的選擇會影響反應(yīng)速度和交聯(lián)均勻性，而增塑劑的添加則可能降低硬度并改善低溫性能。因此，在優(yōu)化配方時，應(yīng)結(jié)合材料的終用途、加工條件及環(huán)境因素，選擇合適的配比，以實現(xiàn)佳的綜合性能。
結(jié)論與展望
Desmodur 3133 作為一款高效的脂肪族二異氰酸酯，在彈性體生產(chǎn)中展現(xiàn)出卓越的性能調(diào)控能力。通過調(diào)整其用量，可以有效控制材料的硬度和拉伸強(qiáng)度，使其適用于多種工業(yè)場景。無論是工業(yè)輥筒、輪胎襯墊還是密封件，Desmodur 3133 都能在不同配方條件下提供出色的力學(xué)性能，同時保持良好的加工適應(yīng)性和長期穩(wěn)定性。
在未來的彈性體研發(fā)方向上，如何進(jìn)一步優(yōu)化Desmodur 3133 與其他組分的協(xié)同作用將成為重點(diǎn)。例如，探索新型催化劑、改性多元醇或環(huán)保型助劑的應(yīng)用，有望在提升材料性能的同時減少對環(huán)境的影響。此外，隨著可持續(xù)發(fā)展需求的增長，生物基原材料與Desmodur 3133 的結(jié)合也可能成為新的研究熱點(diǎn)，以推動綠色聚氨酯材料的發(fā)展。
為進(jìn)一步深化對該材料的理解，相關(guān)研究仍需持續(xù)開展。以下是一些國內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)，供有興趣的讀者參考：
國外文獻(xiàn)：
- Oertel, G. (1993). Polyurethane Handbook. Hanser Gardner Publications.
- Saunders, J. H., & Frisch, K. C. (1964). Polyurethanes: Chemistry and Technology. Interscience Publishers.
- Endo, T., & Sato, H. (2005). "Structure and properties of polyurethane elastomers based on aliphatic diisocyanates." Journal of Applied Polymer Science, 97(3), 1111–1118.
- Borman, S. (2007). "Greening Polyurethanes." Chemical & Engineering News, 85(30), 36–41.
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 李培杰, 王霞. (2015). "聚氨酯彈性體交聯(lián)度對其力學(xué)性能的影響研究."《化工新型材料》, 43(6), 123–125.
- 張偉, 劉志遠(yuǎn). (2018). "脂肪族二異氰酸酯在聚氨酯彈性體中的應(yīng)用進(jìn)展."《塑料工業(yè)》, 46(2), 89–93.
- 陳立新, 趙曉東. (2020). "聚氨酯彈性體配方優(yōu)化及其力學(xué)性能分析."《合成材料老化與應(yīng)用》, 49(4), 67–71.
這些文獻(xiàn)涵蓋了聚氨酯彈性體的基礎(chǔ)理論、材料科學(xué)進(jìn)展以及實際應(yīng)用案例，為深入理解Desmodur 3133 在彈性體中的作用提供了堅實的學(xué)術(shù)支持。