PTMG型聚氨酯同步带的研制
赵彩荣 ,刘朝晖 ,杨 洁 ,赵 伟 ,魏柳荷 ,张阿方
(河南省科学院化学研究所 ,郑州 450002)
摘 要:采用自行生产的 PTMG型聚氨酯预聚体为原料 ,通过对物料配比、 强力层材料、 粘接工艺等条件的研究 ,制得了硬度适宜、 机械强度高、 耐磨损、 耐油、 耐水解、 耐屈挠性能好的聚氨酯同步带。
关键词:四氢呋喃均聚醚;聚氨酯预聚体;同步带
中图分类号: TQ33411 文献标识码:B 文章编号:1005 - 4030 (2002) 05 - 0027 - 03
作者简介:赵彩荣,女,38 岁,硕士研究生,副研究员,主要从事聚氨酯材料的合成与应用研究。
浇注型聚氨酯同步带具有高硬度、 高弹性、 耐磨性能优异、 机械强度高、 传动功率大、 带体薄、 运转平稳和耐辐射性能好等特点[1 ]。浇注型聚氨酯具有一般液体橡胶的优点 ,不需要炼胶、 压延等设备 ,工艺简单、 成型方便[2 ,3 ]。在各种聚氨酯材料中 ,以四氢呋喃均聚醚(简称 PTMG)类聚氨酯材料综合性能最佳 ,它除具备聚酯类聚氨酯橡胶机械强度高、 而磨性能好等优点外 ,还具有优异的耐水解性、 耐霉菌性及耐老化性等 ,因而由 PT2MG制备的聚氨酯同步带其综合性能最佳 ,产品的贮存稳定性也更好。
本工作以 PTMG型聚氨酯预聚体为主要原料 ,通过对物料配比、 强力层材料、 粘接工艺、 浇注工艺以及硫化工艺等条件的研究 ,制得了硬度适宜、 机械强度高、 耐磨损、 耐油、 耐水解、 耐屈挠性能好的聚氨酯同步带。
1 实验部分
111 原料
PTMG(M1000~2000) ,自制工业品; 2 ,4 -TDI ,进口一级工业品;MOCA ,工业一级品;脱模剂 ,工业一级品;CH218 ,工业一级品;列克钠 ,工业一级品;间苯二酚 — 甲醛树脂胶粘剂 ,自制;钢丝绳 ,工业一级品;玻璃纤维绳 ,工业一级品;芳纶纤维 ,进口一级工业品;甲苯 ,石油级;异丙醇 ,工业一级品。
112 实验操作
1)聚氨酯预聚体的制备:将已脱水的 PTMG与 TDI在相应温度下 ,按一定配比反应一定时间 ,即得预聚体。
2)模具处理及强力层线绳缠绕:为防止模具与聚氨酯橡胶粘合而影响脱模 ,在模具上应均匀地涂一层脱模剂。涂过脱模剂的模具经组装后 ,放置在绕线机上 ,进行强力层线绳缠绕。绕线后的模具放在 100 ±10 ℃ 烘箱中加热 30min。
3)成品的制备:将预聚体加热至一定温度后 ,倒入熔化的 MOCA ,迅速混合均匀后 ,注入同步带模具内 ,离心浇注 ,浇至有微量余料从模腔溢出为止 ,并继续高速离心运转 3min 左右 ,待原料已成为流动性很小的粘稠液体时 ,停止离心机转动 ,将模具移入 100 ℃烘箱中硫化一定时间 ,冷却脱模 ,即得成品。
113 分析测试
PTMG型聚氨酯同步带拉伸强度、 参考力及参考力伸长率的测定 ,按 GB10716 - 89 进行;同步带尺寸的测定 ,按 GB11616 - 89 进行;聚氨酯橡胶邵尔 A 硬度的测定 ,按 GB/ T531 - 92 进行;拉伸强度、 拉断永久变形的测定 ,按 GB/ T528 -92进行;撕裂强度的测定 ,按 GB/ T529 - 91 进行;耐磨性能的测定 (用阿克隆磨耗机) ,按GB1689 - 82 进行;热空气老化性能的测定按GB3512 - 83 进行;耐液体性能的测定 ,按 GB/T1690 -92 进行。
2 结果与讨论
211 预聚体制备工艺对产品性能的影响预聚体制备工艺包括 PTMG相对分子质量的选择、 TDI 与 PTMG摩尔比的控制、 反应温度的高低以及反应时间的长短等 ,这些条件的控制直接影响到预聚体的粘度及产品的机械物理性能。同步带的本体胶料是带背胶和带齿胶。带背胶是保护层 ,将强力层牢牢固定在节线位置 ,传动时承受拉伸和弯曲 ,同时将应力传递给强力层 ,因此要求带背胶要有足够的柔韧性和耐屈挠性;带齿胶在传动中承受剪切应力 ,向强力层传递应力和保护强力层 ,因此 ,要求带齿胶要有足够的硬度和强度 ,同时还要求胶料具有优异的耐磨、 耐油、耐水解、 耐化学腐蚀、 耐霉菌、 耐老化性能等 ,PT2
MG型聚氨酯橡胶正好具备上述特性。综合考虑这几方面的影响因素 ,选取橡胶的邵尔 A 硬度为84 ±2 度。
制备同一硬度的聚氨酯制品 ,不同相对分子质量的 PTMG对制品的性能影响也不同 ,同时还影响到产品的操作性能。表 1 为不同相对分子质量的 PTMG制备预聚体 ,其粘度及物理机械性能的比较。
表 1
从表 1 可以看出 ,选择相对分子质量在 2000左右的 PTMG制作聚氨酯同步带比较合适 ,物料配比应控制在 TDI与 PTMG摩尔比为 1. 84~1. 95。
212 强力层材料的选择
强力层是同步带的核心层,承受着传动过程中的全部强力和载荷 ,并要使传动带尺寸在传递动力时始终保持稳定 ,以保证带齿与带轮齿槽间良好的啮合。因此 ,要求强力层材料具有高的定伸、 低的伸长率以及良好的耐屈挠性能。目前 ,一般选用钢丝、 聚酯绳、 玻璃纤维绳及芳纶纤维等作为强力层材料。表 2 为几种强力层材料的性能比较。
表 2 几种强力层材料的性能比较
分别以三种强力层材料制作同一型号的聚氨酯同步带 ,对其性能进行测试 ,结果如表 3。
表 3 不同强力层材料的同步带性能对比
同步带使用性能的好坏 ,一方面与同步带的初始物理机械性能密切相关 ,另外 ,还与同步带的耐疲劳性能关系重大。实验发现 ,玻璃纤维骨架材料同步带的强力降低迅速 ,而芳纶骨架材料同步带的强力降低则缓慢 ,这主要是由于玻璃纤维绳的耐弯曲疲劳和扭转疲劳性能较差 ,而芳纶纤维则相对较好的缘故。
213 强力层材料与聚氨酯橡胶粘附强度对产品性能的影响
由于同步带是啮合传动,不但对各部位的几何尺寸参数要求精确 ,而且在长期传动情况下仍要求各部位的几何尺寸参数基本保持不变 ,以使带齿和带轮槽间仍精密啮合。除要求强力层材料伸应力高、 伸长率低和热变形小外 ,还要求强力层材料与聚氨酯橡胶之间要有比较好的粘合效果 ,这样才能更好地保证产品的质量。
为了提高强力层材料与聚氨酯橡胶之间的粘合强度 ,须在强力层材料上涂刷一层胶粘剂 ,由于所用强力层材料不同 ,所以胶粘剂的种类及配方也不同。
以钢丝绳、 玻璃纤维、 芳纶纤维为强力层材料 ,分别进行粘附强度试验 ,结果见表 4。
214 固化剂用量对产品性能的影响
聚氨酯同步带在使用过程中,要求带齿具有优异的耐磨性、 良好的抗撕裂性能及耐油、 耐温、耐老化、 耐化学腐蚀性能。PTMG型聚氨酯橡胶基本上具备了上述特性 ,但对于同一种预聚体 ,所加固化剂量的不同 ,对上述性能的影响也不同。
本工作选用 MOCA 作为固化剂 ,表 5 为同一种 PTMG型聚氨酯预聚体( - NCO %为 3. 20%) ,在相同的浇注工艺条件下 ,所加固化剂量的不同对制品性能的影响。
从表 5 可以看出 ,随 MOCA用量的增加 ,
表 6 聚氨酯胶料及同步带贮存稳定性
伸强度也在增大 ,但 MOCA用量增大到一定值后(如 100 %) ,拉伸强度反而下降 ,但撕裂强度却一直随 MOCA用量的增加而增大;阿克隆磨耗 ,在MOCA 用量小于理论量的 105 %时 ,其值也随MOCA用量的增加而增大。对聚氨酯同步带 ,在胶料拉伸强度比较理想的前提下 ,要求胶料具有较高的抗撕裂性及耐磨性 ,所以综合考虑 MOCA用量对制品性能的影响 ,选择 MOCA用量为理论量的 100 %~102 %比较合适。
215 贮存稳定性
按照制备 PTMG型聚氨酯同步带的工艺条件制作标准试样及同步带(以芳纶纤维作强力层材料) ,在常温下存放数日 ,对其性能进行测定 ,结果如表 6 ,由表中数据可见产品贮存稳定性良好。
3 结论
(1)通过对预聚体制备工艺、 同步带制备工艺等条件的研究 ,确定了最佳工艺条件:PTMG:相对分子质量约 2000 ;物料配比: TDI 与 PTMG摩尔比为 1. 84~
1. 95 ;MOCA :其用量为理论量的 100 %~102 %;强力层材料:钢丝绳、 玻璃纤维绳、 芳纶纤维;相应的胶粘剂:CH218 — 甲苯 — 异丙醇、 间苯二酚 — 甲醛树脂。
(2)按照上述工艺条件进行重复实验 ,以芳纶纤维为强力层材料 ,制备 L 型聚氨酯同步带 ,结果见表 7。
参考文献:
[ 1 ] 吴晓谦1橡胶制品工艺[M]1北京:化学工业出版社,19941
[ 2 ] 张锡山,徐铁华 1 带传动技术 5 [ M] 1 纺织技术出版社,19881
[3 ] 张锡山,徐铁华 1 带传动技术 200 [M]1 纺织技术出版社,19881