Basiseigenschappen van polyurethaanmaterialen en testmethoden

Polyurethane is a common polymeric material with strong physical and chemical properties. Usually made by the reaction of isocyanate and polyol, it has good wear resistance, corrosion resistance, oxidation resistance, and heat resistance. They are widely used in industrial, construction, medical, and automotive fields. However, the performance of polyurethane materials is affected by factors such as preparation methods, formulations, and processes, so a series of tests are required to evaluate their performance.

Definition and Classification

Polyurethane (PU) is a polymer material generated by the reaction of isocyanate and polyol (or polyether, polyester, and so on.). Het wordt veel gebruikt in de bouw, transport, geneeskunde, meubels, elektronica, verpakkingen en andere gebieden.

• Stijf polyurethaan: ook bekend als polyurethaanschuim, meestal gebruikt in isolatie, warmte-isolatie, vulling en model, met lichtgewicht, warmte-isolatie, geluidsabsorptie en andere kenmerken.
• Zacht polyurethaan: Ook bekend als elastomeer, wordt het vaak gebruikt bij het maken van kussens, stoelen, kussens, matrassen en schoenzolen. Het heeft een goede elasticiteit, comfort en slijtvastheid.
• Polyurethaancoating: voornamelijk gebruikt voor oppervlaktecoating, anticorrosie en andere gebieden, met een goede chemische bestendigheid, slijtvastheid, waterbestendigheid, enzovoort.
• Polyurethaan-elastomeer: ​​voornamelijk gebruikt bij de vervaardiging van zwenkwielen, leuningen en schokdempers, met goede elasticiteit, slijtvastheid en chemische bestendigheid.
• Polyurethaanvezel: vaak gebruikt bij de vervaardiging van stoffen, kogelvrije vesten en isolatiematerialen, met lichtgewicht, hoge sterkte, goede slijtvastheid, enzovoort.
• Andere polyurethaanproducten: zoals polyurethaanlijm, kit en lijm voor de bouw hebben ruime toepassingsmogelijkheden.

Basissamenstelling en kenmerken

Basiscompositie

• Isocyanaat: Isocyanaat is een van de belangrijkste grondstoffen van polyurethaanmaterialen, meestal diisocyanaat of polyisocyanaat, dat in zijn chemische structuur twee isocyanaatgroepen (N=C=O) bevat.
• Polyol: Polyol is een andere belangrijke grondstof voor polyurethaanmaterialen, waaronder polyetherpolyol, polyesterpolyol, enzovoort. De chemische structuur bevat verschillende hydroxylgroepen (-OH).
• Moleculen met lange keten: De vorming van polyurethaanmaterialen vereist de reactie van isocyanaten met polyolen om moleculen met lange keten te produceren, waardoor polymeren worden gevormd.

Materiaaleigenschappen

• Goede slijtvastheid: het heeft een goede slijtvastheid en is geschikt voor de vervaardiging van zeer sterke en slijtvaste producten.
• Goede corrosieweerstand: het heeft een goede corrosieweerstand en kan worden gebruikt om producten met corrosieweerstand te vervaardigen.
• Goede weerstand tegen hoge temperaturen: het heeft een goede weerstand tegen hoge temperaturen en kan worden gebruikt om producten te vervaardigen in omgevingen met hoge temperaturen.
• It can be prepared into various shapes: It can be prepared into various shapes through different preparation processes, such as rigid foam, soft foam, coating, elastomer, and so on.

Preparation Method and Process Flow

Polyurethane materials are usually prepared by the pre-polymer mixing method, and the specific process flow is as follows:

• Raw material preparation: Mix the isocyanate and polyol in a certain ratio, which usually needs to be done under certain temperature and humidity conditions to avoid moisture in the material.
• Reaction mixing: Add the mixed isocyanate and polyol into the mixer, control the reaction temperature and time, and make them react to produce polyurethane material.
• Stabilization treatment: The polyurethane material needs to be stabilized after the reaction to improve its performance stability.
• Processing and molding: The stabilized polyurethane materials are prepared into different shapes by processing and molding equipment.

Het specifieke proces kan worden aangepast en geoptimaliseerd op basis van verschillende bereidingsbehoeften. Er kunnen bijvoorbeeld additieven worden toegevoegd tijdens het reactiemengproces om de polymerisatiesnelheid te verbeteren en de viscositeit te verminderen, en er kunnen verschillende vormmethoden worden gekozen tijdens het verwerkings- en vormproces, zoals zoals spuitgieten, kalanderen en spuiten. Opgemerkt moet worden dat de reactieomstandigheden tijdens de bereiding van polyurethaanmaterialen gecontroleerd moeten worden om de vorming van schadelijke vluchtige stoffen te voorkomen. Ook moet het formulerings- en bereidingsproces van polyurethaanmaterialen worden geoptimaliseerd op basis van verschillende toepassingsvereisten om betere prestaties te verkrijgen.

Testmethoden voor fysieke eigenschappen

Different test methods are applicable to different physical performance indicators, so it is necessary to select the appropriate test method according to the specific needs and purposes when conducting tests to obtain accurate test results. At the same time, test standards and specifications need to be followed to ensure the reliability and accuracy of the testing process.

• Density test: Measure the mass and volume of the material to calculate its density, The common test methods are the water displacement method and gas displacement method.
• Hardness test: Used to characterize the hardness and elasticity of the material, commonly used test methods are Rockwell hardness, Barr’s hardness, Dürr’s hardness, and so on.
• Tensile test: Commonly used test methods are tensile testing machines and universal material testing machines.
• Compression test: The common test methods have compression testing machines.
• Bending test: The common test methods are three-point bending tester and four-point bending tester.
• Wear test: The common test methods are sliding wear tester and rotary wear tester.
• Thermal performance test: The common test methods are thermal expansion coefficient test, thermal conductivity test, specific heat capacity test, and so on.
• Impact test: Used to test the impact toughness and impact resistance of the material, use Charpy’s impact tester for testing.

Thermal Performance Test Methods

Test methods for the thermal properties of polyurethane materials include the following:

• Thermal expansion coefficient test: Used to test the amount of linear or bulk expansion of the material caused by temperature changes, usually using a thermal expansion coefficient meter for testing.
• Thermal conductivity test: Used to test the thermal conductivity of the material, usually using a thermal conductivity meter for testing.
• Test van thermische uitzettingssnelheid: wordt gebruikt om de thermische uitzettingssnelheid van het materiaal te testen, meestal met behulp van de thermische uitzettingsmeter.
• Thermische ontledingstemperatuurtest: wordt gebruikt om de thermische stabiliteit van het materiaal bij hoge temperaturen te testen, meestal met behulp van een thermisch ontledingsinstrument.
• Specifieke warmtecapaciteitstest: wordt gebruikt om de specifieke warmtecapaciteit van het materiaal te testen, meestal met behulp van een differentiële scanningcalorimeter voor het testen.

Testmethoden voor elektrische prestaties

Testmethoden voor de elektrische eigenschappen van polyurethaanmaterialen omvatten het volgende:

• Weerstandstest: wordt gebruikt om de soortelijke weerstand van het materiaal te testen, meestal met behulp van de testmethode met vier aansluitingen.
• Insulation resistance test: Used to test the insulation properties of the material, usually using an insulation resistance tester for testing.
• Dielectric constant and dielectric loss test: Used to test the dielectric properties of the material, usually using a dielectric loss tester for testing.
• Destruction voltage test: Used to test the destruction voltage of the material, usually using a high-voltage corona tester for testing.

Chemical Resistance Test Method

The test methods for the chemical resistance of polyurethane materials include the following:

• Acid and alkali resistance test: Used to test the corrosion resistance of materials in acid and alkali media, usually using the immersion method or spraying method for testing.
• Solvent resistance test: Used to test the material’s resistance to dissolution in organic solvents, usually using the immersion method or spraying method for testing.
• Oxidation resistance test: Used to test the oxidation resistance of the material under the action of oxidizing agents, usually using the heating method or immersion method for testing.
• UV resistance test: Used to test the light aging resistance of the material under UV irradiation, usually using the UV aging tester for testing.

Abrasion Resistance Test Method

The test methods for the wear resistance of polyurethane materials include the following:

• Wear test: Used to test the performance of the material under the action of friction and wear, usually using rotary wear tester, sliding wear tester, or abrasive wheel wear tester for testing.
• Impact Wear Test: To test the performance of a material under the action of impact and abrasion, usually using an impact wear tester.
• Friction coefficient test: It is used to test the performance of the material under the action of friction, usually using a friction coefficient tester.

Application Areas and Outlook

Polyurethane materials have excellent physical, chemical, and mechanical properties and are therefore used in a wide range of applications, including:

• Construction field: Used in heat insulation, sound insulation, waterproofing, and anti-corrosion, such as insulation board, waterproof coating, asphalt-based materials, and so on.
• Transportation field: Used in the manufacture of automobiles, airplanes, trains, and other means of transportation, such as bodies, seats, tires, seals, and so on.
• Furniture field: Used in the manufacture of furniture and mattresses, such as sofas, mattresses, chairs, massage pillows, and so on.
• Medical and health field: Used in the manufacture of medical equipment and artificial organs, such as artificial hearts, artificial bones, syringes, and so on.
• Elektronische en elektrische velden: gebruikt bij de vervaardiging van elektronische componenten, isolatiematerialen, kabels, zoals elektronische componenten, draden, kabelisolatiematerialen, enzovoort.

In de toekomst zullen, met de voortdurende vooruitgang van wetenschap en technologie en de voortdurende verbetering van het bereidingsproces van polyurethaanmaterialen, de toepassingsgebieden van polyurethaanmaterialen blijven uitbreiden, vooral op het gebied van hoogwaardige materialen, zoals nieuwe energie en nieuwe materialen, zullen polyurethaanmaterialen een breder toepassingsperspectief hebben.

Conclusie

De veelzijdigheid en robuuste eigenschappen van polyurethaan maken het tot een gewild materiaal in tal van industrieën. Het aanpassingsvermogen ervan, gecombineerd met het vermogen om in verschillende vormen te worden gegoten, zorgt ervoor dat het relevant blijft. Naarmate de technologische vooruitgang voortduurt, zullen de toepassingen van polyurethaan zich uitbreiden, waardoor de positie van polyurethaan als onmisbaar materiaal in de moderne industrie wordt versterkt.