MPU-混炼型聚氨酯橡胶

混炼型聚氨酯橡胶（MPU）最早出现于20世纪50年代，由美国橡胶公司（后为尤尼罗伊尔公司）等大型合成橡胶生产商研发制得，逐渐应用于橡胶工业，特别是轮胎工业。

    我国于20世纪60年代中期开始对MPU进行研究，山西省化工研究院最早开发出过氧化物硫化型MPU（牌号HA-1），其后不断推出各种牌号及性能的MPU。

    MPU除具有一般聚氨酯橡胶（PU）优异的耐磨性能、耐溶剂性能、耐寒性能及高强度特点外，还可采用传统的橡胶加工工艺来制造制品，这是MPU最大的特点。但是，到目前为止，我国PU仍以浇注型和热塑型为主，MPU的应用仍然较少。本工作通过对比不同硫化体系和补强填料对MPU性能的影响，为MPU更广泛应用提供借鉴经验。

    1· 实验

    1.1 原材料

    MPU，牌号SW70，密度1.06 kg·cm-3，门尼粘度［ML（1+4）100 ℃］46；过氧化物DCP；不溶性硫黄，山西长治化工厂产品；沉淀法白炭黑，牌号VN3；炭黑N220和气相法白炭黑（牌号M-5）。

    1.2 试验配方

    MPU，100；增塑剂NB-7，2～5；硬脂酸，1；偶联剂Si69，2；促进剂DM，6；硫黄或过氧化物DCP，2；补强填料，变品种、变量。

    1.3 主要设备与仪器

    XK-160型开炼机400×400平板硫化机；RC2000型无转子硫化仪和T2000E型拉力试验机。

    1.4 试样制备

    胶料混炼在XK-160型开炼机上进行，加料顺序为：生胶包辊→增塑剂、硬脂酸、促进剂→补强填料→硫化剂。硫化在400×400平板硫化机上进行，硫化条件为：温度160 ℃，压力15 MPa，放气2次。

    1.5 性能测试

    硫化特性和物理性能均按相应国家标准测试。

    2 ·结果与讨论

    2.1 硫化体系对胶料性能的影响

    硫黄硫化体系和过氧化物硫化体系对MPU性能的影响如表1所示。从表1可以看出，与硫黄硫化体系MPU相比，过氧化物硫化体系MPU工艺性能较好，表现为转矩小、焦烧时间长。

    从表1可以看出，与过氧化物硫化体系MPU相比，硫黄硫化体系MPU的物理性能较好，尤其是拉伸强度较高，这主要是由于硫黄硫化体系MPU的交联键以多硫键为主。但是，由于多硫键的键能远低于过氧化物硫化形成的碳-碳键的键能，故硫黄硫化体系MPU的耐热性能和耐压变性能较差，硫化时间过长会出现硫化返原现象。

2.2 补强填料对胶料性能的影响

    2.2.1 陶土

    陶土是含有铁质的塑性良好的粘土，主要成分为蒙脱石和高岭土，近年来广泛用作橡胶补强填料，以降低橡胶制品的成本。陶土对MPU硫化特性的影响如表2和图1所示。从表2和图1可以看出，添加30份陶土后，MPU不起硫。这是由于陶土对促进剂具有较强的吸附作用，致使胶料中促进剂失效，胶料不起硫。

2.2.2 白炭黑和炭黑

    从理论上而言，气相法白炭黑对橡胶的补强效果优于沉淀法白炭黑，但气相法白炭黑粒径较小、质轻、易飞扬，在混炼过程中不易混炼均匀，同时偶联剂对其补强有较大影响，因此气相法白炭黑的实际补强效果不理想。沉淀法白炭黑和气相法白炭黑对MPU物理性能的影响如表3所示。从表3可以看出，与气相法白炭黑MPU相比，沉淀法白炭黑MPU的硬度、300%定伸应力和拉伸强度较大，拉断伸长率较小。

    炭黑N220和沉淀法白炭黑对MPU物理性能的影响如表4所示。从表4可以看出，炭黑N220 MPU的300%定伸应力较大，沉淀法白炭黑MPU的拉伸强度和拉断伸长率较大。这是由于与炭黑N220相比，沉淀法白炭黑比表面积较大，与橡胶分子相互作用产生的结合胶越多，胶料的强度较高。 

2.2.3 其他补强填料

    以提高MPU硬度、保持MPU拉伸强度和拉断伸长率为目的，采用树脂SP600和锦纶短纤维对MPU进行补强，结果如表5所示。从表5可以看出，加入树脂SP600和锦纶短纤维，MPU的硬度大幅增大，300%定伸应力和拉伸强度大幅减小。因此，在MPU中不宜添加过量的树脂SP600；锦纶短纤维与MPU未发生结合，可对其活化处理以达到在提高MPU硬度的同时，降低拉伸强度和拉断伸长率的下降幅度。

3· 结论

    （1）硫黄硫化体系MPU的物理性能较好；过氧化物硫化体系MP的加工性能较好，同时耐热性能和压变性能较好。MPU主要采用过氧化物硫化体系。

    （2）白炭黑补强MPU的效果优于炭黑；沉淀法白炭黑MPU的300%定伸应力和拉伸强度高于气相法白炭黑，气相法白炭黑MPU的拉断伸长率较大。

    （3）MPU不宜采用陶土作补强填料，可用少量树脂SP600和锦纶短纤维增大MPU硬度。