ПОЛИУРЕТАНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ
POLYURETHANE COMPOSITION

Изобретение относится к рецептурам полиуретановых эластомеров повышенной морозостойкости, перерабатываемых в изделия методом литья.
В настоящее время для изготовления широкого круга изделий наиболее часто применяется полиуретановая композиция на основе уретанового форполимера, синтезируемого из 1 моля политетраметилен-оксид-гликоля и 2 молей 2,4-толуилендиизоцианата (торговая марка СКУ-ПФЛ-100 - зарубежный аналог Адипрен L-167), отверждаемого ароматическим диамином 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметаном (торговая марка "Диамет-Х").
Недостатком данной композиции является то, что при отрицательных температурах состав указанной композиции теряет эластичные свойства (температура механического стеклования -35°С), а поэтому не может быть использован в качестве эластичных изделий.
Известна также полиуретановая композиция для изделий, получаемых методом литья (RU 2323237 C1, 27.04.2008, C08L 75/04) - прототип, содержащая полиуретановый форполимер на основе простого полиэфира молекулярной массы 1000-2000 и 2,4-толуилендиизоцианата, аминный отвердитель, пластификатор.
Недостатком данного способа является недостаточно высокая прочность и долговечность изделий, полученных из данной полиуретановой композиции, что ограничивает возможность ее использования для изделий, работающих при больших нагрузках, в условиях эксплуатации при большом перепаде температур, при работе в условиях агрессивной среды.
Технический результат заявленного изобретения - получение полиуретановой композиции, обладающей повышенной прочностью, морозостойкостью и долговечностью.
Указанный технический результат достигается тем, что полиуретановая композиция для изделий, получаемых методом литья, содержащая полиуретановый форполимер на основе простого полиэфира молекулярной массы 1000-2000 и 2,4-толуилендиизоцианата, аминный отвердитель, пластификатор, дополнительно содержит фторолигомерный спирт молекулярной массы 1000-5000 и полиол молекулярной массы 1200-3500, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
простой полиэфир молекулярной массы 1000-2000
100
2,4-толуилендиизоцианата
150-350
аминный отвердитель
1-95
пластификатор
10-35
фторолигомерный спирт с молекулярной массой 1000-5000
1-20
полиол с молекулярной массой 1200-3500
5-100,
при этом содержание NCO-групп в композиции составляет 4,09-6,5%.
Стехиометрическая концентрация аминного отвердителя может составлять 92-95%.
Содержание NCO-групп в композиции может составлять: 4,09-4,29% для изготовления прокладки-амортизатора; 5,8-6,0% для изготовления упругого элемента триангеля; 6,15-6,5% для изготовления износостойкой накладки.
В качестве простого полиэфира может быть использован полиокситетраметиленгликоль или олигодиендиол.
В качестве аминного отвердителя может быть использован 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан.
В качестве пластификатора может быть использован 1,4 бутандиол или этиленгликоль.
Введение в состав композиции дополнительно фторолигомерного спирта молекулярной массы 1000-5000 и полиола молекулярной массы 1200-3500, а также указанные выше соотношения между компонентами состава позволяют получить полиуретановую композицию с высоким уровнем физико-механических свойств - повышенной морозоустойчивостью, износостойкостью, стойкостью к циклическим нагрузкам, низкими показателями водопоглащения и остаточной деформации. Полученные из заявленной композиции эластомеры обладают высокой долговечностью и высокими прочностными характеристиками, позволяющими использовать полученные из них изделия при больших нагрузках, в условиях эксплуатации при большом перепаде температур, при работе в условиях агрессивной среды.
Соотношение компонентов, используемых для приготовления полиуретановой композиции, может различаться в рамках заявленных соотношений и зависит от требований, предъявляемых к изделию. При выходе соотношений между компонентами за заявляемые пределы уровень их физико-механических характеристик перестает удовлетворять требуемым параметрам.
В качестве аминного отвердителя (отверждающего агента) может быть использован ароматический диамин, например «Куралон» (или его аналог «Диамет X»), химическое название: 3,3'-дихлор-4,4'- диаминодифенилметан.
Стехиометрическая концентрация аминного отвердителя может составлять 92-95%.
Данные диапазоны являются оптимальными и обусловлены тем, что при концентрации аминного отвердителя за пределами указанного диапазона, могут ухудшиться физико-механических свойства композиции: при концентрации аминного отвердителя более 95% увеличивается относительное удлинение, сопротивление раздиру, остаточной деформации при сжатии, а также снижается предел прочности и сопротивление к истиранию. При уменьшении концентрации менее 92% происходит обратный процесс.
В качестве пластификатора может быть использован 1,4 бутандиол, этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль. Недостаточное содержание пластификатора приводит к повышенному напряжению материала детали, особенно при колебаниях температуры, а пониженное содержание пластификатора - к уменьшению прочности на растяжение и на раздир. Не менее важным является тип выбранного пластификатора. Наиболее оптимальное содержание пластификатора присутствует в составе «Диамет X».
Содержание изоцианатных групп (NCO-групп) в композиции может составлять 4,09-6,5%, при этом процентное содержание NCO-групп выбирается в зависимости от вида изделия, которое необходимо изготовить, предъявляемых к нему требований и от предполагаемых условий его эксплуатации.
Так, например, для изготовления накладки износостойкой (ТУ 2252-028-00203476-2003 г.), предназначенной для установки на наклонную поверхность фрикционного клина, взаимодействующего с наклонной поверхностью надрессорной балки вагона, содержание NCO-групп в композиции составляет 6,15-6,5%. Для изготовления упругого элемента триангеля (ТУ 2252-035-00203476-2006 г.), предназначенного для безрезьбового крепления тормозных башмаков и наконечников триангеля тележек грузовых вагонов, содержание NCO-групп в композиции составляет 5,8-6,0%. А для изготовления прокладки-амортизатора (ТУ 2252-029-00203476-2006 г.), предназначенного для установки на железобетонных или деревянных шпалах и на брусьях стрелочных переводов, содержание NCO-групп в композиции составляет 4,09-4,29%.
За пределами заявленного диапазона содержания NCO-групп в композиции наблюдается ухудшение физико-механических свойств полиуретанового эластомера: твердости, предела прочности, относительного удлинения, остаточной деформации, износостойкости, стойкости к циклическим нагрузкам, водопоглощения, морозоустойчивости.
Контроль за содержанием изоцианатных групп производят в соответствии с методикой определения NCO-групп, приведенной, например, в ТУ-38-103137-78 на форполимер уретановый СКУ-ПФЛ-100.
В табл.1 приведены основные физико-механические свойства полиуретановой композиции с разным процентным содержанием NCO-групп.
Табл.1
Наименование показателя
Содержание NCO-групп, %
6,15-6,5
5,8-6,0
4,09-4,29
Предел прочности при растяжении, МПа
51
46
35
Относительное удлинение при разрыве, %
400
460
530
Твердость по Шору А, усл.ед.
98
96
80
Сопротивление раздиру, Н/мм
120
103
46
Температура хрупкости, °С
-70÷-75
-75
-75
Заявленная уретановая композиция может перерабатываться в готовые изделия методом литья, как по периодической, так и непрерывной схемам.
Помимо входящих в заявленный состав композиции компонентов в состав уретановой композиции могут быть также включены антиоксиданты, стабилизаторы, красители.
Получение полиуретановой композиции и изделий из нее осуществляется следующим образом.
Приготовление форполимера с концевыми изоцианатными группами проводится на заливочной машине путем смешения простого полиэфира (например, олигодиендиола ММ 2000) с ТДИ (2,4-толуилендиизоцианатом). Приготовление названного форполимера проводится при перемешивании и температуре 60-80°С. Также на заливочной машине предварительно при перемешивании и нагревании готовится жидкий отвердитель (смесь аминного отвердителя, пластификатора фторолигомерный спирт и полиола).
Расчет массовых частей для полиуретановой композиции для каждого вида изделия производится исходя из мольных соотношений и молекулярных масс компонентов системы отверждения.
Затем приготовленный отвердитель смешивают с форполимерами, после чего готовую реакционную смесь заливают в форму изделия. Изделия в форме устанавливают в термопечь для полимеризации при температуре 120°С в течение 0,5-2 ч. После извлечения из формы изделия термостатируют 8-16 ч при температуре 120°С.