聚氨酯橡膠是聚合物主鏈上含有較多的氨基甲酸酯基團(tuán)的系列彈性體，實(shí)際應(yīng)該是聚氨基甲酸酯橡膠，簡(jiǎn)稱聚氨酯橡膠或聚氨酯彈性體。聚合物鏈除含有氨基甲酸酯基團(tuán)外，還含有酯基、醚基、脲基、芳基和脂肪鏈等。通常是由低聚物多元醇、多異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑反應(yīng)而成。聚氨酯橡膠隨使用原料和配比、反應(yīng)方式和條件等的不同，形成不同的結(jié)構(gòu)和品種類型。
一、聚氨酯橡膠的分類
聚氨酯可以制成橡膠，塑料、纖維及涂料等。它們的差別主要取決于鏈的剛性、結(jié)晶度、交聯(lián)度及支化度等。混煉型橡膠的剛性和交聯(lián)度都是較低的，澆注型橡膠的交聯(lián)度比混煉型橡膠要高，但剛性和結(jié)晶度等都遠(yuǎn)比其他聚氨酯材料低，因而它們有橡膠的寶貴彈性。但聚氨酯橡膠和其他通用橡膠相比，其結(jié)晶度和剛性遠(yuǎn)高于其他橡膠。
聚氨酯橡膠傳統(tǒng)的分類是按加工方法來(lái)劃分的，分為澆注型聚氨酯橡膠、混煉型聚氨酯橡膠和熱塑型聚氨酯橡膠。由于使用的原料、合成和加工方法以及應(yīng)用目的等不同，又出現(xiàn)了反應(yīng)注射型聚氨酯橡膠(RIMPU)和溶液分散型聚氨酯橡膠。按形成的形態(tài)則分為固體體系和液體體系。也有按原料化學(xué)組成來(lái)分的，低聚物多元醇一般有聚酯類或聚醚類之別，因而有聚醚類聚氨酯橡膠和聚酯類聚氨酯橡膠，為便于敘述我們采用按原料的化學(xué)組成來(lái)劃分。
二、聚氨酯橡膠的性能
聚氨酯橡膠的結(jié)構(gòu)特性不僅決定了它具有寶貴的綜合物理機(jī)械性能，而且也使聚氨酯橡膠可通過改變?cè)系慕M成和相對(duì)分子質(zhì)量、以及原料配比來(lái)調(diào)節(jié)橡膠的彈性、耐寒性以及模量、硬度和機(jī)械強(qiáng)度等性能。其通性如下：
1）彈性好。即使硬度高時(shí)，也富有較高的彈性；
2）硬度范圍寬。最低為10(邵爾A)，大多數(shù)制品具有45～95(邵爾A)的硬度，當(dāng)硬度高于70(邵爾A)時(shí)，拉伸強(qiáng)度及定伸應(yīng)力都高于天然橡膠，當(dāng)硬度達(dá)80～90(邵爾A)時(shí)，拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和定伸應(yīng)力都相當(dāng)高；
3）耐磨性極好。其耐磨性比天然橡膠高9倍，比丁苯橡膠高3倍；
4）耐氧、臭氧及紫外線輻射作用性能佳；
5）耐寒性能較好。
6）具有很高的拉伸強(qiáng)度(一般為28～42MPa，甚至可高達(dá)70MPa以上)和撕裂強(qiáng)度；
7）扯斷伸長(zhǎng)率大。一般可達(dá)400％～600％，最大可達(dá)1000％；
9）氣密性好。當(dāng)硬度高時(shí)，氣密性可接近于丁基橡膠；
但是，由于聚氨酯橡膠的二級(jí)交聯(lián)作用在高溫下被破壞，所以其拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐油性等都隨溫度的升高而明顯下降。聚氨酯橡膠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的溫度界限一般只為80～90℃，短時(shí)間使用的溫度可達(dá)120℃。其次，聚氨酯橡膠雖然富于彈性，但滯后損失較大，多次變形下生熱量高。
聚氨酯橡膠的耐水性差，也不耐酸堿，長(zhǎng)時(shí)間與水作用會(huì)發(fā)生水解。但聚醚型的耐水性優(yōu)于聚酯型。
與其他橡膠相比，聚氨酯橡膠的物理機(jī)械性能是很優(yōu)越的，所以一般都用于一些性能需求高的制品，如耐磨制品，高強(qiáng)度耐油制品和高硬度、高模量制品等。象實(shí)心輪胎、膠輥、膠帶、各種模制品、鞋底、后跟、耐油及緩沖作用密封墊圈、聯(lián)軸節(jié)等都可用聚氨酯橡膠來(lái)制造。
此外，利用聚氨酯橡膠中的異氰酸酯基與水作用放出二氧化碳的特點(diǎn)，可制得比水輕30多倍的泡沫橡膠，具有良好的機(jī)械性能，用于絕緣、隔熱、隔音、防震，效果良好。
三、聚氨酯橡膠的結(jié)構(gòu)
聚氨酯橡膠雖然種類很多，具有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但可以被看作是柔性鏈段和剛性鏈段組成的嵌段聚合物。其中聚酯、聚醚或聚烯烴部分是柔性鏈段，而苯核、萘核、氨基甲酸酯基以及擴(kuò)鏈后形成的脲基等是剛性鏈段。
其次，聚氨酯橡膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)與一般橡膠不同，它不僅含有由交聯(lián)劑而構(gòu)成的一級(jí)交聯(lián)結(jié)構(gòu)(化學(xué)交聯(lián))，而且由于結(jié)構(gòu)中存在著許多內(nèi)聚能較大的基團(tuán)(如氨基甲酸酯基、脲基等)，它們可通過氫鍵、偶極的相互作用，在聚氨酯橡膠線型分子之間形成晶區(qū)的二級(jí)交聯(lián)(物理交聯(lián))作用也是非常重要的，即一級(jí)交聯(lián)和二級(jí)交聯(lián)并存(完全線型的熱塑性聚氨酯橡膠則只存在二級(jí)交聯(lián)作用)。
四、聚氨酯橡膠的組成
聚氨酯是在催化劑存在下由二元醇，二異氰酸酯和鏈擴(kuò)展劑的反應(yīng)產(chǎn)物。因其分子中含有氨基甲酸酯( )這一基本結(jié)構(gòu)單元，所以稱之為聚氨基甲酸酯(簡(jiǎn)稱聚氨酯)。不同的二元醇和不同的二異氰酸酯可以合成出不同的彈性體，而同一種二元醇和同一種二異氰酸酯，若改變其合成條件，也可以得到不同的彈性體。其結(jié)構(gòu)式如下：
式中 R—聚醚或聚酯鏈段； A—芳香烴或脂肪烴；n —正整數(shù)。
假若，二元醇過量，得到的聚合物端基為羥基，假若二異氰酸酯過量，得到的聚合物端基則為異氰基。這些材料的性能和用途都不盡一致。
低相對(duì)分子質(zhì)量的二醇或二胺類化合物常用來(lái)作為聚氨酯橡膠的擴(kuò)鏈劑，若用二醇作擴(kuò)鏈劑，反應(yīng)后生成的是聚氨基甲酸酯鏈段。若用二胺類化合物作為擴(kuò)鏈劑，則反應(yīng)后生成脲基。
