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出版者:化学工业出版社

作者:傅明源 编

出品人:

页数:339

译者:

出版时间:1999-6

价格:20.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502525491

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• 聚氨酯弹性体
• 弹性体材料
• 高分子材料
• 材料科学
• 聚合物物理
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• 橡胶工业
• 涂料
• 粘合剂
• 密封材料

聚氨酯弹性体及其应用 前言 在日新月异的材料科学领域，聚氨酯弹性体（Polyurethane Elastomers，简称PUEs）以其卓越的性能和广泛的应用，成为了现代工业不可或缺的重要材料。它们兼具橡胶的弹性和塑料的强度，并且可以通过精密的分子设计来调整其物理、化学和机械性能，从而满足各种严苛的应用需求。本书旨在深入探讨聚氨酯弹性体的基本原理、合成方法、结构与性能关系，以及其在各个领域的创新应用，为相关领域的研究人员、工程师和学生提供一本全面且实用的参考书籍。 第一章 聚氨酯弹性体的基本概念与发展历程 本章将为读者奠定坚实的理论基础，首先介绍聚氨酯弹性体的定义，阐述其作为高分子材料的独特性质。我们将从聚氨酯聚合物链的微观结构出发，解析其形成机理，深入理解软段和硬段的相互作用如何赋予聚氨酯弹性体独特的力学性能。 接着，我们将回顾聚氨酯弹性体的发展历程。从早期合成的探索到如今高性能化、功能化的飞跃，了解其关键的里程碑事件，如异氰酸酯与多元醇反应的发现，不同类型异氰酸酯和多元醇的应用，以及固化体系的进步。这一历史回顾将帮助读者洞察聚氨酯弹性体技术的发展趋势和未来的潜力。 此外，本章还将简要介绍聚氨酯弹性体的分类方法，根据其化学结构、合成方法和性能特点进行区分，为后续章节的深入探讨做好铺垫。 第二章 聚氨酯弹性体的合成与化学 本章将聚焦聚氨酯弹性体的“诞生”过程，深入剖析其合成的化学原理和工艺。我们将详细介绍两种主要的合成方法： 1. 预聚体法（Prepolymer Method）：这是工业上最常用的方法。我们将详细讲解预聚体是如何通过异氰酸酯与多官能度多元醇（如聚醚多元醇、聚酯多元醇）预反应制备的，并深入分析不同预聚体结构对最终产品性能的影响。随后，我们将讨论链增长剂（如二醇、二胺）在链增长反应中的作用，以及反应条件的控制（如温度、催化剂、比例）如何影响聚合物的分子量、链结构和最终性能。 2. 一步法（One-shot Method）：虽然在工业生产中不如预聚体法普遍，但一步法在某些特殊应用和实验室研究中仍有其独到之处。我们将介绍一步法直接将异氰酸酯、多元醇和扩链剂在同一反应釜中混合反应的工艺，并分析其优缺点以及适用范围。 在化学方面，本章将深入讲解反应机理，包括异氰酸酯与羟基、氨基的加成反应。我们将分析不同催化剂（如有机锡类、叔胺类）的作用机理，以及它们如何影响反应速率和选择性。此外，我们还将探讨副反应的可能性，如异氰酸酯与水的反应生成脲键和二氧化碳，以及其对产品质量的影响，并提供相应的控制措施。 第三章 聚氨酯弹性体的结构与性能关系 本章是理解聚氨酯弹性体为何能展现出如此多变性能的关键。我们将深入分析聚合物的微观结构如何决定宏观性能。 3.1 软段与硬段的协同作用 聚氨酯弹性体的核心在于其“软段”和“硬段”的相分离。本章将详细阐述： 软段：通常由低玻璃化转变温度（Tg）的聚醚多元醇或聚酯多元醇组成，赋予聚合物优异的低温性能、回弹性、耐磨性和韧性。我们将分析不同软段（如聚四氢呋喃（PTMEG）、聚己二酸丁二醇酯（PBAT）、聚己二酸己二醇酯（PHAT））的分子量、化学结构对其性能的影响。 硬段：通常由高熔点或高玻璃化转变温度的聚氨酯链节（由异氰酸酯和扩链剂反应形成）组成，在聚合物中形成物理交联点，提供强度、硬度、耐热性和耐溶剂性。我们将深入探讨二异氰酸酯（如MDI、TDI、HDI、IPDI）和扩链剂（如1,4-丁二醇（BDO）、乙二醇（EG）、扩链二胺）的选择如何影响硬段的结晶度、聚集态结构和性能。 3.2 相分离行为与形态结构 我们将详细讨论软段与硬段的相分离是聚氨酯弹性体形成微相分离结构的基础。通过差示扫描量热法（DSC）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）和透射电子显微镜（TEM）等表征手段，我们将展示不同相分离程度下形成的微观形貌，以及这种形貌如何影响材料的力学性能、动态力学性能和热性能。 3.3 力学性能解析 本章将深入解析聚氨酯弹性体的主要力学性能： 拉伸性能：包括拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、回弹性、疲劳寿命等。我们将分析软段含量、硬段含量、分子量、交联密度等因素对这些性能的影响。 硬度与模量：介绍肖氏硬度、洛氏硬度等硬度指标，以及不同应力水平下的模量变化。 耐磨性：阐述聚氨酯弹性体优异的耐磨性机理，并介绍其在不同磨损条件下的表现。 耐候性与耐老化性：探讨其在紫外线、湿热、臭氧等环境下的稳定性，以及影响耐老化性能的因素。 3.4 热性能与动态力学性能 我们将分析聚氨酯弹性体的玻璃化转变温度（Tg）、软化点、热分解温度等热性能指标，并介绍其在不同温度下的动态力学行为（如tanδ峰、储能模量变化），这对理解其在动态载荷下的响应至关重要。 第四章 聚氨酯弹性体的改性与复合化 为了进一步拓展聚氨酯弹性体的应用领域，使其满足更特殊、更严苛的性能要求，改性与复合化是重要的途径。本章将介绍几种主要的改性策略： 4.1 物理改性 共混改性：与其他高分子材料（如PVC、ABS、PC）共混，改善其冲击强度、耐候性或加工性。 填充改性：引入无机填料（如炭黑、二氧化硅、玻璃纤维、纳米粒子），提高其力学强度、耐磨性、导电性或阻燃性。我们将深入分析填料的种类、粒径、表面处理及其在聚氨酯基体中的分散状态对性能的影响。 4.2 化学改性 共聚改性：在聚氨酯主链中引入其他功能性单体，如丙烯酸酯、有机硅等，赋予其特殊的性能，如自修复性、抗菌性、耐油性等。 交联改性：通过引入交联剂或采用固化体系，提高聚合物的交联密度，从而提高其耐热性、耐溶剂性、力学强度和尺寸稳定性。 4.3 功能化改性 阻燃改性：通过引入阻燃剂或设计阻燃结构，提高其阻燃性能。 导电/抗静电改性：引入导电填料或导电聚合物，赋予其导电或抗静电功能，适用于电子电器、防爆等领域。 抗菌/抗病毒改性：通过引入抗菌剂或设计抗菌结构，赋予其抗菌性能，应用于医疗器械、食品包装等领域。 生物降解改性：通过设计易于生物降解的软段结构或引入生物降解性单体，实现材料的可降解性，以减轻环境污染。 第五章 聚氨酯弹性体的加工工艺 本章将介绍聚氨酯弹性体从原材料到最终成品的各种加工成型方法，重点关注其在加工过程中需要注意的关键因素。 5.1 浇注成型（Casting） 详细介绍浇注成型的原理、设备要求（如真空脱泡、加热固化设备），以及适用于浇注成型的聚氨酯体系。我们将分析浇注过程中温度、时间、搅拌等工艺参数对产品质量的影响。 5.2 注射成型（Injection Molding） 介绍注射成型的基本流程、设备特点，以及适用于注射成型的聚氨酯体系。重点讲解螺杆设计、注射压力、保压压力、模具设计等对产品尺寸精度和力学性能的影响。 5.3 挤出成型（Extrusion） 介绍挤出成型的原理，以及如何通过挤出工艺生产管材、板材、型材等。我们将讨论挤出机螺杆设计、口模设计、牵引速度、冷却方式等对产品截面均匀性、表面质量的影响。 5.4 涂布与层压（Coating and Laminating） 讲解聚氨酯弹性体在纺织品、皮革、纸张等基材上的涂布与层压应用，介绍不同涂布方式（如刮涂、辊涂）和层压工艺。 5.5 其他加工方法 简要介绍其他成型工艺，如模压成型、喷涂成型等。 在加工过程中，我们将强调反应活性的控制、脱泡的重要性、模具设计以及后处理工艺对最终产品性能的影响。 第六章 聚氨酯弹性体的主要应用领域 本章将详细阐述聚氨酯弹性体在各个行业的广泛应用，展示其独特的性能优势如何解决实际工程问题。 6.1 汽车工业 减震与密封件：如悬挂衬套、密封圈、隔音垫、车门密封条。 内饰件：如方向盘、座椅蒙皮、仪表盘覆盖件。 外饰件：如保险杠、扰流板。 6.2 鞋服及运动用品 鞋底：耐磨、防滑、减震的鞋底材料，提供舒适的穿着体验。 服装面料：如防水透湿面料、弹性纤维。 运动器材：如球类、滑板、运动鞋垫。 6.3 建筑与工程 防水材料：如屋顶防水卷材、涂料。 密封胶与粘合剂：用于建筑接缝密封、结构粘接。 地板材料：耐磨、抗冲击的聚氨酯地坪涂料。 管道与衬里：耐腐蚀、耐磨损的管道内衬。 6.4 医疗与保健 导管与引流管：生物相容性好，柔软且具有良好韧性。 伤口敷料：透气性好，能吸收渗液。 人造器官与植入物：如人造心脏瓣膜、血管支架（需经过特殊生物相容性评估）。 一次性医疗器械：如医疗手套、注射器活塞。 6.5 工业及机械设备 滚轮与滑轮：高承载能力，优异的耐磨性。 密封件与垫圈：在液压、气动系统中提供可靠密封。 输送带与传送带：耐磨、耐油，承载能力强。 刀具保护套与缓冲件：吸收冲击，保护设备。 6.6 电子电器 电子元器件封装：保护电子元器件免受潮湿、灰尘和冲击。 电缆护套：提供电气绝缘和机械保护。 印刷电路板（PCB）涂层：防潮、防腐蚀。 6.7 胶粘剂与涂料 高性能胶粘剂：广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。 防护涂料：提供优异的耐磨、耐腐蚀、耐候性能。 第七章 聚氨酯弹性体的未来发展趋势与挑战 本章将展望聚氨酯弹性体材料的未来发展方向，并探讨当前面临的挑战。 7.1 可持续发展与绿色化学 生物基聚氨酯：利用可再生生物质资源（如植物油、淀粉）替代部分石油基原料，开发环境友好型聚氨酯。 可降解聚氨酯：设计易于生物降解或可回收利用的聚氨酯材料，减少环境负担。 低VOCs（挥发性有机化合物）排放：开发水性聚氨酯或低VOCs含量的聚氨酯产品，满足日益严格的环保法规。 7.2 高性能化与功能化 智能聚氨酯：开发具有自愈合、形状记忆、传感、响应性等智能功能的聚氨酯材料。 纳米复合聚氨酯：利用纳米材料的特殊性能，制备具有超高强度、高导电性、优异阻燃性等特性的聚氨酯复合材料。 3D打印聚氨酯：开发适用于3D打印的聚氨酯材料，实现复杂结构件的快速制造。 7.3 新型合成方法与工艺优化 无催化剂或绿色催化剂体系：开发更高效、更环保的催化体系，减少对环境的污染。 连续化生产工艺：提高生产效率，降低生产成本。 过程模拟与控制：利用先进的模拟软件和控制技术，优化生产工艺，提高产品质量稳定性。 7.4 面临的挑战 成本控制：高性能原材料的成本仍然是限制其广泛应用的一个因素。 回收利用：如何高效、经济地回收利用废弃的聚氨酯弹性体是亟待解决的问题。 生物相容性与安全性：在医疗等高端应用领域，需要进一步提高其生物相容性，并确保其长期使用的安全性。 耐高温性：部分聚氨酯弹性体在高温下的稳定性仍需提高。 结语 聚氨酯弹性体以其无与伦比的多功能性和可设计性，已经深刻地改变了我们生活的方方面面。本书通过对聚氨酯弹性体基本原理、合成、结构、性能、改性、加工及应用的全面梳理，希望能为读者提供一个清晰而深入的认识。随着科学技术的不断发展，我们有理由相信，聚氨酯弹性体将在未来材料科学领域继续扮演至关重要的角色，并为人类社会的可持续发展贡献更大的力量。

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这本书的排版和印刷质量简直是教科书级别的典范。纸张的选择非常考究，拿在手里沉甸甸的，油墨的着色均匀，即便是最细小的图表线条也清晰锐利，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。我尤其欣赏作者在章节末尾设置的“思考题”和“拓展阅读”部分，这极大地激发了我的主动学习欲望。这些思考题并非简单的知识点复述，而是需要综合运用前面所学知识进行分析和推导的开放性问题，非常锻炼思维。例如，在讨论不同交联剂对弹性体耐老化性能影响的章节中，作者列举了多种环境应力下的衰变模型，并辅以实际工业检测标准作为参考，这种严谨度令人印象深刻。唯一的遗憾是，在讨论特定高性能弹性体的加工工艺时，部分图示略显陈旧，如果能配上更现代化的设备照片或者流程图，想必能让读者对实际生产环节有更直观的认识。尽管如此，这本书在结构严谨性和信息密度上，绝对是同类书籍中的佼佼者。

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这本书的封面设计得相当有吸引力，那种深邃的蓝色和金色的标题字体，给人一种专业而又富有科技感的印象。我原本以为这会是一本晦涩难懂的专业教材，但翻开第一页后，我发现它的内容组织得非常清晰，逻辑性很强。作者似乎非常了解初学者可能遇到的困惑，对很多基础概念的解释都做了细致的铺垫，没有那种上来就抛出复杂公式的生硬感。特别是关于材料微观结构和宏观性能之间关联性的描述，图文并茂，让我这个非科班出身的人也能大致理解其中的原理。书中提到的一些经典案例分析，比如在特定工业领域中如何通过调整配方来优化材料性能，这些都让我受益匪浅。不过，我希望能看到更多关于最新研究进展的探讨，毕竟材料科学日新月异，如果能加入一些前沿技术的展望，那就更完美了。总体来说，对于想入门聚合物科学或者需要了解弹性体基础知识的读者来说，这本书绝对是一个极佳的起点，它成功地架起了理论与实践之间的桥梁，让人读起来既有深度又不失趣味性。

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我是一名在涂料行业工作多年的工程师，这次借阅此书主要是想对比一下我们目前使用的热塑性弹性体（TPE）体系与书中所介绍的其他传统硫化弹性体的性能差异点和潜在的替代方案。坦白讲，这本书在基础热力学和动力学原理的阐述上非常扎实，让我重新审视了自己过去依赖经验操作的一些环节。书中对高分子链段运动和玻璃化转变温度的详细建模，为理解弹性体的形变恢复机制提供了坚实的理论武器。然而，对于化工企业越来越关注的“绿色化学”和“可持续性”议题，这本书的侧重点似乎稍显保守。我期待看到更多关于生物基单体在弹性体合成中的应用，或者溶剂残留量控制的先进技术。目前的内容更偏重于成熟的、经过工业验证的经典体系，虽然可靠，但对于追求环保和低VOC排放的新一代产品开发而言，指导意义稍显不足。总而言之，它是一部优秀的“内功心法”秘籍，但若想应对现代工业的“新挑战”，或许还需要查阅补充资料。

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说实话，我最初是被书名中的“应用”二字吸引的。作为一名产品设计师，我需要直观地了解材料的“脾气秉性”，即它在不同环境下的表现。这本书在这方面做得相当出色，它没有停留在枯燥的化学反应式上，而是通过大量实际工程图例，展示了弹性体材料如何被用于制造密封件、医疗器械、甚至高端运动装备。例如，书中有一节专门剖析了特定弹性体在超低温和高压油环境中密封件的长期可靠性，这种案例的细节描述极具说服力，远胜过单纯的性能参数罗列。这本书的语言风格非常平实，没有过多华丽的辞藻，直奔主题，这让忙碌的工程师可以迅速定位到所需信息。唯一让我感到略微不足的是，在数字化制造和3D打印弹性体材料的章节，内容相对单薄，这可能是由于该技术发展太快，书籍出版时内容难以完全跟进。但瑕不掩瑜，它依然是理解和应用弹性体技术不可多得的优秀参考书。

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这本书给我最大的感受是其内容广度令人惊叹，几乎涵盖了弹性体科学的各个重要分支。从基础的合成路线设计，到复杂的力学性能表征，再到不同应用场景下的失效分析，作者构建了一个非常全面的知识体系。特别是关于“动态力学分析”（DMA）的章节，讲解得深入浅出，不仅解释了如何读取存储模量和损耗模量曲线，还巧妙地将这些曲线与材料的实际应用环境联系起来，比如在减震降噪领域的选择依据。我发现自己过去在阅读一些独立的技术文献时常常感到碎片化，而这本书就像一个高明的策展人，将这些零散的知识点有效地串联了起来，形成了一个完整的知识网络。如果说有什么可以改进的地方，我希望作者能在附录中提供一个常用弹性体（如各种牌号的TPU、TPEE等）的快速参考表，包含关键指标的典型数值范围，这样在实际项目选材时，就能更快地锁定目标范围，提高查阅效率。

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