混炼型聚氨酯橡胶（MPU）是由聚酯或聚醚与异氰酸酯类化合物聚合而成的高分子聚合物 。在各种橡胶中耐磨性最高。强度、弹性高，耐油性好，耐臭氧、 耐老化、气密性等也都很好。常用于制作轮胎及耐油、 耐苯零件、垫圈防震制品等。

1.1　原材料

    MPU: 牌号 SUNTHANE®E6008， 聚 醚 型 高 性 能 混炼型聚氨酯橡胶，广州顺力聚氨酯科技有限公司提供 ；炭黑 N330, 天津卡博特公司提供 ；其他配合剂均为常用工业品。

1.2 实验配方

    实验配方见表 1。

    其 余 配 合 剂 均 相 同（ 单 位 ：份 ）：MPU E6008 100 ；硬脂酸 1 ；硬脂酸锌 0.5 ；ZnO 5 ；NH-2 1 ；炭 黑 N330 40 ；防老剂 RD 2。

1.3　试样制备

    胶料用常规方法在开炼机上混合。具体操作方法 如下 ：将开炼机的辊距调到 1 mm，加入 MPU 生胶， 薄通五次，待用。然后把辊距调到 2 mm，将混炼后 的生胶放入开炼机中，待包辊后，依次加入配合剂、 分批加入炭黑等，最后加入硫化剂，混炼约 15 min，均匀后打三角包 5 次，然后下片，停放 16 h 后在平板 硫化机上硫化，1#~3# 硫磺硫化体系的硫化条件为 150℃ /10 MPa×t 90，4# 过氧化物硫化体系的硫化条件为160 ℃ /10 MPa×t 90。

1.4　分析与测试

    硫化性能 ：按 GB/T 16584—1996 测试，硫化条 件见上。力 学 性 能 ：拉 伸 性 能 采 用 电 子 拉 力 试 验 机 按 照GB/T 528—2008 进 行 测 试， 拉 伸 方 式 为 单 向 拉 伸， 拉伸速度为 500 mm/min。每个测试点测试五次，将 测试结果去最大最小值后求平均值，即为实验结果。耐介质实验 ：热空气老化条件为 100 ℃ ×72 h，热 油老化测试选取 46# 液压油，测试条件为 100 ℃ ×72 h。磨 耗 性 能 ：采 用 邵 坡 尔 磨 耗 测 试 方 法（ 负 荷 为10N）。动 态 力 学 性 能 测 试 ：采 用 高 铁 公 司 生 产 的RPA2000 型橡胶加工分析仪，测试频率 1.7 Hz，转动 角度 ±0.5°，测试状态为试样硫化至 t 90。

2.1　硫化特性

    由图 1 可知，硫磺硫化体系比过氧化物硫化体系的交联程度要高。1#~3# 硫磺硫化体系中硫化剂 ：促进剂的比例依次为 5:2、1:1 和 1:6。促进剂比例的增大使得硫化剂的利用率更大，交联效率更高，S8 分解 后的结构更加短化，生成的交联结构更加稳定，交联程度逐渐增大，所以如表 2，1#~3# 的最高转矩 MH 以 及MH~ML 均不断增加。由于促进剂 M 与 DM有延长焦烧的作用，使得硫化诱导期越来越长，所以 1#~3#的 t 10 呈增加趋势。而促进剂用量的增加会加快硫磺的交联反应速率，所以 1#~3# 的工艺正硫化时间 t 90 呈不断减小的趋势。

2.2　物理机械性能

2.2.1　常温拉伸

    由图 2，表 3 可知，1#~3# 的力学强度逐渐变大， 硬度增加，扯断伸长率和扯断永久变形均减小，这说明随着硫化剂 ：促进剂比例的减小，硫磺交联效率增加，MPU 所获得的交联程度逐渐变大。4# 过氧化物硫化 MPU 的伸长率最短，永久变形最小，这为 MPU 材 料应用于耐压缩永久变形场合提供了借鉴。

    虽然 4# 过氧化物的硫化程度最低，但是该硫化体系所获得的交联结构为 C—C 键，键能较大，所以在 图 2 应力 - 应变关系曲线中体现为斜率最大，即杨氏 模量最高。1#~3# 随着交联程度的增加，曲线斜率逐渐增大，杨氏模量越来越高。并且由图可知，硫磺硫化体系的拉伸性能要优于过氧化物硫化体系。

2.2.2　高温拉伸

    因为传统聚氨酯材料（如 TPU、CPU）的分子网 络中只具有强的分子间作用力与氢键作用，并未存在 以化学结构交联的硫化网络，使得在较高温环境下力 学强度很低，甚至软化导致不能使用。MPU 在传统聚氨酯材料的基础上克服这一点，在聚合物中加入了交 联网络，使得 MPU 在较高温环境下依然具备可观的力学强度，所以对 MPU 高温环境下的力学强度考察显得尤为重要。如图 3 为不同硫化体系下的 MPU 在常温与 80 ℃ 环境下力学强度的对比。可知随着温度的增加，材料中硬段与硬段的结晶被破坏，MPU 在高温下的拉断强度与自身获得的交联程度呈正相关，3# 低硫高促硫化体系的 MPU 高温下强度最大，4# 过氧化物硫化体系MPU 受 C—C 键交联结构键能大的影响，力学强度折 损率最低。

2.3　耐介质性能

2.3.1　耐热空气老化性能

    图 3 为热空气老化 MPU 的力学性能，因为 1# 高硫低促硫化体系中 S 含量最高，受活化促进作用低的限制，在硫化过程中并未发挥全部效能，在老化过程中，残余配合剂进一步交联，并且伴随着链段、交联键的重排、短化，MPU 整体交联网络更加均匀化，更有利于应力的分散与传递，所以扯断伸长率最高，拉 断强度最大，见表 4。

    2# 和 3# 在老化过程中也会有上述进一步交联作用，从定伸应力的角度来看，1# ＜ 2# ＜ 3#，说明交联 程度逐渐增大。但是由于 3# 老化前获得较高交联程度，橡胶老化后的网链均匀性不如 1#，所以伸长率较短， 且 3# ＜ 2# ＜ 1#。4# 过氧化物硫化 MPU 在热空气老化 前后性能变化不大，耐老化性能优异。 

2.3.2　耐热非极性油性能

    耐 非 极 性 油 是 MPU 的 特 点 之 一， 图 4、 表 5 为MPU 耐 46# 液压油老化前后的性能对比。

    1#~3# 硫磺硫化体系在热油老化后性能涨幅很大， 整体力学性能保持在很高的水平，这也体现了 MPU良好的耐油性。4# 过氧化物硫化体系的性能变化率最 小，状态最为稳定。并且对试样在热油老化过程中的 质量变化率和体积变化率进行了测试，实验发现 4# 的 变化率也均为最小，说明过氧化物硫化体系的耐油性 较为优异，见表 6。

2.4　动态力学性能及耐磨性

2.4.1　动态力学性能

    图 4 为 MPU 在不同硫化体系下硫化至各自 t 90 状 态时的储能模量与损耗因子 tanδ。结果表明，1#~3# 硫 磺硫化体系的储能模量 G' 要高于 4# 过氧化物硫化体 系，损耗因子 tanδ 小于 4#，这也与上述交联程度的差异相符合，并且 1#~3# 随着硫化程度的增加动态储能模量也随之增加。

2.4.2　磨耗性能

    图 5 为 MPU 在 不 同 硫 化 体 系 下 耐 磨 性 的 比 较， 实 验 测 试 采 用 的 邵 坡 尔 滚 筒 磨 耗， 负 荷 为 10N， 由 图可知，4# 磨耗体积最大，耐磨性最差，1#~3# 硫磺硫化体系的耐磨性较优异，并且随着交联程度的增加 1#~3# 磨耗体积越来越小。说明硫磺硫化体系下的MPU 耐磨性要好于过氧化物硫化体系，并且耐磨性还 受交联程度的影响。