聚氨酯橡膠是聚合物主鏈上含有較多的氨基甲酸酯基團的系列彈性體，實際應(yīng)該是聚氨基甲酸酯橡膠，簡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?；鞜捫拖鹉z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械性能，而且也使聚氨酯橡膠可通過改變原料的組成和相對分子質(zhì)量、以及原料配比來調(diào)節(jié)橡膠的彈性、耐寒性以及模量、硬度和機械強度等性能。其通性如下：
1）彈性好。即使硬度高時，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，拉伸強度及定伸應(yīng)力都高于天然橡膠，當(dāng)硬度達80～90(邵爾A)時，拉伸強度、撕裂強度和定伸應(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）具有很高的拉伸強度(一般為28～42MPa，甚至可高達70MPa以上)和撕裂強度；
7）扯斷伸長率大。一般可達400％～600％，最大可達1000％；
9）氣密性好。當(dāng)硬度高時，氣密性可接近于丁基橡膠；
但是，由于聚氨酯橡膠的二級交聯(lián)作用在高溫下被破壞，所以其拉伸強度、撕裂強度、耐油性等都隨溫度的升高而明顯下降。聚氨酯橡膠長時間連續(xù)使用的溫度界限一般只為80～90℃，短時間使用的溫度可達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，長時間與水作用會發(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，高強度耐油制品和高硬度、高模量制品等。象實心輪胎、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，可制得比水輕30多倍的泡沫橡膠，具有良好的機械性能，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(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)的二級交聯(lián)(物理交聯(lián))作用也是非常重要的，即一級交聯(lián)和二級交聯(lián)并存(完全線型的熱塑性聚氨酯橡膠則只存在二級交聯(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。
低相對分子質(zhì)量的二醇或二胺類化合物常用來作為聚氨酯橡膠的擴鏈劑，若用二醇作擴鏈劑，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鏈劑，則反應(yīng)后生成脲基。
