硬质聚氨酯发泡材料的制备及温敏性研究

摘要

温敏型硬质聚氨酯发泡材料是一种热固性的具有温敏特性的形状记忆高分子材料，可以在外界温度变化的刺激下改变初始形状并且温度降低后可将形变固定，再次升高温度时，材料可通过独特热力学恢复过程恢复到初始形状。这种特性使得温敏型硬质聚氨酯发泡材料可以在石油工程、航空航天、生物医用等领域获得广泛的应用。 本文采用改性二苯甲甲烷二异氰酸酯（MDI）合成硬质聚氨酯发泡材料，首先对温敏型聚氨酯基体树脂进行了研究，探究了多元醇的种类、扩链剂的种类、硬段含量以及改性MDI的异氰酸根含量对聚氨酯基体树脂性能的影响，然后在原料中加入发泡剂，研究不同因素对硬质聚氨酯发泡材料性能的影响，在得到发泡材料后，研究了不同的制备工艺条件对发泡材料性能以及泡孔结构的影响，最后对材料进行了老化以及耐温性能的测试，相关实验结果如下： (1)在温敏型聚氨酯基体树脂的合成中，聚碳酸酯二醇制得的试样具有最高的玻璃化转变温度以及最好的力学性能，形变及形变恢复温度最高；不同的扩链剂制得的聚氨酯基体树脂，分子量越大、柔顺性越好的扩链剂制得的试样力学性能越低，玻璃化转变温度低，但是材料的温敏性能高；硬段含量越大，材料的力学性能、玻璃化转变温度越高，并且高温下的形变恢复速度也较大；调整改性MDI中的不同的异氰酸根含量，发现异氰酸根含量越高，材料的力学性能、形变及形变恢复温度越高，但形变的恢复速度会有所下降。 (2)在温敏型硬质聚氨酯发泡材料的合成中，不同分子量配比的聚碳酸酯二醇，随着PCDL20比例的增加，材料的玻璃化转变温度和形变及形变恢复温度升高，但力学性能略有下降，材料的泡孔尺寸增大，开孔率降低；不同种类的聚碳酸酯二醇，T4691制得的泡沫具有最好的力学性能以及最高的玻璃化转变温度；改变原料中的扩链剂，发现随着扩链剂分子量的增加，材料的力学性能降低，泡孔尺寸变大；材料的泡孔尺寸会随着硬段含量的升高而降低，力学性能与形变及形变恢复温度也随着硬段含量的升高而增加；随着发泡剂用量的增加，材料的泡孔尺寸变大，力学性能降低，使用AK-8818作为泡沫稳定剂，材料具有最细密的泡孔结构以及最高的力学性能，使用Niax L-6164作为开孔剂具有较好的效果。 (3)随着原料温度的升高，材料的泡孔尺寸变小，开孔率降低；混合速度越快，材料的力学性能越高，泡孔尺寸越小。材料的力学性能随着充填系数的增加呈现先增加后减小的趋势，过高的充填系数会使材料的泡孔出现并泡的现象。适当的化学发泡剂与物理发泡剂并用可以提高材料的力学性能，但物理发泡剂占比过多会导致材料的性能下降。 (4)在不同种类的多元醇中，聚碳酸酯二醇具有最好的耐热水老化性能，随着多元醇分子量的增加，材料的耐温性降低，PCDL10具有最好的耐温性能。扩链剂的分子链越短，制得的材料的初始力学性能越高，但耐热水老化性及耐温性较差。材料的耐温性能及耐热水老化性能随着硬段含量的增加而升高。

目录

前言

第一章 绪论

1.1硬质聚氨酯发泡材料概述

1.1.1 聚氨酯材料

1.1.2 聚氨酯发泡材料

1.1.3硬质聚氨酯发泡材料

1.2 硬质聚氨酯发泡材料的原料体系

1.2.1 低聚物多元醇

1.2.2 异氰酸酯

1.2.3 扩链交联剂

1.2.4 发泡剂及泡沫稳定剂

1.2.5 其它助剂

1.3 硬质聚氨酯发泡材料的合成与加工成型方法

1.3.1 硬质聚氨酯发泡材料的合成方法

1.3.2 硬质聚氨酯发泡材料的加工成型方法

1.4 硬质聚氨酯发泡材料的反应及影响因素

1.4.1 硬质聚氨酯发泡材料的反应机理

1.4.2 影响硬质聚氨酯泡沫发泡的因素

1.5 硬质聚氨酯发泡材料的温敏性研究

1.5.1 温敏型硬质聚氨酯发泡材料的应用

1.5.2 温敏型硬质聚氨酯发泡材料的研究进展

1.6 课题研究内容及意义

第二章 温敏型聚氨酯基体树脂的合成及性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料及助剂

2.2.2 实验仪器及设备

2.2.3 温敏型聚氨酯基体树脂的合成

2.3性能测试标准及方法

2.4 结果与讨论

2.4.1 多元醇种类对温敏型聚氨酯树脂性能的影响

2.4.2 扩链剂种类对温敏型聚氨酯树脂性能的影响

2.4.3 硬段含量对温敏型聚氨酯树脂性能的影响

2.4.4 改性MDI中NCO含量对温敏型聚氨酯树脂性能的影响

2.5 本章小结

第三章 温敏型硬质聚氨酯发泡材料的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料及助剂

3.2.2 实验仪器及设备

3.2.3 温敏型硬质聚氨酯发泡材料的合成

3.3性能测试标准及方法

3.4 结果与讨论

3.4.1.多元醇种类及并用对硬质聚氨酯发泡材料性能的影响

3.4.2 扩链剂种类对硬质聚氨酯发泡材料性能的影响

3.4.3 硬段含量对硬质聚氨酯发泡材料性能的影响

3.4.4 发泡助剂对硬质聚氨酯发泡材料的影响

3.5 本章小结

第四章 制备工艺条件对温敏型硬质聚氨酯发泡材料性能的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料及助剂

4.2.2 实验仪器及设备

4.2.3 温敏型硬质聚氨酯发泡材料的合成

4.3性能测试标准及方法

4.4结果与讨论

4.4.1 原料温度对温敏型硬质聚氨酯发泡材料性能的影响

4.4.2 混合速度对温敏型硬质聚氨酯发泡材料性能的影响

4.4.3 充填系数对温敏型硬质聚氨酯发泡材料性能的影响

4.4.4 发泡工艺对温敏型硬质聚氨酯发泡材料性能的影响

4.5本章小结

第五章 温敏型硬质聚氨酯发泡材料的老化及耐温性研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验原料及助剂

5.2.2 实验仪器及设备

5.2.3 温敏型硬质聚氨酯发泡材料的合成

5.3性能测试标准及方法

5.4结果与讨论

5.4.1 多元醇种类及并用对温敏型硬质聚氨酯发泡材料老化及耐温性能的影响

5.4.2 扩链剂种类对温敏型硬质聚氨酯发泡材料老化及耐温性能的影响

5.4.3 硬段含量对温敏型硬质聚氨酯发泡材料老化及耐温性能的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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