聚氨酯固-固相变材料的制备与表征

摘要

聚氨酯固-固相变材料（polyurethane phase change material,简写为PUPCM）是当前相变材料研究领域的一个重要课题。本论文从分子链结构设计出发，采用预聚体法分别制备了聚乙二醇(PEG)基PUPCM、聚己二酸己二醇酯（PAA）基PUPCM和聚乙二醇/聚己二酸己二醇酯（简写为PEG/PAA）复合软段PUPCM，通过傅立叶红外光谱仪(FTIR)确定材料元素组成;热重分析(TG)分析其热循环稳定性、同时对其导热性能进行表征;通过动态力学性能(DMA)测试、硬度测试、拉伸强度测试等手段考察了材料力学性能并就软段对PUPCM性能的影响进行详细分析;通过偏光显微镜(POM)、X射线衍射谱(XRD)、原子力显微镜(AFM)等手段观察PUPCM微相分离结构，初步研究PUPCM的相变机理。研究表明:
　　1.以PEG为软段的PUPCM具有良好的储能能力与热稳定性。此体系中，PEG分子量在2000以上时，所制备的PUPCM才具有相变功能。当PEG含量高于91％时，PUPCM呈现固-液相变，软段含量在50％～91％时，PUPCM呈现固-固相变并具有较高的相变焓。PUPCM的相变温度与相变焓随PEG分子量或含量增加而增加;PEG含量增加，PUPCM的硬度降低，拉伸强度降低。多种分子量PEG按不同比例混合可制备不同相变焓和相变温度的PUPCM。
　　2.PAA基PUPCM相变焓小于相同软段含量的PEG基PUPCM，硬度、拉伸强度高于PEG基PUPCM，动态力学性能优于PEG基PUPCM。PAA基PUPCM热扩散率、比热容和导热系数随软段含量变化趋势与PEG基PUPCM类似。温度低于相变温度时，PAA基PUPCM导热系数高于相同软段含量PEG基PUPCM，温度高于相变温度时，PAA基PUPCM导热系数低于相同软段含量PEG基PUPCM。
　　3.PEG/PAA复合软段PUPCM中， PEG与PAA不相容导致材料出现分层，呈非均匀体系。其热性能和力学性能介于PEG基和PAA基PUPCM之间。
　　4.分析PUPCM相变实质是软段材料结晶态-无定型态之间的转变，由于硬段对软段的束缚作用，材料宏观呈现固-固相变。
　　5.PUPCM具有储能大、强度高、耐磨、耐腐蚀等优点，可直接作为结构嵌件运用于军事领域特殊场合。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 相变材料概述

1．2 国内外高分子固-固相变材料研究概况

1．2．1 物理共混法制备高分子固-固相变材料

1．2．2 化学交联／接枝法制备高分子固-固相变材料

1．3 聚氨酯固-固相变材料研究背景、概况及研究意义

1．3．1 聚氨酯固-固相变材料的结构特点

1．3．2 聚氨酯固-固相变材料的研究概况

1．3．3 研究聚氨酯固-固相变材料的意义以及本课题的提出

1．4 本论文的研究思路与研究内容

1．4．1 研究目的和思路

1．4．2 主要研究内容

第二章 聚乙二醇基PUPCM的合成及表征

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料与设备

2．2．2 样品配方设计与制备

2．2．3 样品表征

2．3 结果与分析

2．3．1 元素结构分析

2．3．2 PEG分子量对PUPCM的影响

2．3．3 PEG含量对PUPCM的影响

2．3．4 PEG对PUPCM热传导性能的影响

2．3．5 热性能分析

2．4 小结

第三章 聚己二酸己二醇酯基PUPCM制备与表征

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料与设备

3．2．2 样品制备

3．2．3 样品表征

3．3 结果与分析

3．3．1 FTIR分析

3．2．2 热性能分析

3．3．3 力学性能分析

3．4 小结

第四章 PEG／PAA基PUPCM制备与表征

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料与设备

4．2．2 样品制备

4．2．3 样品表征

4．3 结果与分析

4．3．1 结构分析

4．3．2 热性能分析

4．3．3 POM分析

4．4 小结

第五章 PUPCM相变机理

5．1 前言

5．2 实验部分

5．3 结果与分析

5．3．1 PUPCM微相分离结构观察

5．3．2 PUPCM相变行为分析

5．4 小结

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢