低模量宽温域高阻尼聚氨酯弹性体的研制

摘要

科学技术的进步发展，带动了社会的进步，加速了机械设备的高速、高效和自动化进程，同时，其带来的振动、噪声等问题亦越来越严重。振动、噪声降低机械设备性能，降低其稳定性，且污染环境，危害人的身心健康，减振、降噪是亟待解决的问题。阻尼技术是解决减振、降噪问题的最重要手段，阻尼材料是阻尼技术的重中之重。
　　本文以4，4'-二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、多元醇(PTMG1000和EP3600)与扩链交联剂三异丙醇胺(TIPA)为主要原料，根据阻尼减振材料所需低模量、宽温域、高阻尼、耐温的性能要求，利用基团贡献分子理论、聚合物阻尼机理等进行分子链结构设计，采用预聚体两步法合成了一系列聚氨酯弹性体(PUE)材料。通过相关测试设备及仪器，对PUE材料进行测试。研究了异氰酸酯种类、扩链交联剂种类、R值及配方参数对PUE基体性能的影响，并研究对PUE基体的改性，得出以下结论:
　　(1)筛选并确定反应原材料种类，确定PTMG1000、EP3600、HMDI、TIPA体系可满足材料要求。
　　(2)通过性能的相互对比，确定了符合阻尼减振用基体材料性能要求的各反应原料及比例值（-NCO％和R值）。当采用HMDI、EP3600、PTMG1000、TIPA原材料，NCO％含量为6.25％、硬段含量为15.30％，R值为1.20时，HMDI型PUE基体的硬度为41A，拉伸强度为4.387MPa，断裂伸长率为700％，tanδ＞0.30的阻尼温域＞60℃，远高于单一聚合物阻尼温域，初始热分解温度为253℃，100℃热空气老化下，15d力学性能保持率为68％，综合性能最佳，可基本满足低模量、宽温域、高阻尼、耐温的性能要求。
　　(3)在确定PUE的基本原材料及参数后，为PUE的IPN改性的制备奠定了基础，环氧树脂分子与聚氨酯分子具有一定的相容性，并参与PUE合成，形成半互穿的网络结构，链段间相互贯穿、缠结，形成微相分离结构。通过添加E-51，制得一系列HMDI型PUE的改性试样，当-NCO％含量为6.25％，硬段含量为15.30％，R值为1.20，E-51添加量为10％时，PUE的硬度为29A，压缩永久形变为13％，拉伸强度为4.997MPa，断裂伸长率为967.7％，tanδmax为1.220，Tg为-46℃，tanδ＞0.30的阻尼温域＞75℃，初始热分解温度为283℃，约提升30℃，最大失重速率温度为377℃，约提高60℃，热老化拉伸性能保持率为73.83％，约提高5％，综合性能更佳。
　　(4)将不同种类填料加入到体系中，制备一系列PUE/填料复合材料试样，并通过一系列相关测试手段进行相关研究。结果表明，三种复合材料氢键化程度不一，硬度变化趋势不一，HGM/PUE与MCC/PUE随添加量增加而增加，AO80/PUE材料反之;三种复合材料拉伸强度随添加量增加先增加后降低，AO80/PUE断裂伸长率一直增加，HGM/PUE一直下降，而MCC/PUE先增加后降低;三种复合材料都存在微相分离，但HGM/PUE、MCC/PUE存在团聚现象，AO80/PUE分散理想;AO80/PUE的Tg向高温移动，阻尼温域拓宽，MCC/PUE阻尼因子一定程度上提高，HGM/PUE阻尼因子峰值下降;三种PUE复合材料耐温性均提高，热初始分解温度提高。
　　(5)合成的阻尼减振PUE材料，基本满足低模量、宽温域、高阻尼、耐高温的性能，搭配声子晶体理论可以解决减振、降噪问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 聚合物材料的阻尼理论

1．2．2 时-温等效原理

1．2．3 聚合物材料阻尼机理

1．2．4 高分子材料阻尼性能的测试方法与评价

1．3 声子晶体

1．3．1 布拉格散射型声子晶体

1．3．2 局域共振型声子晶体

1．3．3 两种声子晶体低频性能比较

1．3．4 局域共振应用现状

1．4 聚氨酯材料

1．4．1 聚氨酯材料概述

1．4．2 聚氨酯材料阻尼机理

1．5 宽温域高阻尼PUE材料的制备

1．5．1 聚氨醇材料分子结构设计

1．5．2 共混

1．5．3 共聚

1．5．4 互穿网络聚合物

1．5．5 有机-无机杂化PUE材料

1．5．6 填料／聚氨酯阻尼材料研究现状

1．6 本文的目的、意义及研究内容

1．6．1 课题的提出

1．6．2 本课题的主要研究内容

1．6．3 实验设想及方案

第二章 低模量宽阻尼聚氨酯弹性体基体的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原材料

2．2．2 仪器与设备

2．2．3 不同硬段结构的PUE材料的合成

2．2．4 测试方法及仪器设备

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同异氰酸醑种类对PUE性能的影响

2．3．2 扩链交联剂种类对PUE性能的影响

2．3．3 -NCO％含量对HMDI型PUE性能的影响

2．3．4 不同R值对HMDI型PUE性能的影响

2．4 本章小结

第三章 HMDI型PUE的改性的制备与研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 使用仪器与设备

3．2．3 HMDI型PUE的改性试样的制备

3．2．4 测试方法及仪器设备

3．3 结果与讨论

3．3．1 反应机理及红外光谱分析

3．3．2 E-51改性HMDI型PUE的硬度分析

3．3．4 E-51改性HMDI型PUE的吸水率分析

3．3．4 E-51改性HMDI型PUE的动态力学性能分析

3．3．5 E-51改性HMDI型PUE的热失重分析

3．3．6 E-51改性HMDI型PUE的热老化分析

3．4 本章小结

第四章 填料对HMDI型PUE复合材料的性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 使用仪器与设备

4．2．3 HMDI型PUE的复合材料试样的制备

4．2．4 测试方法及仪器设备

4．3 结果与讨论

4．3．1 红外光谱分析

4．3．2 HMDI型PUE复合材料的硬度分析

4．3．3 HMDI型PUE复合材料的力学性能分析

4．3．4 HMDI型PUE复合材料的耐水性分析

4．3．5 HMDI型PUE复合材料的表面形貌分析

4．3．6 HMDI型PUE复合材料的动态力学性能分析

4．3．7 HMDI型PUE复合材料的热失重性能分析

4．4 本章小结

第五章 结论

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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