【硕士】聚氨酯复合材料的制备与性能研究

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内容简介

　　【硕士】聚氨酯复合材料的制备与性能研究　　授予学位：硕士　　学位授予单位：上海交通大学　　学位年度：2007　　 本文的研究目的在于通过加入纳米SiO2 粒子改型的方法，补强聚氨酯弹性体，提升其力学、耐热和阻尼等性能，满足新型装甲车的减震垫和缓冲器的性能要求。　　 本文研究了材料组成和合成工艺参数对聚氨酯（PUR）性能的影响，并通过原位聚合法合成了浇注型纳米SiO2/ PUR 复合材料，讨论了不同合成方法、材料配方和工艺参数对纳米复合材料性能的影响。研究结论如下：　　（1）对于纯的浇注型聚氨酯弹性体，考察了软硬段比例、扩链系数、硫化温度、硫化时间和凝胶时间等工艺条件对聚氨酯弹性体力学性能的影响。TDI/ PBAG 比在3.5 左右，扩链系数（NH2/NCO）=0.95 时，硫化温度和硫化时间分别在100℃和16h 时，凝胶时间大致在360-380s 时，所得聚氨酯弹性体的综合力学性能最佳。此阶段的研究为下一节合成纳米复合材料提供了一个较佳的材料组分和工艺参数。　　（2）分别用预聚体法和原位聚合法制得了纳米SiO2/PUR 复合材料，SEM 照片显示：预聚体法制备的纳米复合材料，纳米SiO2 粒子在其中主要以团聚体存在；纳米SiO2 粒子经过表面偶联剂处理后，通过原位聚合方法合成的纳米复合材料， SiO2 粒子在PUR 基体中分散比较均匀，大部分纳米粒子的尺寸都在50nm 以下，基本达到了纳米级的分散。　　（3）FTIR 图谱显示：纳米复合材料在1726 cm-1 处酰基（NHCO）的吸收峰由于SiO2 粒子与异氰酸酯的反应而有所降低；同时792cm-1 和802cm-1 处多了一个纳米SiO2 吸收峰，对应于Si-O-C 键的吸收峰；说明纳米SiO2 与PUR 中的基团发生了化学反应，形成了键合。　　（4）原位聚合法制备的纳米SiO2/PUR 复合材料的拉伸性能和硬度相比纯PUR 弹性体有一定提高。纳米SiO2/聚氨酯复合材料随着纳米SiO2 粒子含量的增加，拉伸强度有着一定程度的提高，硬度和拉断伸长率也有小幅度的增加，纳米SiO2粒子含量为2.0wt﹪时，SiO2/PUR 复合材料的综合力学性能最好，拉伸强度比纯PUR 材料提高36.8%，断裂伸长率提高了7.7%；当纳米SiO2粒子大于2.0 wt﹪时力学性能反而下降。偶联剂的加入能够有效提高纳米复合材料的拉伸性能，偶联剂份量在2.0wt%-2.5wt%时复合材料的综合拉伸性能最佳，超过2.5wt%时过量的偶联剂反而使材料拉伸性能下降；SEM 照片显示偶联剂能够有效加强纳米SiO2 粒子与聚氨酯基体之间的界面结合力。　　（5）SiO2 的加入提高了PUR 的玻璃化转变温度，并且随着SiO2 含量的增加，玻璃化转变温度增大，高温部分玻璃化转变温度从纯PUR 的464.7K 提高到SiO2含量为2.0wt%时纳米复合材料的480.9K，提高16.2K。说明SiO2 提高了弹性体的耐热性能，同时使弹性体的使用温度范围变宽。　　（6）纳米SiO2 的加入提高了PUR 的储能模量和内耗峰峰值，并且随纳米SiO2 含量的增加，复合材料的储能模量和损耗因子增大，并且内耗峰向高温方向移动，说明纳米SiO2 粒子的加入有效提高了PUR 复合材料的内耗，提高了PUR 的阻尼性能；储能模量谱线形状和内耗峰曲线的形状没有太大变化，说明SiO2 的加入没有改变PUR 的硬段与软段的比例，只是改变了硬段之间的相互作用力。研究的创新点：将原位聚合方法与浇注成型相结合，不但使纳米SiO2在聚氨酯弹性体均匀分散，复合材料的机械性能、耐热性能和阻尼性能等增强，而且简化了纳米复合材料的生产工艺。　　

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