【碩士】聚氨酯復(fù)合材料的制備與性能研究

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　　【碩士】聚氨酯復(fù)合材料的制備與性能研究　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：上海交通大學(xué)　　學(xué)位年度：2007　　本文的研究目的在于通過(guò)加入納米SiO2 粒子改型的方法，補(bǔ)強(qiáng)聚氨酯彈性體，提升其力學(xué)、耐熱和阻尼等性能，滿足新型裝甲車的減震墊和緩沖器的性能要求?！　? 本文研究了材料組成和合成工藝參數(shù)對(duì)聚氨酯（PUR）性能的影響，并通過(guò)原位聚合法合成了澆注型納米SiO2/ PUR 復(fù)合材料，討論了不同合成方法、材料配方和工藝參數(shù)對(duì)納米復(fù)合材料性能的影響。研究結(jié)論如下：　　（1）對(duì)于純的澆注型聚氨酯彈性體，考察了軟硬段比例、擴(kuò)鏈系數(shù)、硫化溫度、硫化時(shí)間和凝膠時(shí)間等工藝條件對(duì)聚氨酯彈性體力學(xué)性能的影響。TDI/ PBAG 比在3.5 左右，擴(kuò)鏈系數(shù)（NH2/NCO）=0.95 時(shí)，硫化溫度和硫化時(shí)間分別在100℃和16h 時(shí)，凝膠時(shí)間大致在360-380s 時(shí)，所得聚氨酯彈性體的綜合力學(xué)性能最佳。此階段的研究為下一節(jié)合成納米復(fù)合材料提供了一個(gè)較佳的材料組分和工藝參數(shù)?！　。?）分別用預(yù)聚體法和原位聚合法制得了納米SiO2/PUR 復(fù)合材料，SEM 照片顯示：預(yù)聚體法制備的納米復(fù)合材料，納米SiO2 粒子在其中主要以團(tuán)聚體存在；納米SiO2 粒子經(jīng)過(guò)表面偶聯(lián)劑處理后，通過(guò)原位聚合方法合成的納米復(fù)合材料， SiO2 粒子在PUR 基體中分散比較均勻，大部分納米粒子的尺寸都在50nm 以下，基本達(dá)到了納米級(jí)的分散?！　。?）FTIR 圖譜顯示：納米復(fù)合材料在1726 cm-1 處酰基（NHCO）的吸收峰由于SiO2 粒子與異氰酸酯的反應(yīng)而有所降低；同時(shí)792cm-1 和802cm-1 處多了一個(gè)納米SiO2 吸收峰，對(duì)應(yīng)于Si-O-C 鍵的吸收峰；說(shuō)明納米SiO2 與PUR 中的基團(tuán)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了鍵合?！　。?）原位聚合法制備的納米SiO2/PUR 復(fù)合材料的拉伸性能和硬度相比純PUR 彈性體有一定提高。納米SiO2/聚氨酯復(fù)合材料隨著納米SiO2 粒子含量的增加，拉伸強(qiáng)度有著一定程度的提高，硬度和拉斷伸長(zhǎng)率也有小幅度的增加，納米SiO2粒子含量為2.0wt﹪時(shí)，SiO2/PUR 復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最好，拉伸強(qiáng)度比純PUR 材料提高36.8%，斷裂伸長(zhǎng)率提高了7.7%；當(dāng)納米SiO2粒子大于2.0 wt﹪時(shí)力學(xué)性能反而下降。偶聯(lián)劑的加入能夠有效提高納米復(fù)合材料的拉伸性能，偶聯(lián)劑份量在2.0wt%-2.5wt%時(shí)復(fù)合材料的綜合拉伸性能最佳，超過(guò)2.5wt%時(shí)過(guò)量的偶聯(lián)劑反而使材料拉伸性能下降；SEM 照片顯示偶聯(lián)劑能夠有效加強(qiáng)納米SiO2 粒子與聚氨酯基體之間的界面結(jié)合力?！　。?）SiO2 的加入提高了PUR 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并且隨著SiO2 含量的增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度增大，高溫部分玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從純PUR 的464.7K 提高到SiO2含量為2.0wt%時(shí)納米復(fù)合材料的480.9K，提高16.2K。說(shuō)明SiO2 提高了彈性體的耐熱性能，同時(shí)使彈性體的使用溫度范圍變寬。　?。?）納米SiO2 的加入提高了PUR 的儲(chǔ)能模量和內(nèi)耗峰峰值，并且隨納米SiO2 含量的增加，復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和損耗因子增大，并且內(nèi)耗峰向高溫方向移動(dòng)，說(shuō)明納米SiO2 粒子的加入有效提高了PUR 復(fù)合材料的內(nèi)耗，提高了PUR 的阻尼性能；儲(chǔ)能模量譜線形狀和內(nèi)耗峰曲線的形狀沒(méi)有太大變化，說(shuō)明SiO2 的加入沒(méi)有改變PUR 的硬段與軟段的比例，只是改變了硬段之間的相互作用力。研究的創(chuàng)新點(diǎn)：將原位聚合方法與澆注成型相結(jié)合，不但使納米SiO2在聚氨酯彈性體均勻分散，復(fù)合材料的機(jī)械性能、耐熱性能和阻尼性能等增強(qiáng)，而且簡(jiǎn)化了納米復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝。　　

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