【碩士】聚氨酯復合材料的制備與性能研究

內容簡介

　　【碩士】聚氨酯復合材料的制備與性能研究　　授予學位：碩士　　學位授予單位：上海交通大學　　學位年度：2007　　本文的研究目的在于通過加入納米SiO2 粒子改型的方法，補強聚氨酯彈性體，提升其力學、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對聚氨酯（PUR）性能的影響，并通過原位聚合法合成了澆注型納米SiO2/ PUR 復合材料，討論了不同合成方法、材料配方和工藝參數對納米復合材料性能的影響。研究結論如下：　　（1）對于純的澆注型聚氨酯彈性體，考察了軟硬段比例、擴鏈系數、硫化溫度、硫化時間和凝膠時間等工藝條件對聚氨酯彈性體力學性能的影響。TDI/ PBAG 比在3.5 左右，擴鏈系數（NH2/NCO）=0.95 時，硫化溫度和硫化時間分別在100℃和16h 時，凝膠時間大致在360-380s 時，所得聚氨酯彈性體的綜合力學性能最佳。此階段的研究為下一節(jié)合成納米復合材料提供了一個較佳的材料組分和工藝參數?！　。?）分別用預聚體法和原位聚合法制得了納米SiO2/PUR 復合材料，SEM 照片顯示：預聚體法制備的納米復合材料，納米SiO2 粒子在其中主要以團聚體存在；納米SiO2 粒子經過表面偶聯劑處理后，通過原位聚合方法合成的納米復合材料， 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，基本達到了納米級的分散?！　。?）FTIR 圖譜顯示：納米復合材料在1726 cm-1 處?；∟HCO）的吸收峰由于SiO2 粒子與異氰酸酯的反應而有所降低；同時792cm-1 和802cm-1 處多了一個納米SiO2 吸收峰，對應于Si-O-C 鍵的吸收峰；說明納米SiO2 與PUR 中的基團發(fā)生了化學反應，形成了鍵合?！　。?）原位聚合法制備的納米SiO2/PUR 復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/聚氨酯復合材料隨著納米SiO2 粒子含量的增加，拉伸強度有著一定程度的提高，硬度和拉斷伸長率也有小幅度的增加，納米SiO2粒子含量為2.0wt﹪時，SiO2/PUR 復合材料的綜合力學性能最好，拉伸強度比純PUR 材料提高36.8%，斷裂伸長率提高了7.7%；當納米SiO2粒子大于2.0 wt﹪時力學性能反而下降。偶聯劑的加入能夠有效提高納米復合材料的拉伸性能，偶聯劑份量在2.0wt%-2.5wt%時復合材料的綜合拉伸性能最佳，超過2.5wt%時過量的偶聯劑反而使材料拉伸性能下降；SEM 照片顯示偶聯劑能夠有效加強納米SiO2 粒子與聚氨酯基體之間的界面結合力。　?。?）SiO2 的加入提高了PUR 的玻璃化轉變溫度，并且隨著SiO2 含量的增加，玻璃化轉變溫度增大，高溫部分玻璃化轉變溫度從純PUR 的464.7K 提高到SiO2含量為2.0wt%時納米復合材料的480.9K，提高16.2K。說明SiO2 提高了彈性體的耐熱性能，同時使彈性體的使用溫度范圍變寬?！　。?）納米SiO2 的加入提高了PUR 的儲能模量和內耗峰峰值，并且隨納米SiO2 含量的增加，復合材料的儲能模量和損耗因子增大，并且內耗峰向高溫方向移動，說明納米SiO2 粒子的加入有效提高了PUR 復合材料的內耗，提高了PUR 的阻尼性能；儲能模量譜線形狀和內耗峰曲線的形狀沒有太大變化，說明SiO2 的加入沒有改變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：將原位聚合方法與澆注成型相結合，不但使納米SiO2在聚氨酯彈性體均勻分散，復合材料的機械性能、耐熱性能和阻尼性能等增強，而且簡化了納米復合材料的生產工藝?！　?

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