具电致伸缩性能聚氨酯弹性体的制备与性能

论文题目: 具电致伸缩性能聚氨酯弹性体的制备与性能

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料物理与化学

作者: 丛羽奇

导师: 林保平

关键词: 聚氨酯弹性体,纳米钛酸钡,聚氨酯复合弹性体,介电性能,电致伸缩,数字散斑相关

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 任何电介质在外电场E的作用下都会出现应力,这种应力的大小与E的二次项成线性关系,这种效应被称为电致伸缩(electrostriction)效应,这一比例于电场二次项的应力将使电介质产生相应的应变,称为电致伸缩应变。电致伸缩应变是由电场中电介质的极化所引起,发生在所有的电介质中,其特征是应变的正负与外电场方向无关。电致伸缩效应的优点在于它的电场—应变关系非常稳定,不会随时间以及电场的反复循环而发生变化。由于电致伸缩材料的重复性好、响应快、驱动电压小、不易老化,温度稳定性以及经时稳定性优,因而常被应用于微小位移调制器,压力测量器件、连续可调激光器、双稳态光电器件、能量转换器、传感器、驱动器等的制造。聚氨基甲酸酯(简称聚氨酯Polyurethane)因其大分子主链中的氨基甲酸酯基团-NH-COO-(又称氨酯键)而得名,是一种具有独特性能和多方面用途的高聚物。本论文制备了多个聚氨酯弹性体,并对其性能作了研究;另外还制备了多个纳米钛酸钡/聚氨酯复合弹性体,对其性能进行了研究。采用聚酯二元醇与甲苯二异氰酸酯,1,4-丁二醇和1,1,1-三羟甲基丙烷反应制备了多个聚氨酯弹性体,并对它们的性能进行了表征。研究结果表明,聚氨酯弹性体的密度和硬度均随着体系交联度的增加而增强;聚氨酯弹性体的玻璃化转变温度随着体系交联度的增加而向高温方向移动;聚氨酯弹性体的介电常数在6-7左右(100Hz下),并随着体系交联度的增加而有所下降。将纳米钛酸钡掺入聚氨酯弹性体中,制备得到了多个纳米钛酸钡/聚氨酯复合弹性体,通过对它们的性能表征发现:往聚氨酯弹性体中掺入纳米钛酸钡,得到的复合弹性体的密度和硬度均有所增加,并且两者数值都随着钛酸钡含量的增加而增加;复合弹性体的玻璃化转变温度增加,并且随着钛酸钡含量的增加而逐渐向高温方向移动;复合弹性体的介电常数有一定的提高,并在300Hz左右出现峰值,并且随着钛酸钡含量的提高而增加,钛酸钡的掺入可以提高复合材料的介电性能。采用数字散斑干涉法测量和计算聚氨酯弹性体的电致伸缩应变,结果发现:聚氨酯弹性体和纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料在外加高电场的作用下,随着高压电源的开合,其应变呈现出相应的收缩与回复;随着聚氨酯弹性体体系交联度的增加,电致伸缩系数随之降低;掺入纳米钛酸钡后,聚氨酯弹性体的电致伸缩系数有一定的提高,但随着复合弹性体中钛酸钡含量的增加,电致伸缩系数为下降趋势。

论文目录:

中文摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 聚氨酯弹性体简介

1.1.1 聚氨酯弹性体的结构特点

1.1.2 聚醚型聚氨酯弹性体

1.1.3 聚酯型聚氨酯弹性体

1.2 聚氨酯弹性体的电致伸缩效应

1.2.1 聚氨酯弹性体在电场作用下的电场—应变关系

1.2.2 频率和温度对应变的影响

1.2.3 其他因素的影响

1.3 聚氨酯弹性体在电场作用下的弯曲现象

1.3.1 聚氨酯膜的弯曲现象

1.3.2 聚氨酯膜电致弯曲的滞后现象

1.3.3 离子杂质对弯曲的影响

1.4 聚氨酯弹性体与纳米材料的复合

1.4.1 聚氨酯弹性体的纳米改性方法

1.4.2 聚氨酯弹性体与纳米材料复合体系的研究

1.4.3 聚氨酯弹性体/无机介电材料复合体系的研究

1.5 聚氨酯电致伸缩效应的测试方法

1.6 应用前景

1.7 本论文的目的和研究意义

第二章 聚氨酯弹性体的合成及其基础性能表征

2.1 实验原理

2.1.1 聚氨酯弹性体的合成反应机理

2.1.2 聚酯二元醇的合成反应机理

2.2 实验试剂与实验仪器

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器

2.3 实验方法

2.3.1 合成方法

2.3.1.1 聚酯二元醇的合成方法

2.3.1.2 聚氨酯弹性体的合成方法

2.3.2 表征方法

2.3.2.1 聚酯二元醇的表征方法

2.3.2.2 聚氨酯弹性体的表征方法

2.4 结果与讨论

2.4.1 聚酯二元醇的酸值和羟值

2.4.2 聚酯二元醇的红外分析

2.4.3 聚酯二元醇的核磁共振谱图

2.4.4 聚氨酯弹性体的结构分析

2.4.5 聚氨酯弹性体的密度

2.4.6 聚氨酯弹性体的硬度

2.4.7 聚氨酯弹性体的热性能

2.4.8 聚氨酯弹性体的电性能

2.4.8.1 聚氨酯弹性体的电阻率

2.4.8.2 聚氨酯弹性体的介电性能

2.5 本章 小结

第三章 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的合成与基础性能表征

3.1 钛酸钡简介

3.2 实验试剂与实验仪器

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.3 实验方法

3.3.1 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的合成方法

3.3.2 表征方法

3.4 结果与讨论

3.4.1 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的结构分析

3.4.2 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的密度

3.4.3 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的硬度

3.4.4 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的热性能

3.4.5 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的电性能

3.4.5.1 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的电阻率

3.4.5.2 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的介电性能

3.5 本章 小结

第四章 聚氨酯弹性体的电致伸缩性能

4.1 实验方法

4.1.1 数字相关测量方法简介

4.1.2 实验仪器

4.1.3 实验方法

4.2 实验结果与讨论

4.2.1 聚氨酯弹性体的电致伸缩性能

4.2.1.1 电致伸缩应变与时间的变化关系

4.2.1.2 电致伸缩性能与结构的关系

4.2.2 纳米钛酸钡/聚氨酯弹性体复合材料的电致伸缩性能

4.2.2.1 电致伸缩应变与时间的变化关系

4.2.2.2 电致伸缩性能与钛酸钡含量的关系

4.3 本章 小结

第五章 主要结论

参考文献

附录

致谢

硕士期间发表论文

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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