丁腈基聚氨酯的多级结构、性能及其与温度相关性研究

论文摘要

聚氨酯的多级结构影响着聚氨酯弹性体的性能。聚氨酯结构、性能与温度的相关性研究对制备耐高温聚氨酯弹性体具有重要的意义。本论文以HTBN为软段材料研究了HTBN基聚氨酯弹性体结构与性能,并对HTBN基聚氨酯弹性体结构、性能与温度的相关性进行了深入讨论。论文用FTIR、DSC、TG、力学性能等测试手段系统研究了硬段含量、多异氰酸酯种类、扩链剂种类、软段分子量及种类对聚氨酯（脲）结构与性能的影响。结果表明:在选定的硬段含量范围内,硬段含量的增大,PUU硬段氢键化程度增大,微相分离程度降低,材料的耐热性降低。HDI基PUU的微相分离程度较高,IPDI基PUU拉伸强度达到17.83MPa,TDI基PUU的最高热分解温度为458.8℃。DMTDA扩链的PUU弹性体微相分离较完善,软段的玻璃化转变温度达到-55.2℃,拉伸强度高达21.92MPa。BDO扩链的PU弹性体微相分离完善,起始热分解温度为332.8℃。PDO基PU软段的玻璃化转变温度为-48.2℃,DEG基PU软段拉伸强度高达12.82MPa。HTPB基PU弹性体的微相分离较完善,玻璃化转变温度为-67.1℃;不同腈基含量的HTBN合成的PU耐热性接近。分子量为2000的PTMG合成的PUU玻璃化转变温度低至-74.9℃,随着分子量的增大PUU软段Tg升高。HTBN基PUU的最大热失重温度为458.8℃。论文以HTBN为软段、DMTDA和TDI为硬段合成的PUU弹性体为研究对象,用变温FTIR研究了聚氨酯（脲）弹性体结构与温度的相关性关系。结果表明:随着温度升高,氢键化NH的伸缩振动吸收强度逐渐减弱,吸收谱带位置向高波数移动,振动吸收半峰宽明显变大;氢键化NH的弯曲振动的峰位向低波数移动,吸收强度降低;芳环的C=C弯曲振动吸收峰位移向低波数;氢键化脲羰基的谱带峰位没有太大变化,硬段微区受热发生解离,吸收峰强度逐渐降低;PUU羰基区分峰拟合结果表明,随着温度升高,PUU中有序氢键化羰基的百分含量逐渐减少,而不完善氢键化羰基百分含量先增大,150℃以上后迅速降低;PUU微相分离程度降低。同时,弹性体硬段微区受热解离,材料拉伸强度随温度的升高下降较快;高于100℃后,下降趋势渐缓,高温下的力学性能主要决于软段区内的物理化学作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 聚氨酯简介
• 1.2.1 总论
• 1.2.2 聚氨酯原料
• 1.2.3 聚氨酯的合成方法
• 1.2.4 聚氨酯的结构特征
• 1.3 液体橡胶的合成及应用研究
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 液体橡胶的分类
• 1.3.3 液体橡胶的合成
• 1.3.4 液体橡胶的特性
• 1.3.5 端羟基液体丁腈橡胶（HTBN）在聚氨酯中的应用
• 1.4 聚氨酯结构与氢键
• 1.4.1 主价力
• 1.4.2 次价力
• 1.4.3 氢键
• 1.4.4 聚氨酯的氢键
• 1.5 本论文研究的内容
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料及设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 测试与表征
• 2.2.1 异氰酸酯基含量的测定
• 2.2.2 拉伸性能测试
• 2.2.3 硬度测试
• 2.2.4 傅立叶变换红外分析（FTIR）
• 2.2.5 热失重分析（TG）
• 2.2.6 差示扫描量热分析（DSC）
• 2.2.7 高温拉伸性能测试
• 第三章 HTBN 基聚氨酯结构与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 聚氨酯的合成
• 3.2.1 预聚物的合成
• 3.2.2 弹性体的合成及硫化
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硬段含量对PUU 结构与性能的影响
• 3.3.2 多异氰酸酯种类对PUU 结构与性能的影响
• 3.3.4 扩链剂种类对PUU 结构与性能的影响
• 3.3.5 不同腈基含量的HTBN 对PUU 结构与性能的影响
• 3.3.6 软段种类对PUU 结构与性能的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 HTBN 基聚氨酯多级结构与温度的相关性研究
• 4.1 引言
• 4.2 PUU 的合成与测试
• 4.2.1 预聚物的合成
• 4.2.2 弹性体的合成及硫化
• 4.2.3 红外测试样品的制备及表征
• 4.2.4 红外数据处理方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 温度对PUU 红外谱图的影响
• 4.3.2 温度对NH 振动区的影响
• 4.3.3 温度对芳环C=C 弯曲振动区的影响
• 4.3.4 温度对羰基振动区的影响
• 4.3.5 温度对PUU 力学性能的影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与或完成的课题