NDI体系微孔聚氨酯弹性体的制备及性能研究

作者
孙秀利;
摘要
聚氨酯泡沫塑料(PUF)是一种高分子合成材料。与其它泡沫材料相比,PUF在性能上有许多优势,除了密度相对较小之外,还具备无臭透气性,耐高温,耐有机溶剂,泡孔结构也比较均匀。传统的纯MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)体系微孔聚氨酯弹性体(MPUE)机械性能、动态性能等与NDI(1,5-萘二异氰酸酯)体系相比较差,但NDI原料成本太高,因此,研究制备性能优异并且成本较低的微孔聚氨酯弹性体是非常有实用意义和前景的。本课题将MDI与NDI并用,首先采用预聚物法制备MPUE,研究了软段的结构对MPUE性能的影响。采用半预聚物法合成MPUE,研究了扩链剂种类、配比对材料性能的影响,同时研究了扩链系数、硬段含量对材料性能的影响,本课题合成的材料为微孔结构,因此研究了发泡剂、泡沫稳定剂、填料、催化剂对MPUE性能的影响。最后,研究了合成工艺及MDI并用比例对微孔聚氨酯弹性体性能的影响。研究发现:(1)与聚醚多元醇相比,采用聚酯多元醇合成的微孔聚氨酯弹性体的物理机械性能较好,耐热空气老化性能较好,但弹性较差,内耗高,拉伸永久变形大,且耐热水老化性能相对较差。聚醚型微孔聚氨酯弹性体内耗小,玻璃化转变温度低,损耗因子峰对应的温度范围较宽,并且,软段为PPG220的微孔聚氨酯弹性低温性能极好,在-40℃基本不变硬。将聚酯多元醇并用,当PEA20/PEA10=80/20时,所得微孔聚氨酯弹性体物理机械性能最好,随PEA10并用比例的增多,损耗峰向高温方向移动。将聚醚多元醇并用,当PPG220/PPG210=90/10时,材料的力学强度较高,随着PPG并用比例的增高,材料的损耗峰值增大,损耗峰向高温方向移动。将聚酯多元醇与聚醚多元醇并用,当PEA20与PPG220并用时,材料的力学强度较高,且随PPG220并用比例的增加,材料的阻尼因子降低,损耗峰向低温方向移动。将PEA20与不同的聚酯多元醇并用,并用醇为2304时,材料的强度最高,并且内耗低,并用醇3091时,材料的压缩永久变形最低。(2)改变扩链剂的种类,结果表明,二元醇类扩链剂中扩链剂KE扩链得到的微孔聚氨酯弹性体的力学性能、低温性能最好,内耗低,其次是扩链剂KB。采用扩链剂TMP扩链时所得微孔聚氨酯材料的强度极低,将二元醇类扩链剂与扩链剂TMP并用,体系交联度增加,压缩永久变形减小,同时玻璃化转变温度升高,内耗增加。采用相同种类的原料合成微孔聚氨酯材料,随着体系硬段含量得增高,材料的硬度和静刚度明显增加,内耗降低,压缩永久变形减小,弹性无明显变化。改变扩链剂用量,随着扩链剂用量的增多,所得微孔聚氨酯弹性体的硬度、强度、冲击回弹均下降,拉断伸长率上升,内耗降低,压缩永久变形下降。(3)改变发泡剂用量,结果表明,随着发泡剂用量的增加,所得微孔聚氨酯材料的强度、硬度均下降,材料的弹性增加,低温储能模量下降,内耗增加,基体中的泡孔尺寸变大,泡孔堆积密集。调节反应所用的催化剂体系,将催化剂cat-1与催化剂cat-2并用,随着cat-2用量的增多,发泡反应速度加快,泡孔数目增多且泡孔均匀性变差,材料的强度、硬度下降,弹性上升,低温储能模量下降。改变泡沫稳定剂用量,随着泡沫稳定剂用量的增加,所制备的微孔聚氨酯材料强度先上升后下降,内耗略有增加,基体中泡孔孔径变小,泡沫堆积密度增加。添加紫外线吸收剂5566,材料的强度下降,耐黄变性能提高,基体中泡孔尺寸变小,泡孔孔径分布不均。(4)采用不同的方法合成微孔聚氨酯弹性体,与半预聚物法相比,采用预聚物法合成的材料弹性好,材料的耐热性好,内耗低。单体混合法所得材料较预聚物混合法耐热性稍好,强度高,弹性好,内耗低,泡孔孔径小。将MDI与NDI并用,改变材料中两种异氰酸酯的并用比例,结果表明,随着MDI并用比例的增加,材料的强度、模量等均下降,耐热性也下降,在外界动态频率作用下,材料内耗增加,基体中的泡孔尺寸增大。
关键词/主题词
微孔聚氨酯弹性体;动态性能;机械性能;老化性能;耐热性
页数
96
出版日期
2019-04-20
学位授予单位
青岛科技大学
学位年度
2019
学位
硕士
导师
刘锦春;高光涛
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