聚氨酯阻尼材料的结构设计及其性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学博士学位论文聚氨酯阻尼材料的结构设计及其性能研究论文作者：张晓蕾学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料学指导教师：瞿雄伟职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheDoctorDegreeofMaterialsScienceSTUDYONSTRUCTUREDESIGNANDPROPERTIESFORPOLYURETHANEDAMPINGMATERIALSByZhangXiaoleiSupervisor:

2、Prof.QuXiongweiOctober2014I聚氨酯阻尼材料的结构设计及其性能研究ThisworkwassupportedbyScienceFoundationofHebeiProvince(contractgrantnumber:11215118Dand10708).摘要结构是决定材料性能的根本因素，研究分子结构对聚氨酯(PU)阻尼材料的影响是提高其性能的有效途径。本文根据基团贡献分析法和聚合物阻尼性能定量化理论对聚醚型、聚酯型以及聚醚酯型PU阻尼材料进行分子结构设计，调节软硬段种类及含量制备了一系列PU阻尼材料，

3、并对其性能进行了系统研究。通过四氢呋喃聚醚(PTMG)、聚丙二醇聚醚(PPG)与甲苯二异氰酸酯(TDI100)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI50)反应合成PU预聚体，用含有不同侧基结构的二醇和二胺扩链剂扩链，制备了聚醚型PU阻尼材料。PPG型PU的损耗角正切(tanδmax)明显高于PTMG型PU，力学性能次之。PPG2000型PU的tanδmax略高于PPG1000型PU，且tanδ>0.3的阻尼温域向低温方向移动。二醇扩链剂中醚键和侧甲基的引入，有助于tanδmax值增大，tanδ>0.3的阻尼温域拓宽；二胺扩链剂中苯环

4、的引入，使tanδ>0.3的阻尼温域变窄且移向高温。TDI100/MOCA硬段体系的PU比MDI50/BDO的DMA谱图的峰形扁而宽，tanδ>0.3的阻尼温域靠近高温，力学性能较好。通过聚丁二酸新戊二醇酯(PNS)、聚己二酸新戊二醇酯(PNA)与TDI100、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应合成PU预聚体，用不同结构二胺扩链剂扩链，制备了聚酯型PU阻尼材料。PNA型PU比PNS型PU的tanδmax稍高，Tg偏小，tanδ>0.3的阻尼温域靠近低温。随PNS分子量增加，tanδmax由0.73增加到1.10，tanδ>0

5、.3的阻尼温域略向低温移动，力学性能有所降低。TDI100型PU比IPDI型PU的tanδmax和Tg都高，但tanδ>0.3的阻尼温域较窄，力学性能偏低。二胺扩链的PU阻尼性能的大小依次为：MOCA>L-MOCA>M-CDEA。扩链系数降低，tanδmax明显增大，力学性能有II河北工业大学博士学位论文所下降。通过丙氧基新戊二醇(PNP)与丁二酸(SA)、己二酸(AA)反应合成了聚丁二酸丙氧基新戊二醇酯(PNPS)和聚己二酸丙氧基新戊二醇酯(PNPA)，与TDI100反应合成PU预聚体，用MOCA扩链，制备了聚醚酯型PU阻

6、尼材料。PNPS型PU的阻尼性能优于PNPA型PU阻尼材料。随着PNPS分子量增大，阻尼性能提高并移向低温，力学性能有所下降。采用FTIR和1H-NMR对其原料、聚酯及聚醚酯结构进行表征，GPC测试的聚醚酯二醇实际分子量和理论分子量相近。AFM显示了PU阻尼材料明暗相间的微相分离结构，颜色较亮的为硬段均匀分散于颜色较暗的软段中，随软段分子量增大，相分离明显。SEM进一步验证了聚酯型PU阻尼材料明显的微相分离结构。TGA和DSC结果表明：PU阻尼材料具有较好的耐热性能，聚醚型PU阻尼材料具有两个明显的软、硬段Tg，而聚酯型PU

7、阻尼材料只有软段的Tg转变峰。随着软段分子量的增加，耐热性能变差。XRD结果表明：聚酯型PU阻尼材料具有极少量的的微晶存在。对PNS型PU阻尼结构进行测试，激励幅值和加载频率对等效水平刚度、等效阻尼比、屈服后刚度以及屈服力都有重要影响，需要综合考虑各参数之间的关系，应用于实际阻尼结构设计中。关键字：PU阻尼材料，结构设计，聚醚，聚酯，聚醚酯，阻尼性能基金项目：河北省科技厅科技计划项目(13211215D)；河北省科学院高层次人才资助项目(2013045333)III聚氨酯阻尼材料的结构设计及其性能研究ABSTRACTStru

8、ctureisthefundamentalfactortodeterminethepropertyofmaterials.Modificationofthemolecularstructureofpolyurethane(PU)dampingmaterialsisaneffectivewa