【摘 要】
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聚氨酯弹性体具有许多优良特性,作为阻尼材料,聚氨酯弹性体在工业及日常生活中有比较广泛的应用。它具有较高的损耗因子和较宽的阻尼温域。在严寒地区使用的极地装备中,如滑雪板和雪地运输工具,以及一些组成部件,如板体、履带等,需要材料阻尼性能可以在一定范围内调控,以适应不同的需求。聚氨酯弹性体被要求在-40~-5℃温域内,具有低玻璃化转变温度(Tg)、损耗因子小于0.3。因此,需要对聚氨酯弹性体阻尼材料进行
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聚氨酯弹性体具有许多优良特性,作为阻尼材料,聚氨酯弹性体在工业及日常生活中有比较广泛的应用。它具有较高的损耗因子和较宽的阻尼温域。在严寒地区使用的极地装备中,如滑雪板和雪地运输工具,以及一些组成部件,如板体、履带等,需要材料阻尼性能可以在一定范围内调控,以适应不同的需求。聚氨酯弹性体被要求在-40~-5℃温域内,具有低玻璃化转变温度(Tg)、损耗因子小于0.3。因此,需要对聚氨酯弹性体阻尼材料进行改性。本论文采用溶液共混法与快速冷却工艺相结合,通过掺杂紫外线吸收剂、橡胶硫化促进剂(DZ)和多壁碳纳米管制备二元、三元及四元聚醚型聚氨酯低阻尼材料,对其阻尼性能、力学性能及储存稳定性能进行调控,为聚氨酯弹性体的设计与合成提供理论依据。对于掺杂紫外线吸收剂(THUV-328或UV-329)的二元低阻尼材料,动态力学分析(DMA)表明,随着THUV-328(或UV-329)含量增加,二元低阻尼材料的玻璃化转变温度(Tg)逐渐降低至-28.6℃(THUV-328)和-25.2℃(UV-329),最大损耗因子逐渐降低至0.15(THUV-328)和0.14(UV-329),储能模量逐渐增大。当测试温度高于30℃(THUV-328)或大于20℃(UV-329)时二元低阻尼材料的损耗因子随掺杂量增加而升高(THUV-328),或渐趋平坦后又直线上升(UV-329)。研究结果表明,随着THUV-328(或UV-329)含量增加,在复合体系中掺杂体由增塑作用过渡到类似纤维增强体作用。DSC、FTIR和SEM测试结果表明,THUV-328以微米级短纤维形态存在于基体中,与基体间无氢键键合;UV-329在体系中以微米级条状形态存于基体中,与基体间存在微弱氢键;SEM测试结果表明,UV-329与基体的相容性要好于THUV-328与基体的相容性,原因是体系内UV-329小分子迁移量相对较少。拉伸测试结果表明,随着掺杂量增加,二元低阻尼材料在低应变条件下(伸长率小于10%)弹性模量增加;在高应变时(伸长率大于250%)拉伸应力降低(THUV-328)或维持不变(UV-329),但材料的塑性增强。对于掺杂紫外线吸收剂(THUV-328或UV-329)和促进剂DZ的三元低阻尼材料,主要研究了当紫外线吸收剂含量固定,促进剂DZ对阻尼性能和力学性能的影响。结果表明,三元材料的阻尼性能随紫外线吸收剂和促进剂DZ比例的变化而改变:当THUV-328含量固定时,三元低阻尼材料在-40~-5℃温域的最大损耗因子无明显变化规律;UV-329含量固定时,三元低阻尼材料在-40~-5℃温域的最大损耗因子随促进剂DZ含量的增大先增大后降低。FTIR、DSC和SEM测试结果表明,产生上述阻尼现象的原因在于三元体系中相邻的DZ之间、DZ和基体之间都存在分子间作用力,并且该作用力属于次级键,即三元体系中DZ以独立颗粒形态存在,或者与基体结合,或者聚集成簇。因此,在三元体系中通过改变促进剂DZ和紫外线吸收剂(THUV-328或UV-329)的不同比例,能够获得-40~-5℃温域内实际需要的阻尼值。对于聚醚型聚氨酯、紫外线吸收剂(THUV-328或UV-329)、促进剂DZ和多壁碳纳米管组成的四元低阻尼材料,多壁碳纳米管可以降低材料的玻璃化转变温度和损耗因子(最大损耗因子可降至0.18)。拉伸性能测试结果表明,掺杂碳纳米管后材料的力学性能提高。SEM测试结果表明,掺杂UV-329的四元低阻尼材料断裂表面小分子含量高于掺杂THUV-328的四元低阻尼材料断裂表面小分子含量。原因是THUV-328、DZ易与碳纳米管聚集,导致断裂表面处THUV-328和DZ含量较低;而UV-329、DZ和碳纳米管在四元体系内分散良好,故断裂表面处小分子含量偏高。阻尼材料的组成不同会导致储存稳定性不同。研究结果表明,三元和四元低阻尼材料在加速老化过程中没有发生化学变化或产生氢键结合,只有小分子向表层迁移引起的热行为变化、阻尼性能变化和力学性能变化。在三元体系中,低阻尼材料老化后性能不稳定主要是由体系内小分子颗粒的析出与析出的小分子颗粒再回溶导致的;在四元体系中,主要是由碳纳米管形成的网状结构阻止小分子迁移导致的。综上所述,低阻尼材料加速老化后的阻尼性能和力学性能差异是由材料所处环境、外界影响因素(如作用力、时间等)和原材料这三个因素共同决定的。
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