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本文首次选用不同相对分子质量的环氧乙烷/四氢呋喃无规共聚醚(PET)为软段、间苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)为硬段、对苯二酚-双(β-羟乙基)醚(HQEE)/1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂,采用熔融预聚二步法合成了一系列满足推进剂中粘合剂要求的新型热塑性聚氨酯弹性体。通过凝胶渗透色谱分析,力学性能,动态流变行为,红外光谱(FTIR),差示扫描量热(DSC),广角X射线分析(WAXD),动态热机械分析(DMA)和扫描电镜(SEM)等分析技术对TPU的结构、力学性能、微相分离和动态流变行为等进行了研究分析。
凝胶渗透色谱分析和红外光谱分析表明,不同系列的TPU均具有较高的相对分子质量和具有聚醚型聚氨酯的结构特征;在相同系列的TPU中,随着TPU中硬段含量的增加,软段PET的相对分子质量的提高,微相分离程度逐渐增加。DSC和DMA分析表明,TPU具有典型的微相分离的结构特征,并且随着硬段含量的增加,硬段与软段之间的相容性降低,微相分离程度增大,软段均具有较低的玻璃化转变温度。动态流变性能测试的频率扫描分析表明,随着频率的提高,TPU的复数黏度逐渐降低,表现出剪切变稀的现象和典型的假塑性流体的特征,而储能模量和损耗模量均随频率提高而增大;温度扫描分析表明,随着温度的逐渐增加,TPU的复数黏度、储能模量和损耗模量均表现出降低的趋势,并且最终到达一个稳定值。扫描电镜分析和WAXD分析表明,TPU具有典型的微相分离结构,并且均不具有明显的结晶形态。本文制备出了一系列满足推进剂中粘合剂要求的具有优异力学性能、低软段玻璃化转变温度(207.5~233.1 K)、低加工温度(<393 K)、并与硝酸酯拥有良好相容性的热塑性聚氨酯弹性体。
通过对TPU与推进剂各组份的表面张力大小的比较得到,PET4100-XDI-HQEE系列TPU和PET4300-XDI-HQEE系列TPU与高氯酸铵、铝粉和硝酸酯之间能较完全的相互浸润,有较好的相容性能,能满足推进剂中粘合剂的要求。PET4100-XDI-HQEE系列的TPU在加入15%NG增塑后不但仍具有满足推进剂力学性能的要求,并且使得TPU的软段玻璃化转变温度有降低的趋势。
采用微型注射机在383K温度下,按照TPU:NG:AL:AP=20%:15%:20%:45%的配比制备了模拟推进剂试片。模拟推进剂试片拥有优异的力学性能,能满足推进剂的力学性能要求,并且还具有良好的燃烧性能。