聚乳酸基热塑性聚氨酯的合成及阻尼性能研究
弹性体材料具有独特的粘弹性，阻尼吸声、抑振和降噪性能优异，广泛应用于国防装备、精密仪器设备等领域。传统橡胶阻尼材料，如丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)等，由于玻璃化转变温度低、工况条件下阻尼性能差且可调控范围小，同时合成橡胶依赖石化资源、不能循环利用，已经不能满足阻尼材料及制品的性能需求。聚氨酯弹性体具有极性基团、分子链结构可设计性强，阻尼性能可调控且调控范围大，已成为新一代阻尼材料的研究重点。热塑性聚氨酯(TPU)还具有可多次重复利用、加工工艺简单的优点。面向国防装备等对宽温域、高阻尼性能弹性体材料的急迫需求，根据高分子材料的基团贡献法理论，以含有大量侧甲基的改性聚乳酸(PLA)多元醇作为软段，采用预聚体法制备了三种类型的聚乳酸基热塑性聚氨酯(PLA-TPU)。与普通TPU比较，PLA-TPU具有玻璃化转变温度高、阻尼性能优异，在高性能阻尼材料及制品领域有很好的应用前景。主要研究结果如下: (1)以六亚甲基-1，6-二异氰酸酯(HDI)和1，4-丁二醇(BDO)为硬段，不同数均分子量的改性聚乳酸多元醇为软段，通过预聚体法合成了HDI型PLA-TPU。研究结果表明:HDI型PLA-TPU的数均分子量(Mn)在3.7万以上，分子量分布系数D在1.4左右;随着平均硬段长度的减少(保持改性聚乳酸多元醇Mn=1000)，或者软段分子量的增加(保持多元醇、异氰酸酯、扩链剂的摩尔比为1∶2∶1)，阻尼温域(△T)拓宽、损耗因子峰值(Tanδmax)和0-60℃损耗峰面积(S0-60℃)增大，表现出良好阻尼性能。该材料的拉伸强度达到12MPa，断裂伸长率大于500％，满足阻尼制件对力学性能的要求。相较而言，PLA3K-12的阻尼性能最优，△T、Tanδmax、S0-60℃分别达到了28.5℃、0.65、19.3，力学性能良好。该类材料可以通过改变平均硬段长度和软段分子量实现阻尼性能和力学性能的调控。研究了PLA1K-34样品的重复加工性能，三次重复加工后的拉伸强度的保持率分别为97.5％、85.2％、69.6％;阻尼性能提高，第三次重复加工后，Tanδmax为0.47，△T达到20.5℃，S0-60℃增加至13.0，分别提高了38.2％、103％、17.1％;表明该材料具有多次重复加工利用特性。 (2)为了进一步提高材料的阻尼性能和力学强度，以二苯基甲烷-4，4'-二异氰酸酯(MDI)和BDO为硬段，以不同数均分子量的改性聚乳酸多元醇为软段，通过预聚体法合成MDI型PLA-TPU。研究结果表明:MDI型PLA-TPU的Mn在1.1万以上，且分子量分布系数D在1.90左右;随着平均硬段长度的减小(保持改性聚乳酸多元醇Mn=2000)，或软段分子量的减小(保持硬段含量为32％)，△T拓宽、Tanδmax和S0-60℃增大，表现出优异的阻尼性能。该材料的拉伸强度达到28.3MPa，断裂伸长率大于300％，满足阻尼制件对力学性能的要求。相较而言，PLA2K-23的阻尼性能最优，△T、Tanδmax、S0-60℃分别达到了64.6℃、1.24、30.6，力学性能良好。该类材料可以通过改变平均硬段长度和软段分子量实现阻尼性能和力学性能的调控。研究了PLA2K-32样品的重复加工性能，三次重复加工后的拉伸强度的保持率分别为99.5％、94.1％、90.4％;阻尼性能提高，第三次重复加工后，Tanδmax为0.88，△T达到38.1℃，S0-60℃增加至26.7，分别提高了7.3％、38.1％、14.1％;表明该材料具有多次重复加工利用特性。 (3)为了拓宽材料的阻尼温域范围，以改性聚乳酸多元醇和聚己内酯多元醇(PCL)为混合软段，仍以MDI和BDO为硬段，通过预聚体法合成混合软段型PLA-TPU，研究结果表明:混合软段型PLA-TPU的Mn在2万以上，且分子量分布系数D在1.5左右;随着PCL比例的增加，阻尼性能有所降低，△T、Tanδmax、S0-60℃分别降低了15.1％、24.4％、20.9％;Tg从30.1℃降低到12.6℃，断裂伸长率由418％升高至1275％(提高了205％)，拉伸强度基本不变;该类材料可以通过调整PCL的比例对PLA-TPU弹性和阻尼工作区进行调控，扩大材料使用范围。
热塑性聚氨酯;弹性体材料;聚乳酸;重复加工;阻尼性能
北京化工大学
硕士
材料工程
赵秀英;张继阳
2021
中文
TQ323.8;TQ334
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）