论文部分内容阅读
聚合物梯度材料(PGM)是指在特定方向上具有连续的组分梯度和(或)结构梯度的聚合物材料,其性能按梯度逐渐变化,在仪器设备和航空航天等许多领域有广泛的应用。由于聚氨酯具有化学结构可调、高弹性等优异性能,成为制备梯度材料的优选材料。目前聚氨酯梯度材料的制备方法以互穿网络和机械共混为主,模量变化范围有限。研究自动化程度高的宽范围模量可控聚氨酯梯度材料制备技术具有重要意义。本论文采用自动注射反应成型装置,通过环三聚法和变量扩链法制备了沿长度方向宽模量范围的聚氨酯模量渐变材料,研究了不同制备方法中聚氨酯材料合成及模量梯度变化机理,研究了不同化学组成,及梯度结构对材料机械性能和热性能的影响。具体如下:1.环三聚法制备聚氨酯模量渐变材料以聚醚多元醇(PPG)、芳香族二异氰酸酯(TDI)作为主要原料,通过双组份的连续注射成型,渐进地改变两个组份的注射速度,使混合组分中异氰酸酯含量逐渐增大,过量的TDI原位反应形成环三聚结构的异氰脲酸酯,聚氨酯材料的硬段比例逐渐增大,模量逐渐增加,实现用同种原材料制备模量连续变化的材料。FTIR和力学性能表明,随着组分中TDI含量增大,生成的大体积硬段交联点异氰脲酸酯环含量增多,交联密度提高,模量渐变材料的拉伸强度、拉伸模量和硬度提高;DSC和TGA结果表明,材料的Tg在-45℃附近变化较小,随着TDI含量增大,材料热稳定性提高;DMTA结果表明,随着TDI含量增大,温域逐渐变宽,弹性模量等机械性能的变化是弹性的,在宽广温度区域内渐进变化。弹性模量实现了从27MPa～607MPa宽范围渐进变化,提高了 22倍。并进一步分析了异氰脲酸酯成环过程中的副反应及影响。2.变量扩链法制备聚氨酯模量渐变材料为进一步扩大模量变化范围、提高材料性能,实现自动化成型,研究了变量扩链法制备聚氨酯模量渐变材料。采用异氰酸酯/多元醇/扩链剂三组分体系,用自制的三组分连续注射成型装置,逐渐改变三个组份的注射速度,从而控制多元醇(软段)组分和扩链剂(硬段)组分的相对比例,在一个聚合物样品内实现了模量连续渐变。FTIR和力学性能结果表明,随着材料组份变化,硬段含量的提高,微相分离增大,模量渐变材料的拉伸强度、硬度随着提高。DSC表明材料的Tg从-58℃升高到47℃,随着扩链剂比例增加,硬段含量逐渐增加,玻璃化转变温度随模量提高而逐渐升高;DMTA结果表明,整个样条各个部分软段的Tg相差较大,使材料在较宽温度区间范围内始终保持弹性,弹性模量实现了从8MPa～760MPa宽范围渐进变化,提高了 94倍。