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弹性聚氨酯耐磨涂层的研究

作　者: 郭磊
导　师: 邵谦
学　校: 山东科技大学
专　业: 化学工艺
关键词: 聚己二酸乙二醇聚四氢呋喃聚己内酯聚氨酯耐磨涂层
分类号: TH117.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

磨损具有经常发生和不可避免性,磨损在国民经济中造成的损失相当惊人,因此研究磨损和不断发展新的耐磨材料是一项永远值得探讨的课题。涂层技术是一种常用的表面处理技术,对减小摩擦损失效果显著。耐磨涂层所用树脂主要分为三类,即环氧树脂类,聚氨酯树脂类、有机硅树脂类及各自的改性物。在所有耐磨树脂中环氧耐磨树脂的开发较多,耐磨性能最好的是聚氨酯,特别是弹性聚氨酯。聚氨酯合成反应的主要机理是采用大分子多元醇、小分子多元醇和二异氰酸酯发生加聚反应,生成含长链和短链基团的氨基甲酸酯分子,构成聚氨酯涂料中的软段和硬段。多元醇的醇羟基数目越多、分子量越小,则聚合后形成涂料越硬,热稳定性越高,反之则越软。另外过量异氰酸酯基团会发生白聚,形成交联和环状结构,使耐磨性增强。一般通过加热发生固化,也有采用湿气固化方式,即涂覆后通过空气中的水汽与异氰酸酯基团发生反应达到交联固化,涂覆工艺以浸涂和流涂为主。本课题采用比较研究的方法,合成三种弹性聚氨酯涂料,即聚己二酸乙二醇型、聚四氢呋喃型、聚己内酯型,确定最佳的制备工艺:原料质量配比为二元醇:TDI:MOCA=8:2:1(以聚己内酯聚氨酯为例);溶剂为环己酮、二甲苯,比例为1:1,溶剂用量与原料比为1:1(根据黏度要求做适当的调整);起始反应温度为60℃,中速搅拌,尽量避免带入气泡;自然升温至75～80℃,保温反应90～120分钟;扩链剂为MOCA,为了降低MOCA的污染,MOCA采用溶解法加入,用丙酮作为溶剂,用玻璃棒搅拌加速溶解;固化温度控制在80～120℃为宜,时间在48小时左右。对三种聚氨酯涂层的各项性能进行测试,通过研究发现:聚己内酯型聚氨酯涂层的硬度最大,聚己内酯聚氨酯的硬段含量对硬度影响最大,硬段含量的增加会引起硬度的增加,硬度的增加在一定范围内有助于耐磨性的提高;硬段含量大于40%时,涂层的柔韧性很低,涂层硬且脆,不能符合要求;而硬段含量越高,预聚体中NCO含量越高,预聚体的NCO含量不应超过7%,按照一般情况,硬段含量不能超过28～29%。三种聚氨酯中,聚己内酯聚氨酯的耐磨性能最好,这可以通过金相显微镜得到进一步证明。另外,通过红外、金相显微扫描、力学性能测试仪、扫描电镜、TGA等表征手段,讨论聚氨酯涂层的耐磨性与其结构之间的关系,以便为提高聚氨酯涂层的耐磨性提供一些参考;同时粗浅地讨论一下磨损行为及磨耗机理。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
1 绪论  13-33
  1.1 提高耐磨性的途径和方法  14-15
  1.2 耐磨涂层的研究进展  15-17
  1.3 耐磨树脂  17-20
  1.4 弹性聚氨酯涂层  20-25
  1.5 影响聚氨酯涂层耐磨性的因素  25-28
  1.6 弹性聚氨酯结构与功能的关系  28-31
  1.7 本课题研究的目的、意义  31-33
2 实验方法  33-43
  2.1 原材料品种及规格  33-34
  2.2 实验仪器  34-35
  2.3 实验过程  35-36
  2.4 预聚体主要指标的测试  36-38
  2.5 性能测试与表征  38-41
  2.6 计算方法和样品命名  41-43
3 合成工艺  43-51
  3.1 原材料及预聚体选择  43-44
  3.2 合成工艺的设计  44-50
  3.3 本章小结  50-51
4 聚醚型聚氨酯性能、结构测试与表征  51-55
  4.1 涂层的各项指标测试  51-53
  4.2 聚氨酯涂层结构表征  53-54
  4.3 本章小结  54-55
5 聚酯型聚氨酯性能、结构测试与表征  55-60
  5.1 涂层的各项指标测试  55-57
  5.2 聚氨酯涂层结构表征  57-58
  5.3 本章小结  58-60
6 聚己内酯型聚氨酯性能、结构测试与表征  60-68
  6.1 涂层的各项指标测试  60-62
  6.2 聚氨酯涂层结构表征  62-67
  6.3 本章小结  67-68
7 聚酯型、聚醚型、聚己内酯聚氨酯涂层性能比较  68-76
  7.1 不同因素对聚氨酯涂层耐磨性能的影响  68-72
  7.2 常规性能比较  72-73
  7.3 耐水性能  73-74
  7.4 耐溶剂性能  74-75
  7.5 本章小结  75-76
8 聚氨酯涂层耐磨机理初探  76-82
  8.1 材料磨损失效的主要模式  76-77
  8.2 磨损与结构的关系  77-78
  8.3 连续磨损下聚氨酯涂层的行为  78
  8.4 磨损过程中分子链断裂的机理  78-79
  8.5 磨耗行为的显微镜扫描  79-80
  8.6 弹性聚氨酯涂层磨损机理探讨  80-81
  8.7 本章小结  81-82
9 主要结论  82-84
参考文献  84-88
致谢  88-89
读硕士期间主要成果  89

弹性聚氨酯耐磨涂层的研究

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