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浇注型聚氨酯弹性体耐油性能与结构的关系研究

作　者: 陈万滨
导　师: 易玉华
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 聚氨酯弹性体耐油性能交联填充改性低游离预聚体
分类号: TQ334.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

传统橡胶主要通过在分子主链或侧链上引入极性基团来获得较好的耐油性,如氰基之于丁腈橡胶、氯原子之于氯丁橡胶、硫原子之于聚硫橡胶,然而,极性基团的引入使这些橡胶的其它关键物理性能变得很差,简言之,氰基的引入使丁腈橡胶的分子运动受到限制,弹性和低温性能不佳;主链上硫原子的引入使聚硫橡胶的拉伸强度变得很低。过多的极性基团对橡胶的加工工艺也不利。因此,传统橡胶很难兼具有良好的耐油性能、机械性能和加工性能。聚氨酯弹性体具有弹性好、强度高、耐磨、耐油等优点,采用浇注法制备聚氨酯弹性体在成型前双组份均为低粘度液体,不存在加工方面的困难,因此,聚氨酯弹性体能够在需耐油的场合取代传统橡胶,解决传统耐油橡胶无法解决的矛盾。本文采用浇注法,以制备耐油聚氨酯弹性体为目的,系统研究了软段种类、软段分子量及含量、硬段结构等因素对聚氨酯弹性体耐油性能的影响,并研究了化学交联、纳米填充改性和低游离预聚体三种方法对耐油性能的改善作用。研究发现:(1)极性基团含量是影响聚氨酯弹性体耐油性能的主要因素,以聚酯作软段、脂肪族异氰酸酯作硬段,减小软段分子量,增加硬段含量可以获得耐油性能最好的弹性体;(2)较窄的预聚体分子量分布和对称的异氰酸酯结构有利于弹性体的微相分离和链段结晶,能够改善耐油性能和力学性能;采用低游离预聚体制备的聚氨酯弹性体在油中的增重率比常规弹性体下降了50%;(3)适度交联可提高弹性体的耐溶胀性能,但对耐油性能的改善作用不大;对TDI-MOCA体系,扩链系数为0.9时,弹性体具有最完善的硬段网络结构和最佳的力学性能;软段交联一般会大幅度降低力学性能。(4)纳米白炭黑填充改性对聚氨酯弹性体耐油性能无明显影响,但可提高弹性体的力学强度;白炭黑最佳添加量为0.5%(质量分数)。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-31
  1.1 聚氨酯弹性体概述  11-19
    1.1.1 新型聚氨酯原材料及其弹性体的研究  12-16
    1.1.2 聚氨酯弹性体合成与加工方法  16-18
    1.1.3 聚氨酯弹性体的特性和应用  18-19
  1.2 聚氨酯弹性体结构形态  19-23
    1.2.1 链及网络结构  19-21
    1.2.2 相结构  21-23
  1.3 聚氨酯弹性体的性能  23-29
    1.3.1 软段结构对性能的影响  23-25
    1.3.2 硬段结构对性能的影响  25-26
    1.3.3 侧基侧链对性能的影响  26-27
    1.3.4 交联结构对性能的影响  27-29
  1.4 本文研究内容和意义  29-31
第二章聚氨酯弹性体的制备和测试表征  31-37
  2.1 主要原材料  31-32
  2.2 聚氨酯弹性体的制备  32-33
    2.2.1 预聚体的合成  32
    2.2.2 弹性体试样的制备  32-33
  2.3 性能测试与标征  33-36
    2.3.1 力学性能  33
    2.3.2 耐油性能  33
    2.3.3 溶胀平衡实验  33-35
    2.3.4 DMA分析  35
    2.3.5 SEM分析  35-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章基本化学组成对聚氨酯弹性体性能的影响  37-56
  3.1 基本化学组成对力学性能的影响  37-48
    3.1.1 软段结构对力学性能的影响  37-39
    3.1.2 软段分子量及软段含量对力学性能的影响  39-41
    3.1.3 硬段结构对力学性能的影响  41-48
      3.1.3.1 硬段交联程度的表征  44-46
      3.1.3.2 硬段结构对力学性能的影响  46-47
      3.1.3.3 扩链系数对力学性能的影响  47-48
  3.2 基本化学组成对耐油性能的影响  48-54
    3.2.1 软段结构对耐油性能的影响  48-49
    3.2.2 软段含量对耐油性能的影响  49-50
    3.2.3 硬段结构对耐油性能的影响  50-54
      3.2.3.1 硬段类型的影响  51-53
      3.2.3.2 扩链系数的影响  53-54
  3.3 本章小结  54-56
第四章聚氨酯弹性体性能的改进研究  56-68
  4.1 纳米填充改性对聚氨酯弹性体性能的改进  56-60
    4.1.1 聚氨酯试样的制备与表征  58-59
      4.1.1.1 试样的制备  58
      4.1.1.2 填料分散性的表征  58-59
    4.1.2 纳米填料对力学性能的影响  59
    4.1.3 纳米填料对耐油性能的影响  59-60
  4.2 低游离预聚体技术对聚氨酯弹性体性能的改进  60-65
    4.2.1 低游离预聚体的制备与表征  61
      4.2.1.1 低游离预聚体的制备原理和工艺  61
      4.2.1.2 低游离预聚体的性能测试  61
    4.2.2 结果与讨论  61-65
      4.2.2.1 低游离预聚体的质量  61-62
      4.2.2.2 工艺性能  62-64
      4.2.2.3 力学性能  64-65
      4.2.2.4 耐油性能  65
  4.3 软段交联对聚氨酯弹性体性能的影响  65-66
  4.4 本章小结  66-68
结论  68-70
参考文献  70-76
攻读硕士学位期间取得的研究成果  76-77
致谢  77-78
附件  78

浇注型聚氨酯弹性体耐油性能与结构的关系研究

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