聚氨酯基IPN材料的合成制备及阻尼性能研究

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根据聚合物互穿网络(IPN)材料的阻尼机理,对阻尼材料进行分子设计。本文以聚氨酯为基质,分别与自制的改性聚硅氧烷、新型水性丙烯酸酯合成了阻尼性能良好的互穿网络的材料。将异氰酸酯接枝到聚硅氧烷(PDMS)链中合成改性聚硅氧烷,改性后的聚硅氧烷的分子含有异氰酸酯硬段和聚甲基硅氧烷软段,而聚氨酯是由异氰酸酯硬段和聚醚软段构成,二者结构上存在一定程度的相似性,因此相容性有所改善。聚硅氧烷和聚氨酯的预聚物通过物理共混、化学交联聚合的方式进行分子链的缠绕互穿,最后制备成互穿网络阻尼材料。采用材料测试综合实验机(MTS)对不同组分配比及改性前后IPN材料的阻尼性能进行测试。结果表明:改性聚硅氧烷/聚氨酯IPN材料的阻尼性能良好,在不同频率下存在不同的阻尼因子,波动范围在0.2-0.7之间。阻尼性能较改性前的IPN材料以及纯的聚氨酯、聚硅氧烷都有较大提高。当改性聚硅氧烷和聚氨酯的质量配比为60:40,聚氨酯采用分子量M=1500的聚乙二醇合成时,材料的阻尼因子tanδmax=0.72.通过扫描电镜(SEM)对材料微观结构进行观察,分散相与连续相的结合程度即互穿程度对材料阻尼性能造成了较大影响。以甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)作为封端剂,采用自乳化水性聚氨酯为种子乳液,取代部分相对分子质量低的乳化剂,将水性聚氨酯作为可聚合的乳化剂使用,然后以自由基引发聚合丙烯酸酯单体,以核壳乳液聚合工艺合成了水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体,将聚氨酯和丙烯酸酯有效地结合在一起。在自制的PUA复合乳液中加入引发剂过硫酸铵,交联剂二乙二醇二丙烯酸酯(DEGDA),通过调节PEG的平均分子量、交联剂加入量,做出了一系列丙烯酸酯聚氨酯(PUA) IPN阻尼材料并测定比较其性能。用硅烷偶联剂KH-570, KH-550分别改性硅溶胶,测试水合粒径,观察其稳定性,确定KH-550改性的硅溶胶粒径效果和稳定性都强于KH-570改性的。继而将用KH-550改性后的硅溶胶与自制的聚氨酯丙烯酸酯预聚体合成有机-无机IPN杂化材料,并分析讨论了硅溶胶添加量对材料阻尼性能的影响。
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