聚氨酯链段化学结构对其弹性体的水声吸声性能的影响研究

发布时间：2020-05-04 16:27

【摘要】：水声吸声材料是一类重要的海洋特种功能材料,在船舶工程领域有着不可替代的重要应用。聚氨酯(Polyurethane)弹性体材料具有优异的耐环境性和较高的阻尼性能,有望应用于新型水声吸声材料领域。聚氨酯链段化学结构的高度可设计性,可以通过对异氰酸酯、多元醇、扩链剂以及交联剂等核心组分种类和含量的调节,实现其材料性能的精确调控。但聚氨酯弹性体的水声吸声性能因其应用领域的特殊性,其与聚氨酯化学结构之间的内在联系规律方面的研究尚不多见。因此,本论文以聚氨酯链段化学结构为切入点,系统研究聚氨酯异氰酸酯、多元醇、扩链剂以及交联密度等核心组分对于所制备的弹性体材料水声吸声性能的影响因素,为聚氨酯材料在水声吸声材料领域的应用提供理论上的支持,具体研究内容如下:通过选取不同分子结构的二异氰酸酯的同分异构体,以及骨架基团不同的二异氰酸酯制备聚氨酯弹性体,探究二异氰酸酯的种类、空间构型等分子结构参数对聚氨酯弹性体水声吸声性能的影响规律,研究结果表明:压力为0.1 MPa时,异氰酸酯结构越不规整,所制备的聚氨酯弹性体的阻尼性能和水声吸声性能越好,但是材料的力学性能和耐海水性能会变差;异氰酸酯的苯环的个数增加以及异氰酸酯的化学结构对称性增强,都会使制得的材料有着优异的力学性能,但水声性能会变差。通过选择长链、短链以及支化链段的扩链剂和改变交联密度来制备聚氨酯弹性体,探究聚氨酯弹性体的扩链剂和交联密度对水声吸声性能的影响规律,研究结果表明:压力为0.1 MPa时,扩链剂的长度以及扩链剂的支链程度的变化,对水声吸声性能影响较小;交联密度的变化,仅带来材料的力学性能发生变化,对水声吸声性能影响较小。通过选择不同种类、不同分子量的多元醇制备聚氨酯弹性体,探究多元醇的结构对聚氨酯弹性体水声吸声性能的影响规律,研究结果表明:在0.1 MPa时,同种化学结构多元醇的分子量越低,水声吸声性能以及力学性能等越好;当多元醇的化学结构发生变化时,如PPG-PU、PBA-PU、PTMG-PU以及HLBH-PU,它们的吸声性能变化不明显,但是PBA-PU、PTMG-PU以及HLBH-PU由于其优越的力学性能,使其能在3 MPa条件下仍能保持相对较好的声腔结构,从而使得高压低频的时候仍可以保持较高的吸声性能。
【图文】：

图 1.2 聚氨酯在各个领域的应用及所占比例在复合材料方面应用情况合材料具有成本低、密度低、不溶于水、耐磨耐蚀、冲击强、形状记忆等显著的应用性能[5,10,11,14-16]。在制备过程中，

其通过介质以横波和纵波的方式进行传播，横波与纵波如图1.3 所示。声波传播方向 声波传播方向图 1.3 纵波与横波传播示意图：左边图为纵波示意图，右边图为横波示意图注：νm代表声波振动方向聚氨酯的物理性能是通过分子运动呈现出来的，，只有了解了聚氨酯的结构，才能知道聚氨酯和声波是怎么联系起来的，我们通过了解聚氨酯的链段结构、聚集结构才能更进一步知道聚氨酯分子的运动规律，从而解开聚氨酯微结构与水声吸声性能的关系。声波在传播时，虽然是质点振动的表现，但是声波其实可以看成是一种声音压力，而其传播，即为声压的传播，只不过是通过质点振动传递能量。所以不同能量的声波的传播，其实是质点在振动传播时引起的不同尺寸的分子运动[71]。当声波作用到聚氨酯表面时，会使聚氨酯的链段跟着一起运动起来，而由于聚氨酯有弹性的原因，此时在振动的作用下会发生剪切形变，这样会使原路线的声波在传播的时候传播方向发生一定偏差，所以声波在一些弹性体材料中传播时，由于发生了切变弹力，会使传播的波有纵波的同时还有部分横波。声波在固体、液体、气体之间的速度大小为固体>液体>气体，常见各种物质中声速如下表（1.1）所示[72]
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34;TQ334.1

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本文编号：2648672