纳米碳/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备及性能

发布时间：2022-01-01 07:24

　　热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是一种由软段和硬段共聚组成的线形嵌段聚合物,具有独特的微相分离结构,兼具塑料和橡胶的特性,在常温下展现橡胶高弹性,高温下又具有塑料的可塑性,是聚氨酯材料大类中最具发展前景的一类。凭借出色的性能可调性和可加工性能,TPU已被广泛用于各种领域,如涂料、粘合剂、纤维、泡沫及现代技术的各种多样化领域。但其不足之处在于制品的耐热性能、机械性能等较差,限制了它在更广阔领域的应用。为进一步拓宽TPU的应用范围,一种有效的方法是掺入纳米级填料来调控内在微观结构,最终影响材料性能。为此,本文结合近年来纳米材料领域的研究热点——纳米碳材料,选择具有不同维度的纳米碳材料（一维碳纳米管、二维石墨烯和零维碳点）为填料,与聚氨酯基体进行复合,制备纳米碳/TPU复合材料,研究纳米碳材料的加入及其含量变化对复合材料结构与性能的影响。主要研究内容及结果如下:1、一维碳纳米管/TPU复合材料的制备及性能研究。选用聚氨酯合成反应常用原料甲苯-2,4-二异氰酸酯对碳纳米管（CNT）进行表面改性,制得异氰酸酯功能化CNT（CNT-NCO）;与聚己内酯二醇发生化学反应,经原位聚合共价掺入到TPU基体中... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

（a）是TPU及CNT-NCO/TPU复合材料的Han曲线，该曲线可用于研究纯

中北大学学位论文41有相同的松弛机理[59]。这可能是由于复合材料体系内部存在着填料粒子之间抑或填料与大分子链之间的网络结构，在低频区，该网络结构相对稳定，且随填料含量增加，复合材料内部结构性增强[46]，致使大分子链松弛时间延长，材料的弹性响应增强；随剪切频率增加，网络结构逐渐遭到破坏，直至高剪切频率时各材料的内部结构达到相似状态[3]。2-13TPU及其复合材料（a）Han曲线；（b）vanGurp-Palmen曲线；（c）Cole-Cole曲线Fig.2-13(a)Hanplots,(b)vanGurp-Palmenplotsand(c)Cole-ColeplotsforTPUanditscomposites图2-13（b）是TPU及CNT-NCO/TPU复合材料的vanGurp-Palmen曲线，该曲线可用来研究材料的弹性响应及黏性响应对聚合物熔体黏弹性的相对贡献[56]。理想弹性体的损耗角δ为0°，理想黏性体的δ为90°，δ值越小，材料的弹性越好。当δ=45°时（如图所示），G"=G""，材料发生黏弹性转变。可以看出，TPU及CNT-NCO/TPU复合材料的δ在45°~90°之间，且随CNT-NCO含量增加，δ减小，说明复合材料为黏弹性

中北大学学位论文59纳米复合材料的G"和G""对频率的依赖性如图3-11所示。纯TPU基体和TDI-GO/TPU纳米复合材料均显示出从黏性液体行为（G"<G""）转变为弹性固体行为（G"和G"的交点处的G">G""）的趋势（各图的右上方）。随着TDI-GO含量的增加，G"和G""相交处的频率向较低的频率偏移。这与TDI-GO多功能交联点在体系当中形成的微交联网络结构有关[16]。随着TDI-GO浓度的增加，网络增强，导致弛豫过程延长，因此从黏性液态到弹性固态的转变频率移向低频。这些结果与图3-10（d）很好地吻合，表明这种微结构强烈限制了聚合物链的运动，延长了弛豫时间，并增强了复合材料体系的弹性响应。3-12TPU及其复合材料（a）Han曲线；（b）vanGurp-Palmen曲线；（c）Cole-Cole曲线Fig.3-12(a)Hanplots,(b)vanGurp-Palmenplotsand(c)Cole-ColeplotsforTPUanditscomposites图3-12（a）显示了TPU和TDI-GO/TPU纳米复合材料的G"与G"的Han曲线。该曲线可用于研究基质聚合物及其填充体系之间的结构差异[69]。可以看出，各试样的曲线


本文编号：3561894