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1、上海交通大学 硕士学位论文 浇注型纳米SiO/聚氨酯复合材料的制备与性能研究 姓名：赖强 申请学位级别：硕士 专业： 指导教师：胡文彬;刘河洲 20070601 I 浇注型纳米浇注型纳米 SiO2/聚氨酯复合材料的制备与性能研究 摘 要 /聚氨酯复合材料的制备与性能研究 摘 要 本文的研究目的在于通过加入纳米 SiO2粒子改型的方法，补强聚氨 酯弹性体，提升其力学、耐热和阻尼等性能，满足新型装甲车的减震垫 和缓冲器的性能要求。 本文研究了材料组成和合成工艺参数对聚氨酯（PUR）性能的影响， 并通过原位聚合法合成了浇注型纳米 SiO2/ PUR 复合材料，讨论了不同 合成方法、材料配方和工艺参数
2、对纳米复合材料性能的影响。研究结论 如下： （1）对于纯的浇注型聚氨酯弹性体，考察了软硬段比例、扩链系数、 硫化温度、硫化时间和凝胶时间等工艺条件对聚氨酯弹性体力学性能的 影响。TDI/ PBAG 比在 3.5 左右，扩链系数（NH2/NCO）=0.95 时，硫化 温度和硫化时间分别在 100和 16h 时，凝胶时间大致在 360-380s 时， 所得聚氨酯弹性体的综合力学性能最佳。此阶段的研究为下一节合成纳 米复合材料提供了一个较佳的材料组分和工艺参数。 （2）分别用预聚体法和原位聚合法制得了纳米 SiO2/PUR 复合材料， SEM 照片显示： 预聚体法制备的纳米复合材料， 纳米 SiO2
3、粒子在其中主 要以团聚体存在；纳米 SiO2粒子经过表面偶联剂处理后，通过原位聚合 方法合成的纳米复合材料， SiO2粒子在 PUR 基体中分散比较均匀，大 部分纳米粒子的尺寸都在 50nm 以下，基本达到了纳米级的分散。 （3）FTIR 图谱显示：纳米复合材料在 1726 cm-1处酰基（NHCO）的 吸收峰由于 SiO2粒子与异氰酸酯的反应而有所降低；同时 792cm-1和 802cm-1处多了一个纳米 SiO2吸收峰，对应于 Si-O-C 键的吸收峰；说明 纳米 SiO2与 PUR 中的基团发生了化学反应，形成了键合。 （4） 原位聚合法制备的纳米 SiO2/PUR 复合材料的拉伸性能和
4、硬度相 II 比纯 PUR 弹性体有一定提高。 纳米 SiO2/聚氨酯复合材料随着纳米 SiO2粒子含量的增加，拉伸强 度有着一定程度的提高， 硬度和拉断伸长率也有小幅度的增加， 纳米 SiO2 粒子含量为 2.0wt时，SiO2/PUR 复合材料的综合力学性能最好，拉伸 强度比纯 PUR 材料提高了 36.8%， 断裂伸长率提高了 7.7%； 当纳米 SiO2 粒子大于 2.0 wt时力学性能反而下降。 偶联剂的加入能够有效提高纳米复合材料的拉伸性能，偶联剂份量 在 2.0wt%-2.5wt%时复合材料的综合拉伸性能最佳，超过 2.5wt%时过量 的偶联剂反而使材料拉伸性能下降；SEM 照片
5、显示偶联剂能够有效加强 纳米 SiO2粒子与聚氨酯基体之间的界面结合力。 （5）SiO2的加入提高了 PUR 的玻璃化转变温度，并且随着 SiO2含 量的增加，玻璃化转变温度增大，高温部分玻璃化转变温度从纯 PUR 的 464.7K提高到SiO2含量为2.0wt%时纳米复合材料的480.9K， 提高16.2K。 说明SiO2提高了弹性体的耐热性能， 同时使弹性体的使用温度范围变宽。 （6）纳米 SiO2的加入提高了 PUR 的储能模量和内耗峰峰值，并且随 纳米 SiO2含量的增加，复合材料的储能模量和损耗因子增大，并且内耗 峰向高温方向移动，说明纳米 SiO2粒子的加入有效提高了 PUR 复合
6、材 料的内耗，提高了 PUR 的阻尼性能；储能模量谱线形状和内耗峰曲线的 形状没有太大变化，说明 SiO2的加入没有改变 PUR 的硬段与软段的比 例，只是改变了硬段之间的相互作用力。 研究的创新点： 将原位聚合方法与浇注成型相结合， 不但使纳米 SiO2 在聚氨酯弹性体均匀分散，复合材料的机械性能、耐热性能和阻尼性能 等增强，而且简化了纳米复合材料的生产工艺。 关键词：关键词： 纳米 SiO2/ PUR 复合材料,力学性能,耐热性能,阻尼性能 III Synthesis and properties of the casting Nano-silica / polyurethane comp
7、osite ABSTRACT The purpose of the paper is enforcing the PUR elastomer through nano-SiO2 modification, and improving the mechanical properties, heat-resisting properties and dumping proprieties. In this paper the effects of composes and synthesis parameters on polyurethane properties have been studi
8、ed, nano-SiO2/PUR composites through in-situ polymerization have been synthesized, and the effects of different synthesis process、composes and synthesis parameters on the performances of Nano-composites have been studied. The results of the study indicate: (1)The properties of PUR can increased obvi
9、ously by optimizing composes and synthesis parameters. After all-around consideration, when the TDI/ PBAG ratio at 3.5、NH2/NCO ratio at 0.95、sulfuration temperature at 100 and sulfuration time at 16h，the PUR have the best tensile proprieties. (2)The nano-SiO2/PUR composites have been synthesized by
10、in-situ polymerization and prepolymer polymerization. The SEM photos show the nano-SiO2 dispersed in the composites synthesized by in-situ polymerization homogeneously，the size of most nano-SiO2 is under 50nm. (3)FTIR spectrums show: the absorbing peak value of NHCO decreased because of the chemical
11、 reaction between nano-SiO2 and TDI; the absorbing peak value of Si-O-C comes out because of the chemical reaction between nano-SiO2 and PUR elastomer. (4)The nano-SiO2/PUR composites synthesized by in-situ IV polymerization have improved tensile properties and hardness compare to the pure PUR; as t
12、he content of nano-SiO2 increase, the tensile strength has increased greatly, the elongation at break and the hardness have also improved, the nano-composites have the best mechanical property When the nano-SiO2 content at 2.0wt%. KH-550 have a positive effect on the mechanical property of nano-comp
13、osites, nano-composites have the best mechanical property When the KH-550 content at 2.0wt%-2.5wt%. (5)The Tg increases when the the content of nano-SiO2 have increased. When the content of nano-SiO2 at 2.0wt%, the Tg increased 16.2K compare to the pure PUR. So the heat-resisting properties of nano-
14、composites have improved; and the effective temperature span have enlarged. (6)The nano-SiO2/PUR composites have higher reserve energy modulus and tan than the pure PUR elastomer, the reserve energy modulus and tan increase as the content of nano-SiO2 have increased; sothe damping performances of PU
15、R have been improved. The shape of DMA curves is almost the same, because the nano-SiO2 particles do not change the proportion of soft sections and hard sections, just change the force between the hard sections. The innovations of the paper: The combination of in-situ polymerization and casting mold
16、ing, it makes the nano-sized SiO2 dispersed in the PUR homogeneously; it improves the mechanical properties, heat-resisting properties and dumping proprieties; and predigests the synthesis process. KeywordsKeywords: nano-SiO2/PUR composites，the mechanical proprieties, heat-resisting proprieties，dumping proprieties 1 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由
