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1、 毕业论文PEA/MDI/BDO有机粘土体系TPU102074132的制备工艺及性能分析材料工程系姚启政学生姓名： 学号： 高分子材料与工程系 部： 李振中专 业： 指导教师： 二一四年六月 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年 月 日毕业论文任务书论文题目： PEA/MDI/BDO有机粘土体系TPU的制备工艺及性能分析 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074132 学生： 姚启政 指导教师（含职称）： 李振中（教授） 1课题意义及目标对于聚氨酯弹性体，加入粘土能有
2、效提升其各种性能，如拉伸强度，耐热性、结晶性等。本文采用己二酸（AA）、乙二醇（EG）、二苯基甲烷-4,4-二异氰酸酯（MDI）、1,4-丁二醇（BDO）及有机粘土（OMMT）为原料，制备出具有不同粘土含量的TPU材料。研究OMMT加入量对TPU/OMMT复合材料拉伸强度、硬度、流变性、耐热性、以及结晶性等性能的影响。2 主要任务 1）查阅相关文献，提出试验方案； 2）探索PEA/MDI/BDO有机粘土体系TPU的制备工艺条件； 3）通过添加不同含量的粘土制备TPU/粘土复合材料； 4）采用拉力试验机研究不同粘土含量对TPU力学性能的影响； 5）采用旋转流变仪研究不同粘土含量对TPU流变性能的
3、影响； 7）采用XRD、偏光显微镜研究不同粘土含量对TPU结晶性能的影响； 8）采用TGA研究不同粘土含量对TPU热性能的影响； 9）记录实验结果，分析处理实验数据并完成毕业论文的撰写工作。3. 基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的实验研究方案；2）认真做好各环节实验，做好实验记录，要求实验数据准确可靠；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决实验中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4. 主要参考资料1 张晓亮. 蒙脱土/聚合物纳米复合材料的制备及性能研究D. 合肥: 安徽大学, 2013.2 谢
4、富春, 张玉清, 朱长春等. 二醇扩链剂对聚醚聚氨酯弹性体性能的影响J. 粘接, 2006, 27(3) 4-5, 8. 3 张春玲. 聚氨酯弹性体结构与性能的关系研究D. 北京: 北京化工大学, 2004. 4 蔡荣欣. 聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料的合成和性能研究D. 北京: 北京化工大学, 2004. 5 谭延冲. MDI型低粘度聚氨酯预聚体制备和性能D. 杭州: 浙江大学, 2012.5进度安排论文各阶段名称起 止 日 期1资料查阅，完成开题报告1月3日3月18日2制定实验方案，准备原料3月19日3月25日3TPU材料制备工艺研究3月26日5月15日4TPU材料性能测试分析5月16日6月
5、1日5撰写毕业论文，准备论文答辩6月4日6月22日审核人： 年 月 日太原工业学院毕业论文PEA/MDI/BDO有机粘土体系TPU的制备工艺及性能分析摘要：本文以己二酸（AA）、乙二醇（EG）、1,4-丁二醇（BDO）、二苯基甲烷4,4-二异氰酸酯（MDI）以及有机粘土（OMMT）为原料，制备了聚己二酸乙二醇酯二醇（PEA）以及TPU/OMMT纳米复合材料。采用X-衍射仪、拉伸试验机、邵氏硬度仪、差热天平、热变形维卡软化温度测定仪和旋转流变仪研究了TPU/OMMT纳米复合材料的结构、力学性能、结晶性能、热性能和流变性能等。结果表明加入OMMT后TPU/OMMT纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率
6、均有所提高，其中OMMT含量为3%时提高最明显，断裂伸长率提升了20%，拉伸强度提升了50%；同时结晶度和耐热性都有所提升，OMMT含量为3%时提升最大，而硬度几乎没有变化；TPU/OMMT纳米复合材料熔体属于假塑性流体。关键词：热塑性聚氨酯弹性体，纳米复合材料，有机蒙脱土，聚己二酸乙二醇酯二醇- 0 - Preparation and properties of PEA/MDI/BDO organic clay system TPUAbstract: In this paper TPU/OMMT nanocomposites were prepared by PEA (synthesized
7、 by adipic acid (AA), ethylene glycol (EG) ), 1,4- butanediol (BDO), 4,4- two phenyl methane diisocyanate(MDI) and organic clay (OMMT). The structure, mechanical properties, crystallization properties, thermal properties and rheological properties of TPU/OMMT nanocomposites were researched by X-ray
8、diffraction, tensile testing, hardness tester, differential thermal balance, vicat softening point temperature measuring instrument and rotational rheometer, etc. The results showed that the tensile strength and elongation at break of TPU/OMMT nanocomposites were improved. The elongation at break in
9、creased by 20% and the tensile strength increased by 50% when the content of OMMT was 3t%; The crystallinity and thermal resistance were improved. The most improvement was observed when the OMMT content is 3%; the hardness of TPU/OMMT hardly changed; TPU/OMMT melt was pseudo-plastic fluid.Keywords:
10、Thermoplastic polyurethane elastomer, Nanocomposite, Organic montmorillonite, Polyethylene glycol adipate glycol- 0 -目 录1 前言11.1 聚合物纳米复合材料概述11.2 蒙脱土/聚合物纳米复合材料的结构11.3 聚合物纳米复合材料的制备及其特点21.4 聚氨酯预聚体41.4.1 聚氨酯预聚体简介51.4.2 预聚体的合成61.4.3 预聚体的性能对最终产品的影响71.5 聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料的研究现状81.6 文献综述结语92 实验部分112.1 原材料112.2 仪器
11、112.3 实验样品的制备122.3.1 聚酯多元醇的制备122.3.2 TPU的制备122.3.3 TPU/OMMT纳米复合材料的制备132.4 性能测试152.4.1 X-衍射仪测试152.4.2 拉伸试验测试152.4.3 旋转流变仪测试162.4.4 偏光显微镜测试162.4.5 维卡软化点温度测定162.4.6 热失重测试173 结果与讨论183.1 实验样品的制备工艺研究183.1.1 聚酯多元醇的制备工艺研究183.1.2 TPU的制备183.1.3 TPU/OMMT纳米复合材料的制备193.2 性能分析213.2.1 结构表征213.2.2 结晶性能分析223.2.3 力学性能
12、分析253.2.4 热性能分析263.2.5 流变性能分析294 结论31参考文献32致谢34 1 前言 1.1聚合物纳米复合材料概述 聚合物基纳米复合材料的性能不仅和本身的结构相关，还与两个因素紧密相关：复合材料中纳米粒子分散尺度及纳米粒子与聚合物基体之间的相容性。通过对这两个因素的理论研究，对此进行不断地尝试探索、提出新概念方法、建立新模型结构，鉴于此，可以进行更微妙的层次设计，调节和控制纳米粒子的结构和相界面结构，最大限度地优化复合材料1。聚合物基纳米复合材料是以聚合物为基体，加入无机粒子复合得到的一种性能优异的纳米复合材料，分散相粒子的尺度一般是小于100nm量级的复合材料。纳米插层聚
13、合物可以将聚合物与无机纳米粒子之间较好的结合起来，由于纳米粒子具有一些特别纳米效应，如，表面效应、体积效应、介电效应、量子效应等，使得聚合物纳米复合材料比传统复合材料呈现出很多优良特性。首先，纳米粒子一般具有很大的比表面积，这样聚合物分子链能够和纳米粒子充分接触，改变了聚合物分子链的构象和链段的运动状态，继而对复合材料的性能产生很大影响。其次，表面和界面效应使得其表面能迅速增大，表面活性中心增多，蒙脱土表面易于和其它原子结合起来，这样当外力作用于复合材料时，粒子的这种效应使得聚合物与粒子结合紧密，而不易脱落。另一方面，由于其介电效应，由于其应力场的作用，纳米粒子能很好接受外来作用力，达到增强增
14、韧聚合物的目的。纳米粒子的种类有很多，如蒙脱土、高岭土、碳纳米管、石墨、碳酸二氧化硅、氧化硅、碳化硅、氮化硅、五氧化二钒等本文主要选用蒙脱土进行了研究2。1.2 蒙脱土/聚合物纳米复合材料的结构 根据蒙脱土在聚合物中的分散情况，可以将蒙脱土纳米复合材料分为三类结构3。 1)共混型复合材料，蒙脱土颗粒在聚合物中只是简单的填充共混，聚合物并没有插入到蒙脱土的片层中，两者之间有一定的相互作用，但只是蒙脱土颗粒的表面与聚合物分子链的界面作用，对复合材料的性能影响不是很大。 2)插层型复合材料，这种情况下，聚合物分子链插入到蒙脱土片层之间，使其层间距有一定程度的增大，聚合物和蒙脱土之间的作用力很强，这时蒙脱土的存在，对聚合物的分子链的运动发生了很大的变化，使得复合材料的性能大为增加，但蒙脱土片层具有一定的有
