聚氨酯-白炭黑-CIIR復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著科技的日新月異，高速機(jī)械的應(yīng)用越來越廣泛，振動(dòng)和噪聲的污染日益加劇，無可避免地對(duì)機(jī)械的壽命和人類的活動(dòng)造成了嚴(yán)重的影響，成為了社會(huì)的一大公害，探討新材料的制備工藝和研發(fā)綜合性能優(yōu)異的阻尼材料己成為研究熱點(diǎn)。
　　本文以液化二苯基甲烷二異氰酸酯和低聚物二元醇為原料，制備-NCO基團(tuán)封端的聚氨酯（PU）預(yù)聚體，而后在PU預(yù)聚體中加入沉淀法白炭黑，并通過機(jī)械共混攪拌均勻，制得聚氨酯/白炭黑（PU/silica，簡稱Psi）預(yù)混物。將

2、Psi預(yù)混物在一定壓力和溫度下壓制成型，制備了Psi雜化材料，探討固化溫度、白炭黑用量、軟段類型等合成制備工藝對(duì)Psi雜化材料性能的影響；其次將Psi預(yù)混物與氯化丁基橡膠（CIIR）共混改性，制備了聚氨酯/白炭黑/CIIR（簡稱Psi/CIIR）復(fù)合材料，研究了不同共混比、填料等因素對(duì)復(fù)合材料綜合性能的影響；最后通過添加受阻酚AO-60，以期進(jìn)一步提高Psi/CIIR復(fù)合材料的阻尼性能。
　　Psi雜化材料的FTIR研究表明，加入

3、白炭黑后，-N=C=O基團(tuán)吸收峰和Si-OH特征吸收峰消失，證實(shí)了PU預(yù)聚體中的-NCO與白炭黑表面的-OH發(fā)生反應(yīng)，白炭黑充當(dāng)了交聯(lián)劑和擴(kuò)鏈劑作用。Psi體系的最佳反應(yīng)溫度為150℃，所得材料綜合力學(xué)性能最好。隨著白炭黑含量的增大，Psi預(yù)混物的固化速度不斷增大。在PU預(yù)聚體-NCO含量為10％時(shí)，當(dāng)白炭黑用量為25phr時(shí)，雜化材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值18.6MPa，綜合力學(xué)性能最好。二元醇的種類影響Psi雜化材料的性能，由PCDL

4、制備的Psi雜化材料的固化速度稍小于PTMG型的；但tanδ阻尼峰值更高，達(dá)到0.35，其對(duì)應(yīng)溫度T0為19.5℃，而PTMG型雜化材料T0為-33.0℃，同時(shí)PCDL型雜化材料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度更高，達(dá)32.5MPa和75N/mm。
　　Psi/CIIR復(fù)合材料的研究結(jié)果表明，加入PCDL型Psi雜化材料后，膠料的硫化時(shí)間和門尼粘度顯著降低，復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度和硬度得到提高，其中撕裂強(qiáng)度由8.4N/mm提高到了21.9N/mm

5、，同時(shí)阻尼溫域拓寬，tanδ峰值向高溫方向移動(dòng)。當(dāng)Psi/CIIR并用比為30/70時(shí)，復(fù)合材料微相分離程度適宜，tanδ峰值達(dá)到了0.98，有效阻尼溫域?yàn)?11.5℃，阻尼性能較好。在普通硫磺硫化體系、有效硫化體系和酚醛樹脂硫化體系三種不同的硫化體系中，酚醛樹脂硫化體系的復(fù)合材料力學(xué)性能最好，能夠有效地改善復(fù)合材料在高溫下的阻尼性能，并且保持一定的tanδ峰值。對(duì)于不同種類二元醇制備的Psi/CIIR復(fù)合材料來說，由PCDL2000制

6、備的Psi/CIIR復(fù)合材料，其tanδ峰值對(duì)應(yīng)溫度T0為13.5℃，比由PTMG2000制備的高5.0℃，同時(shí)拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度更優(yōu)異；而PTMG型Psi/CIIR復(fù)合材料的tanδ峰值更大，有效阻尼溫域更寬，扯斷永久變形和硬度更低；二元醇分子量的大小對(duì)復(fù)合材料的阻尼性能影響不大。
　　填料改性在一定程度上延遲了Psi/CIIR膠料的正硫化時(shí)間，但提高了膠料的扭矩和ΔM。玻璃微珠和云母的添加，降低了復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度，其中以玻璃

7、微珠降低最為嚴(yán)重；而碳纖維有利于復(fù)合材料撕裂強(qiáng)度的提高。無機(jī)填料在不同程度上提高了復(fù)合材料的tanδ峰值對(duì)應(yīng)溫度T0和有效阻尼溫域，其中以云母和碳纖維的阻尼效果最佳，T0分別達(dá)到了21.5℃和28.3℃，有效阻尼溫域提高到了130℃左右。
　　受阻酚AO-60改性后，Psi/CIIR復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度和硬度均得到了提高，在添加量為30phr時(shí)拉伸強(qiáng)度達(dá)到了最大值5.7MPa。受阻酚AO-60改性 Psi/CIIR復(fù)合材料經(jīng)過淬火后

8、，各項(xiàng)物理性能均有了明顯的提高，其中拉伸強(qiáng)度由3.9MPa提升到了6.2MPa。紅外光譜、DSC、SEM和XRD分析表明，淬火后，AO-60/Psi/CIIR復(fù)合材料產(chǎn)生較強(qiáng)的氫鍵作用，且AO-60由結(jié)晶態(tài)向無定形態(tài)轉(zhuǎn)變。DMA表明AO-60結(jié)晶導(dǎo)致復(fù)合材料tanδ峰值和有效阻尼溫域有所下降。當(dāng)用量不超過20phr時(shí)，AO-60可以使復(fù)合材料的tanδ峰值向高溫方向移動(dòng)，添加了20phr受阻酚AO-60并經(jīng)過冰水淬火的復(fù)合材料的tanδ