聚氨酯阻尼材料及其约束阻尼结构动态性能
《聚氨酯弹性体静动态力学性能及本构关系的研究》
《聚氨酯弹性体静动态力学性能及本构关系的研究》篇一一、引言聚氨酯弹性体作为一种高性能的聚合物材料，在众多领域中得到了广泛的应用。
其独特的力学性能，包括静动态力学性能，使得聚氨酯弹性体在橡胶、塑料、涂料以及生物医学等多个领域有着不可替代的作用。
为了更深入地了解其力学特性及本构关系，本文对聚氨酯弹性体的静动态力学性能及本构关系进行了详细的研究。
二、聚氨酯弹性体的静力学性能研究聚氨酯弹性体的静力学性能主要包括其在静态负载下的形变和应力响应。
在实验中，我们采用了一系列不同硬度的聚氨酯弹性体样品，通过静态拉伸试验，得到了其应力-应变曲线。
实验结果表明，聚氨酯弹性体在静态负载下表现出良好的弹性和较高的拉伸强度。
随着硬度的增加，其拉伸强度和模量也相应提高。
此外，我们还发现聚氨酯弹性体在形变过程中表现出明显的非线性行为，这与其独特的分子结构和微观结构密切相关。
三、聚氨酯弹性体的动力学性能研究与静力学性能不同，动力学性能主要研究的是材料在动态负载下的响应。
我们通过动态力学分析（DMA）技术，对聚氨酯弹性体在不同频率、不同温度下的动态性能进行了研究。
实验结果显示，聚氨酯弹性体在动态负载下表现出良好的能量吸收能力和优异的阻尼性能。
此外，其动态模量和内耗随温度和频率的变化呈现出明显的变化规律，这为其在振动控制、隔音材料等领域的应用提供了重要的理论依据。
四、聚氨酯弹性体的本构关系研究本构关系是描述材料应力-应变关系的数学模型。
为了更好地描述聚氨酯弹性体的力学行为，我们采用了超弹性本构模型（如Neo-Hookean模型、Yeoh模型等）对其进行了研究。
通过对比不同模型的拟合效果，我们发现Yeoh模型能够较好地描述聚氨酯弹性体的应力-应变关系。
此外，我们还发现聚氨酯弹性体的本构关系受其硬度、温度和频率等因素的影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体的使用条件选择合适的本构模型。
五、结论通过对聚氨酯弹性体的静动态力学性能及本构关系的研究，我们得到了以下结论：1. 聚氨酯弹性体在静态和动态负载下均表现出良好的力学性能；2. 聚氨酯弹性体在形变过程中表现出明显的非线性行为，其硬度、温度和频率等因素对其力学性能和本构关系产生影响；3. Yeoh模型能够较好地描述聚氨酯弹性体的应力-应变关系，为其在不同领域的应用提供了重要的理论依据；4. 在实际应用中，需要根据具体的使用条件选择合适的本构模型和材料。
《电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料的制备与性能》
《电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料的制备与性能》一、引言随着现代电子设备的普及，电磁干扰（EMI）问题日益突出，电磁屏蔽材料的研究与应用变得尤为重要。
聚氨酯作为一种常见的阻尼材料，具有优异的物理性能和化学稳定性，因此，将电磁屏蔽功能与聚氨酯阻尼材料相结合，制备出具有高电磁屏蔽效果和良好阻尼性能的新型材料，成为当前研究的热点。
本文将详细介绍电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料的制备方法及其性能。
二、材料制备1. 原料选择制备电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料所需的原料主要包括聚醚多元醇、异氰酸酯、导电填料等。
其中，聚醚多元醇和异氰酸酯是聚氨酯的基本原料，导电填料则用于提高材料的电磁屏蔽性能。
2. 制备过程（1）将聚醚多元醇和异氰酸酯按照一定比例混合，进行预聚反应，制备出聚氨酯基体。
（2）将导电填料加入聚氨酯基体中，通过搅拌、混合等工艺，使导电填料均匀分散在聚氨酯基体中。
（3）将混合物进行发泡、固化等工艺，制备出电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料。
三、性能研究1. 电磁屏蔽性能电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料具有优异的电磁屏蔽性能，能够有效抑制电磁波的传播。
其屏蔽效果与导电填料的种类、含量以及材料的厚度等因素有关。
通过实验，我们可以发现，在一定范围内，增加导电填料的含量可以提高材料的电磁屏蔽性能。
此外，材料的厚度也是影响屏蔽效果的重要因素。
2. 阻尼性能聚氨酯阻尼材料具有优异的阻尼性能，能够吸收和消耗振动能量。
电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料在保持良好电磁屏蔽性能的同时，仍具有优异的阻尼性能。
其阻尼性能与聚氨酯基体的分子结构、填料的分散状态等因素有关。
通过调整配方和工艺，可以实现对材料阻尼性能的优化。
3. 物理性能和化学稳定性电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料具有优异的物理性能和化学稳定性。
其硬度、密度、拉伸强度等物理性能指标均符合实际应用要求。
同时，该材料具有良好的耐候性、耐水性、耐油性等化学稳定性，能够在恶劣环境下长期使用。
四、应用前景电磁屏蔽功能型聚氨酯阻尼材料在电子设备、航空航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。
聚氨酯阻尼减振材料的研究进展
2017年第32卷第2期2017.V〇1.32No.2聚氨酯工业POLYURETHANE INDUSTRY•专题综述•聚氨酯阻尼减振材料的研究进展+杨玉华(青岛中和聚氨酯材料有限公司山东青岛266107)摘要：综述了聚氨酯阻尼材料近年来的研究进展，简要概括了聚氨酯阻尼材料的阻尼机理及评 价标准，重点讨论了软硬段结构及填料等对阻尼性能的影响，最后展望了其发展趋势。
关键词：聚氨酯；阻尼减振;结构与性能中图分类号：TQ 323.8 文献标识码：A文章编号：1005-1902(2017)02-0001-04随着工业化进程的日益加快，振动和噪声问题 越来越突出，传统措施难以满足人们的需求。
阻尼 减振降噪技术利用阻尼材料在变形时把动能转变成 为热能的原理，降低结构的共振振幅,增加疲劳寿命 和降低结构噪声，具有较好的应用前景。
聚氨酯 (PU)材料可塑性好，原料种类多，配方设计灵活度 大，性能可调范围广，是目前唯一一种在塑料、橡胶、纤维、涂料、胶黏剂、功能高分子六大领域均可以得 到应用的合成材料，P U阻尼材料因其兼具高承 载性、优异的耐磨、抗切割和撕裂性、耐低温性及耐 溶剂性等特点[2]，成为国内外研究最广、最具应用 价值的阻尼减振材料，其应用领域涵盖建筑、机械、军工、轻工、运输、医疗器械和石化等行业，并有逐渐 取代传统橡胶的趋势。
下文对P U阻尼材料性能影 响因素和改性研究情况做一综述。
1聚氨酯材料的阻尼减振机理PU材料的阻尼减振机理与其动态力学性能有 关。
PU材料是由软段和硬段组成的嵌段共聚物, 由于软硬段的化学结构和性质差异，导致两者不相 容而产生微相分离，软硬段的相容性即微相分离程 度是决定其阻尼性能的关键因素[3]。
在受到交变应力作用时,P U材料可储存一部 分能量而表现出弹性，又可通过分子间的内摩擦耗 散一部分能量而表现出黏性，故P U材料的阻尼机 理是基于黏弹阻尼，其性能的好坏依赖于材料的玻 璃化转变温度（7；)。
聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备及性能研究
聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备及性能研究【摘要】本研究旨在制备聚氨酯基约束阻尼复合材料，并对其性能进行研究。
首先介绍了背景信息和研究目的，阐明了该研究的重要性。
然后详细描述了聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备方法和性能测试过程。
通过对材料性能的研究和约束阻尼效果分析，揭示了其在工程领域中的潜在应用价值。
最后总结了研究成果，展望了未来研究方向，得出结论指出聚氨酯基约束阻尼复合材料具有较好的性能表现和广阔的应用前景。
这些研究成果有望在工程领域中推动约束阻尼材料的进一步发展和应用。
【关键词】聚氨酯基约束阻尼复合材料、制备、性能研究、约束阻尼材料、效果分析、工程应用、研究总结、未来研究方向。
1. 引言1.1 背景介绍聚氨酯基约束阻尼复合材料是一种新型阻尼材料，具有优异的阻尼效果和力学性能，被广泛应用于航空航天、建筑结构、交通运输等领域。
随着科技的进步和社会的发展，人们对材料的性能要求越来越高，传统的约束阻尼材料已经无法满足工程实践的需求。
开发新型的聚氨酯基约束阻尼复合材料具有重要的意义。
传统的约束阻尼材料主要包括金属和橡胶等材料，存在着密度大、性能差、易老化等问题，不能满足对材料强度、阻尼性能、耐久性等方面的要求。
聚氨酯基约束阻尼复合材料由聚氨酯基材料和约束阻尼剂通过复合得到，不仅具有较低的密度和优异的机械性能，而且能够通过调整材料的组分和结构设计，实现多种功能综合性能的优化，使其具有更广泛的应用前景。
研究聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备及性能对于提高材料的性能、推动工程实践的发展具有重要意义。
本文旨在通过实验研究，探讨聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备方法、性能测试、应用效果等方面，为该领域的研究提供参考和借鉴。
1.2 研究目的本研究的目的是探讨聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备方法，测试其性能，并对其在工程中的应用进行深入研究。
通过制备不同结构和成分的聚氨酯基约束阻尼复合材料，对其力学特性、阻尼效果和耐久性进行评估，以提高材料的性能和应用范围。
聚氨酯阻尼材料的制备和表征方法
聚氨酯阻尼材料的制备及表征方法一材料简介阻尼材料是一种能吸收振动机械能，并将之转化为热能而耗散的功能材料，阻尼减振降噪技术利用阻尼材料在变形时把动能转变成为热能的原理，降低结构的共振振幅，增加疲劳寿命和降低结构噪声。
各类阻尼材料已广泛应用于导弹、卫星、飞机、舰船、汽车工业等许多领域。
高聚物阻尼材料因其自身的粘弹特性，是一种能够有效吸收振动能量的能材料。
高分子阻尼材料的种类非常多，其中以聚氨酯(PU)为基体的阻尼材料是研究时间最早、研究最深入的高分子阻尼材料之一，聚氨酯可以通过设计控制其交联密度、分子结构中软硬段的种类和比例、填料的种类和含量以及采用互穿聚合物网络技术等手段获得复合应用要求的聚氨酯阻尼材料。
聚氨酯阻尼材料按用途可分为阻尼黏合剂、阻尼泡沫、阻尼涂料、阻尼弹性体等，这些材料已广泛应用于航空航天、汽车、船舶制造、精密仪器、建筑装饰等国民经济各个领域。
文中介绍了近年来聚氨酯基阻尼材料的研究进展，重点讨论了聚氨酯阻尼材料的制备方法、机理研究以及影响其相关性能的因素二阻尼机理高分子材料具有黏弹性，在受到交变外力作用时，应变落后于应力，存在滞后现象。
在每一循环过程中，要发生力学耗散而消耗能量即产生内耗，从而起到阻尼的作用。
高分子阻尼材料属于粘弹性阻尼材料，兼有某些粘性液体在一定流动的状态下损耗能量的特性和弹性固体材料储存能量的特性。
高分子聚合物由于其特殊结构，在玻璃化转变区域内，即在Tg附近，有很好的阻尼减震性能。
从高分子链段运动的角度来看，在玻璃化转变Tg以下，高分子链段的自由运动是完全被冻结的。
整个高分子处于玻璃固体状态，模量很高，不能散发机械能，只能将机械能作为位能储存起来。
在Tg以上的高弹性，链段可以自由运动，整个高分子材料显示出高弹态固体特征，模量低，亦不能散发机械能只能将机械能转化为形变能储存起来。
在玻璃化转变区内，高分子链段是由完全冻结状态向自由运动状态转变的过程，在外力作用下，软硬链段发生摩擦，从而将一部分机械能转化为热能耗散掉，因而有较好的阻尼性能。
《碳系材料掺杂聚氨酯阻尼复合材料的制备与性能研究》
《碳系材料掺杂聚氨酯阻尼复合材料的制备与性能研究》一、引言随着科技的不断进步，阻尼材料在各种工程领域中扮演着越来越重要的角色。
聚氨酯作为一种常见的阻尼材料，因其优异的物理性能和阻尼性能，广泛应用于振动控制、噪音减少以及能量耗散等方面。
然而，传统的聚氨酯阻尼材料仍存在一些不足，如力学性能不够优秀、阻尼性能有限等。
为了改进这些不足，本研究将碳系材料引入聚氨酯阻尼复合材料中，以提高其综合性能。
本文将详细介绍碳系材料掺杂聚氨酯阻尼复合材料的制备方法、性能研究及其应用前景。
二、制备方法1. 材料选择本研究所选用的碳系材料包括碳纳米管、石墨烯等。
这些碳系材料具有优异的力学性能、电性能和热性能，能够有效地提高聚氨酯阻尼复合材料的综合性能。
此外，还需准备聚氨酯原料、催化剂、溶剂等。
2. 制备过程（1）将碳系材料与溶剂混合，进行超声波处理，使其在溶剂中均匀分散。
（2）将聚氨酯原料、催化剂及其他添加剂加入分散好的碳系材料溶液中，进行搅拌反应，使各组分充分混合。
（3）将混合物倒入模具中，进行真空脱泡处理，以排除混合物中的气泡。
（4）将脱泡后的混合物置于烘箱中，进行固化反应，得到碳系材料掺杂聚氨酯阻尼复合材料。
三、性能研究1. 力学性能测试通过拉伸试验、压缩试验等方法，测试碳系材料掺杂聚氨酯阻尼复合材料的力学性能，如抗拉强度、压缩强度、硬度等。
2. 阻尼性能测试采用动态热机械分析仪等设备，测试碳系材料掺杂聚氨酯阻尼复合材料的阻尼性能，如损耗因子、内耗等。
3. 其他性能测试包括耐磨性、耐候性、电性能等测试，以全面评估碳系材料掺杂聚氨酯阻尼复合材料的综合性能。
四、结果与讨论1. 力学性能分析实验结果表明，碳系材料的掺杂显著提高了聚氨酯阻尼复合材料的力学性能。
掺杂碳系材料后，复合材料的抗拉强度、压缩强度、硬度等均有明显提高。
2. 阻尼性能分析碳系材料的掺杂对聚氨酯阻尼复合材料的阻尼性能有显著影响。
掺杂碳系材料后，复合材料的损耗因子、内耗等均有提高，表明其能量耗散能力得到增强。
高阻尼聚氨酯弹性体的研究
河北工业大学硕士学位论文高阻尼聚氨酯弹性体的研究姓名：刘会强申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：李彦涛20090301河北工业大学硕士学位论文高阻尼聚氨酯弹性体的研究摘要阻尼材料的发展始于20世纪50年代，是一种能吸收振动机械能并将之转化为热能而耗散的新型功能材料。
高分子阻尼材料具有阻尼温域宽、阻尼因子高的特点。
聚氨酯(PU)作为阻尼材料的优势在于可以通过调节软硬段的比例而获得宽温域、高性能的阻尼材料。
常用的提高阻尼性能的方法主要有两类:一是改变高聚物的大分子结构。
通过接枝、嵌段等方法来改变分子链的刚性结构，调节主链与侧链上刚性链与柔性链的不同配比；二是互穿聚合物网络(IPN)技术，可以通过网络互穿和链缠绕效应有效地控制高分子共混物组分间的相容性，拓宽阻尼温域。
但是，互穿网络技术合成的PU弹性体强度太低，不能用于需要强度较高的领域。
本文广泛的研究了聚酯型、聚醚型等不同类型的PU弹性体的阻尼性能和力学性能。
并且用自制的侧基含量较高的聚酯二醇合成了PU阻尼材料，进一步考察了硫化温度、硬段、扩链剂、频率对自制聚酯二醇PU弹性体性能的影响。
采用嵌段、接枝的方法改善其性能，调整PU弹性体tanδ>0.3的有效阻尼温域范围。
实验结果表明：添加自制软化剂后，用样品1制备的聚氨酯弹性体的阻尼温域明显向低温移动，tanδ>0.3的温域基本涵盖室温应用领域。
随着接枝率的提高，聚氨酯弹性体的阻尼性能明显提高，同时力学性能降低，当接枝率为10%时，PU弹性体的综合力学性能较好。
关键词：PU弹性体，阻尼性能，力学性能，嵌段，接枝i高阻尼聚氨酯弹性体的研究iiTHE RESEARCH ON HIGH DAMPING POLYURETHANE ELASTOMERABSTRACTThe development of damping materials was began in 1950s,when they were used in soundand vibrationg damping areas.Damping materials were novel functional materials that were efficient in converting sound and mechanical vibration energy into heat that resulted in absorption. Polyurethanes were particularly attractive for a study of the effect of chemical structure on damping because it was possible to change their glass transitions over a wide range of temperature by transform of the ratio of hard and soft segments.There were two metheods which were always been used to improve the damping properties of polyurethanes. One of the major methods was to design macromolecular polymer structure. Another one was IPN technique. However,the PU elastomer synthesized by IPN technique had low intensity,that can not be used for high-intensity areas.In this paper,the damping properties and mechanical properties of many kind of PU elastomer had been studied such as polyester PU elastomer,polyether PU elastomer and so on.Self-made sample was selected to synthesized PU elastomer and we have studied the effect of curing temperature，hard segment，chain extender and frequency on the damping properties and mechanical properties of the PU elastomer. Block and grafting methods were used to improve the properties of PU elastomer and adjust the temperature range at tanδ>0.3 .The results showed that:After sample 1 were mixed with self-made softener, the damping temperature domain of PU elastomer moving to the low-temperature clearly so that it covers the room temperature range. With the increase of grafting-rate, the damping properties of PU elastomer was improved obviously, at the same time the mechanical properties of PU elastomer decreased.When the grafting-rate was 10%, the integrated Performance of PU elastomer is better.KEY WORDS: PU elastomer,damping properties,mechanical properties, block, grafting河北工业大学硕士学位论文第一章绪论§1-1 前言随着现代工业的发展，振动工具和产生强烈振动的大功率机械不断增多，各种机械设备在运转及工作过程中带来的振动危害也日益严重[1]。
聚氨酯／绢云母／轻质碳酸钙复合材料的合成及其阻尼性能的分析
广州华工百川科技股份有限公司， ７ ０ ℃烘箱干燥 ４ ８ 小时 。绢 云母粉 ，２ ０ ０ 目，滁 州市文 龙 绢云母 粉 有
陈瑶 等：聚氨酯／ 绢云母／ 轻质碳酸钙复合材料 的合成及其 阻尼性能的分析
上 方 的钢板 上 。测试 时振 动源 （ ）通 过 螺杆与 下 层 钢板 连接 ，激励 样 品产 生振 动 ，通 过加速 度计 分 图中 的高分子 ｌ 和高 分子 ２有 部分分 子链 进入 了绢
２ ０ １ ３ 年第 ３期
声学与电子工程
总第 １ １ １期
聚氨酯／ 绢 云母／ 轻质碳酸钙复合材料 的 合 成及其 阻尼性 能 的分析
陈瑶 罗马奇 陶玉春 （ 第七一五研 究所 ，杭 州 ，３ １ ０ ０ １ ２ ）
摘 要 将产 品级 的阻尼聚氨酯胶与绢云母粉和轻质碳酸钙混合 ，得到一种具有阻尼性能的聚氨酯／ 绢云
将 一 定量 的聚氨 酯 的 Ｉ组分 在 电炉 上预 热 至
６ Ｏ ℃，边加 热边 用玻璃 棒 碳酸 钙计 量加 入聚氨 酯 的 Ｉ 组分 中 ，加 入邻 苯
二 甲酸二 辛酯 ，机械 搅拌 均匀 ，脱泡 ，加入 计量 的 Ｐ 组分 ，机械 搅 拌使物 料混 合均 匀 ，脱泡 ，灌注 到
的 内摩 擦 耗散 一部 分能 量而表 现 出粘 性 ，因此 ，粘 弹 材料 可 以作 为 阻尼 材料 使用 【 ２ ］ 。高分 子材 料 是最
常 见 的阻尼 粘弹 材料 。灌注 型聚氨 酯 以其 良好 的加
事先 预热 的模 具 中 ，６ ０ ￣ Ｃ３ Ｊ Ｗ 热２ ４小 时。 自然冷 却 ，
上下 两层 为薄钢 板 的约 束层 结构 。对 于这 种结 构 ， 芯材 除 了要表 现 出 良好 的 阻尼性 能外 ，还 要具 有 一 定 的抗 形 变能 力 ，因此不 能将 材料 做得 太软 。绢 云
聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备及性能研究
聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备及性能研究随着城市建设的不断发展，建筑物的高度与结构也日益复杂。
在建筑抗震性能设计中，阻尼器作为被动控制结构的一种常用手段，可以有效减小建筑物的振动幅值和峰值，提高其抗震能力。
聚氨酯基约束阻尼复合材料是一种新型阻尼材料，具有良好的阻尼性能和可塑性，在工程结构中具有广泛的应用前景。
本文旨在对聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备及其性能进行研究。
1. 聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备聚氨酯基约束阻尼复合材料的主要成分是聚氨酯颗粒和约束材料。
其中，聚氨酯颗粒是由异氰酸酯与聚醚或聚酯的聚合物反应而成的。
而约束材料一般选用钢板或碳纤维复合材料。
制备过程如下：（1）将聚氨酯颗粒均匀分散在特定的有机溶剂中，加入交联剂，混合搅拌均匀；（2）将混合好的聚氨酯颗粒倒入约束材料模具内，加压固化，使得聚氨酯颗粒与约束材料完全结合。
（3）将制得的聚氨酯基约束阻尼复合材料进行后续处理，如表面涂覆防护层等。
2. 聚氨酯基约束阻尼复合材料的性能研究（1）阻尼性能：采用单自由度振动台测试聚氨酯基约束阻尼复合材料的阻尼性能。
实验结果表明，随着聚氨酯颗粒的含量增加，其阻尼比例逐渐增加，并在一定比例范围内达到最佳效果。
此外，碳纤维复合材料的约束效应比钢板更强，可以更有效地提升复合材料的阻尼性能。
（2）疲劳性能：采用旋转梁疲劳试验仪研究聚氨酯基约束阻尼复合材料的疲劳性能。
实验结果表明，复合材料的疲劳寿命随着约束材料的强度增加而增加，且碳纤维复合材料的疲劳寿命比钢板要长。
（3）可塑性：采用拉伸试验仪研究聚氨酯基约束阻尼复合材料的可塑性。
实验结果表明，聚氨酯基约束阻尼复合材料具有良好的可塑性，其断裂伸长率高于90%。
综上所述，聚氨酯基约束阻尼复合材料具有良好的阻尼性能、疲劳性能和可塑性。
这种新型阻尼材料在工程应用中具有广泛的应用前景，有助于提高建筑物的抗震能力和安全性。
高强度浇注聚酯型聚氨酯阻尼材料的研究
高强度浇注聚酯型聚氨酯阻尼材料的研究刘会强1 刘德居2 周海军3 张欣钊3 费学梅1 李彦涛3(1.河北工业大学,天津 300130; 2.河北科技大学,石家庄 050018; 3.河北省能源研究所,石家庄 050081) 摘要 以不同种类的聚酯多元醇为软段,2,42甲苯二异氰酸酯和3,3′2二氯24,4′2二氨基二苯甲烷为硬段,合成了聚氨酯(P UR)阻尼材料。
考察了不同软段结构、硫化温度和测试频率对P UR材料阻尼性能和力学性能的影响。
结果表明,所制备的可室温硫化并具有优异力学性能的P UR阻尼材料,其拉伸强度达到12.9M Pa,1Hz时的tanδmax 达到0.79,tanδ>0.3的阻尼温域达到45.5℃(-13.0～32.5℃)。
关键词 聚酯 聚氨酯 阻尼材料 2,42甲苯二异氰酸酯 力学性能 阻尼性能 前人对于聚氨酯(P UR)阻尼材料的研究多集中于P UR/丙烯酸树脂互穿聚合物网络、P UR/环氧树脂、P UR/乙烯基酯树脂材料体系。
这些聚合物粘弹性材料具有很高的损耗因子,但弹性模量过低、力学性能差,而具有高力学性能的阻尼合金的损耗因子又太低,满足不了高阻尼性能的要求[1]。
因此,开发兼具高阻尼性能和优良力学性能的P UR阻尼材料成为当前P UR研究领域的热点[2]。
聚酯型P UR材料具有良好的耐磨性、耐高温性和优异的力学性能,其应用领域十分广泛[3]。
但是关于聚酯型P UR材料阻尼性能的研究鲜见报道,笔者用多种商品化聚酯二醇、自制的侧基含量较高的聚酯二醇与2,42甲苯二异氰酸酯(T D I)、3,3′2二氯2 4,4′2二氨基二苯甲烷(MOCA)反应合成了不同的P UR阻尼材料,并且讨论了不同软段结构、硫化温度和测试频率对P UR阻尼材料阻尼性能和力学性能的影响。
1 实验部分1.1 主要原料聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚己二酸乙二醇丁二醇酯(PEBA)、聚己二酸乙二醇丙二醇酯(PE2 P A):牌号分别为PEA-2000、PEBA-2000、PEP A -2000,工业品,烟台华大化学工业公司;聚己二酸21,42丁二醇酯(P BA):P BA-2000,工业品,烟台万华聚氨酯集团公司;聚酯二醇样品1(羟值56.97mg K OH/g)、样品2(羟值115.60mg K OH/g):自制;T D I:T D I-100,工业品,德国Bayer公司;MOCA:工业品,苏州市湘园特种精细化工有限公司;脱模剂:Y B-05H,工业品,上海亿邦化工有限公司。
受阻酚封端聚氨酯阻尼材料的结构与性能研究
第6期2019年12月No.6 December，2019目前，阻尼材料在制备的过程中所使用到的工艺还是物理化学混合法，其中主要包含了直接供分法、乳液共分法和热压法等，为了能够在更大程度上提高聚氨脂阻尼材料的结构和性能，就必须将其工艺进行完善和优化。
本课题主要选择了两种受阻酚来进行实验，在受阻酚封端—NCO 基聚氨酯预聚物进行封端所得到两种储存性比较好的受阻聚合物之后，再使用专门的固化剂将其固化，从而实现工艺上的改善，同时也得到更多聚氨脂阻尼材料的制备方法[1]。
1 受阻酚封端聚氨酯阻尼材料的试验1.1 封端聚氨酯预聚物的准备甲苯二异氰酸酯和聚苯醚进行反应之后，会逐渐生成—NCO 聚氨脂酸预聚物，当预聚物和受阻酚融合之后也会发生一定的反应，即封端反应，最终就会得到受阻酚封端预聚物。
在对受阻酚进行取量之后，将其放于烧杯中，再加入少量的乙酸丁酯，把烧杯放在烘箱当中，将其温度调整至135 ℃，等到粉末全部融化之后再取出来备用。
然后工作人员再按照规定的量将甲苯二异氰酸酯和丙烯酸丁酯分别放在搅拌器、漏斗和冷凝管当中，把油浴的温度调整到65 ℃，按照NCO/OH 的物质的量比2∶1，通过漏斗将聚苯醚滴入3个实验器材当中，同时进行搅拌，3 h 后可以得到预聚物。
温度始终控制在70 ℃，再加入0.1%的三乙胺催化剂后，可以逐渐加入受阻酚AO-80或者AO-2246，14～15 h 之后，就可以得到设计过的受阻酚封端聚氨脂预聚物。
1.2 试样的准备把受阻酚封端聚氨脂预聚物和593固化剂按照固定的量进行混合之后，加入消泡剂均匀搅拌，将其进行真空抽气泡20 s ，再把预聚物浇铸在乙烯板上，固化24 h ，最后存放在40 ℃的温度环境下7 d ，就可得到一个性能较高的试样[2]。
1.3 分析和测试在封端聚氨酯预聚物的傅里叶变换上，使用红外光谱仪器来进行测定，并且还采用了涂膜方法，在测试波数的时候，将其范围固定在400~4 000 cm -1，分辨率大约是0.8 cm -1。
聚氨酯弹性材料阻尼性能的研究
的 。 此， 料含量的 ］ ’ ［ 因 填 增加提高了聚氨醋的阻尼
减振性能。同时， 通过曲线 １ ２ 和 的比较还可以发 现， ０ ４ Ｈ 之间， 在 一 佣 ｚ 随着频率的增加， 两条曲线 对应峰值的差值逐渐增大； ４ 一 加 Ｈ 之间相 在 加 ６ ｚ 差不大； 刃一 以 Ｈ 之间， １Ｘｚ ） 差值又开始增大。这 在以 是由于阻尼材料的弹性模量和损耗因子均随着频率 不断变化的综合结果造成的。 ２３ 不同温度粘弹性阻尼结构的加速度导纳 ． 在不同温度下， 采用粘弹性阻尼结构 Ａ进行加 速度导纳测试， 结果见图３ 和图４ ０
这是由于阻尼材料的弹性模量和损耗因子均随着频率不断变化的综合结果造成的不同温度粘弹性阻尼结构的加速度导纳在不同温度下采用粘弹性阻尼结构进行加速度导纳测试结果见图结论制备了填料含量不同的聚氨酯阻尼材料宽的频域01000hz范围内通过对粘弹性阻尼结构的分析研究了材料的阻尼性能结果表明一定范围内填料云母含量较高的材料的阻尼性能较好阻尼材料的阻尼减振能力随温度升高而下降研究表明设计制备具有较高的弹性模量和损耗因子的阻尼材料有利于提高材料的实际阻尼减振性能聚合物结构性能与测试
一０ ５ ０
５ ０
１ ） Ｘ （
１０ ２ ５ ） Ｘ （
１ 刃℃； ２ ０ ℃ 一 一２
温度 ℃ ／
１ ‘ ； ２ ‘Ｕ） ３ ’（ 一Ｅ（ 姚） 一Ｅ（ ，； 一Ｅ 认）
图３ ９ ℃和 ２ ℃时 Ａ结构的加速度导纳 ０
４ 一ｒ（ Ｉ； ５ 妨 Ｕ） 吞 吵（ Ｕ） 一ｔ（： ； 一 姚）
２ １６ ￣麟 加 ． ３
４ 戴德沛． 阻尼减振降噪技术． 西安交通大学出版社， ８． 西安： １ ８ ９ ６
￣８ ９
收稿日 ２鸿一 ０ 期 （ 的一 Ｘ ８
聚氨酯弹性体的分子结构设计与阻尼性能研究的开题报告
聚氨酯弹性体的分子结构设计与阻尼性能研究的开题报告一、研究背景和意义随着工业技术的不断发展，机械设备的运动状态越来越高频、高速，振动和噪音问题也越来越突出。
为解决这一问题，弹性材料被广泛应用于工业生产领域中。
而聚氨酯弹性体由于其具有优异的抗冲击、耐热、耐寒、耐酸碱、耐油、耐磨损等性能，以及可制备出多种硬度和拉伸强度的产品，被广泛应用于汽车、军工、建筑、电子、航空、电力等领域中。
然而，聚氨酯弹性体在实际使用中面临着振动和噪音问题，需要进一步提高其阻尼性能。
因此，通过优化聚氨酯弹性体的分子结构设计，可以进一步增强其阻尼性能，提高其在高频、高速下的工作效率，减少能源消耗，降低环境噪声。
二、研究内容和方法本课题将采用聚氨酯弹性体的分子结构设计方法，通过控制分子内部结构的多样性，优化聚氨酯弹性体的性能，使其在高频、高速下表现出更好的阻尼性能。
具体研究内容包括：1、分析聚氨酯弹性体的分子结构组成，研究分子内部结构对阻尼性能的影响。
2、设计和制备聚氨酯弹性体样品，通过物理和化学方法进行材料表征和性能测试，如拉伸强度、硬度、压缩强度、动态力学测试等。
3、通过对阻尼性能测试数据的分析和处理，研究不同分子结构对聚氨酯弹性体阻尼性能的影响，并提出改进建议。
研究方法包括理论模拟、实验制备和测试等多种方法，具体操作流程如下：1、收集聚氨酯弹性体相关文献，了解其分子结构组成以及阻尼性能的相关知识。
2、通过理论模拟方法，建立聚氨酯弹性体的分子模型，并对其进行分析和优化，探究分子结构对阻尼性能的影响。
3、根据优化后的分子结构，设计和制备聚氨酯弹性体样品，并进行常见物理和化学测试，如机械性能测试、成分分析、热重分析、扫描电子显微镜等测试。
4、对样品进行动态力学测试，从而获取样品的阻尼性能数据，并进行分析和处理。
5、根据测试分析结果，总结聚氨酯弹性体分子结构优化对阻尼性能的影响，并提出改进建议。
三、预期研究结果本研究将探究聚氨酯弹性体的分子结构优化对其阻尼性能的影响，并提出改进建议。
聚氨酯材料阻尼改性方法与影响因素
聚氨酯材料阻尼改性方法与影响因素李明俊;王云英;徐泳文;武化民【摘要】以"耐磨橡胶"著称的聚氨酯具有优异的弹性、抗摩擦性、高强度以及耐油性等优点,但是作为研究最早的阻尼材料之一,由于一般聚氨酯的有效阻尼温域较窄,因而在实际应用中不能充分发挥其阻尼作用而受到限制.针对这一问题,该文主要综述了聚氨酯材料阻尼改性方法:添加有机小分子、共混改性以及共聚改性,并且介绍了聚氨酯的软硬段结构及填料对其阻尼性能的影响,最后展望了聚氨酯阻尼材料的发展趋势.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2010(027)007【总页数】4页(P29-32)【关键词】聚氨酯;改性方法;阻尼性能【作者】李明俊;王云英;徐泳文;武化民【作者单位】南昌航空大学,环境与化学工程学院,江西,南昌,330063;南昌航空大学,环境与化学工程学院,江西,南昌,330063;南昌航空大学,环境与化学工程学院,江西,南昌,330063;南昌航空大学,环境与化学工程学院,江西,南昌,330063【正文语种】中文【中图分类】TQ316.6;TQ323.8聚氨酯(PU)是国内外研究较多且具有实用价值的高分子阻尼材料。
PU是一种重要的嵌段共聚物,由于大量极性基团的存在,PU分子内和分子间可形成氢键,软段和硬段可形成微相区并产生微观相分离,即使是线性PU也可通过氢键形成物理交联。
这些结构特点使得PU具有高强度、耐磨耗、抗撕裂、绕曲性能好、耐油等优点。
另外,PU具有较高的阻尼损耗因子,可以通过调节软硬链段的比例来获得在宽温度范围内的高性能的阻尼材料[1-2]。
但是对于聚氨酯阻尼材料来说,Tg(玻璃化转变温度)比较窄,有效的温度区域只有20～30℃。
因此,聚氨酯只能在某个温度范围内对各种频率振动起到良好的阻尼效果,而实际情况是许多产生振动噪声的系统自身温度随着外界条件的变化在不断变化,只有Tg达到60～80℃时才能满足阻尼要求。
聚氨酯阻尼材料
图 １ ＡＤＬ－Ｂ 和 传 统 聚 酯 多 元 醇 （ＰＢＡ－２０００）的 对 比 （ＰＢＡ－２０００：聚 （１。４－丁 二 醇 己 二 酸 酯 ）；ＧＰＣ：凝 胶 渗 透 色 谱 法 ；ＡＤＬ－Ｂ：聚 醚 芳 族 聚 酯 ；ＧＰＣ：ＨＬＣ－ ８２２０ＧＰＣ，日本 东 京 东 曹 公 司 ）
子量 的分 布较 窄 。 图 １为 ＡＤＬ—Ｂ和 传 统 聚酯 多 元醇 分 子 量 分 布 的 对 比。聚 醚 多 元 醇 （ＰＰＧ—Ａ， 二醇 ，分子 量 为 ２０００）作 为 对 比多元 醇 。４，４＇－二 苯基 甲烷 二 异 氰 酸酯 作 为 二 异 氰 酸酯 ，１，４一丁 二 醇在 短链 二醇 中作 为扩链 剂 。
２８
橡 胶 参 考 资 料
２０１６焦
聚 氨 酯 阻 尼 材 料
陶 敏 编译
聚氨 酯材 料 广 泛用 于减 震 装 置 中，保 护 主体 构件 免受 震 动 。聚 氨 酯是 嵌 段 共 聚 物 ，由聚 醚二 元醇 软段 以及 异 氰 酸 酯 和 扩 链 剂 构 成 的 硬 段 组 成 。由于软段 和 硬 段 的 化学 性 质 不 同 ，所 以它们 不 相容 ，形成 不 同的相 。阻 尼性 能 用 ｔａｎ８来 表 征 （ｔａｎ６一 Ｅ ／Ｋ＇， 表 示 损 耗 模 量 ，Ｅ 表 示 储 能模
ＴＰＵ 的合 成 ：用 两 步 法 合 成 ＴＰｕ。第 一 步
１ 实验
合成 异氰 酸酯 封 端 预 聚物 ，第 二 步 预 聚 物 与扩 链
剂 反应 生成 高 分 子量 的 ＴＰＵ。预 聚 物 是 由 长链
１．１ ＴＰＵ 试 样 准 备
多 元醇 与 ＮＣＯ／ＯＨ 比为 ２．２的二 异氰 酸酯 在 氮
聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备及性能研究
聚氨酯基约束阻尼复合材料的制备及性能研究
聚氨酯基约束阻尼材料（PUR-CD）是一种新型的复合材料，具有优异的约束阻尼性能
和力学性能，在结构减振和能量吸收方面有广泛的应用前景。
本文对聚氨酯基约束阻尼材
料的制备方法和性能进行了研究。
制备聚氨酯基约束阻尼材料需要选择合适的聚合物基体和阻尼材料。
聚氨酯是常用的
聚合物基体，由异氰酸酯和多元醇反应制备而成，具有良好的力学性能和可塑性。
而阻尼
材料一般选择高分子聚合物或液体材料，如硅胶、液体橡胶等，具有较好的阻尼性能和应
变能力。
制备聚氨酯基约束阻尼材料的方法主要有两种，即预聚合法和原位聚合法。
预聚合法
是将聚氨酯和阻尼材料分别预先制备，然后通过混合、分散、加热等工艺将两者混合制备
成复合材料。
原位聚合法是将聚氨酯和阻尼材料同时加入反应体系，通过聚合反应合成成
复合材料。
两种方法各有优缺点，可以根据具体需求选择。
然后，研究了聚氨酯基约束阻尼材料的力学性能和约束阻尼性能。
力学性能主要包括
弹性模量、屈服强度和断裂韧性等指标，可以通过拉伸、压缩、弯曲等试验方法进行测试。
约束阻尼性能主要包括材料的减振性能和能量吸收性能，可以通过冲击试验和振动试验等
方法进行测试。
根据实验结果分析了聚氨酯基约束阻尼材料的性能特点和应用前景。
实验结果表明，
聚氨酯基约束阻尼材料具有较好的约束阻尼性能和力学性能，能够有效减小结构的振动幅
值和能量释放，提高结构的安全性和舒适度。
聚氨酯基约束阻尼材料在建筑、交通运输、
航空航天等领域有广泛的应用前景。
聚氨酯弹性体的结构与力学性能
第21卷 第2期Vol 21 No 2材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第82期Feb.2003文章编号:1004 793X (2003)02 0211 04收稿日期:2002 07 05;修订日期:2002 10 11基金项目:中国工程物理研究院科学基金资助项目(990563)作者简介:钟发春(1970 ),男,博士,四川简阳人,中国工程物理研究院化工材料研究所助研,从事互穿聚合物网络阻尼材料研究工作。
聚氨酯弹性体的结构与力学性能钟发春,傅依备,尚 蕾,田春蓉,王晓川,赵晓东(中国工程物理研究院化工材料研究所,四川绵阳 621900)摘 要 室温催化合成了一系列不同结构的聚氨酯弹性体,研究了软硬链段的化学结构对聚氨酯弹性体形态结构和力学性能的影响规律,结果表明,由MDI 合成的PU 弹性体的力学性能和阻尼性能优于相应的由TDI 合成的PU 弹性体,对称结构的MDI 易规整排列,提高了力学强度,软硬链段之间的相容性和较强的相互作用有利于提高弹性体的力学性能。
关键词 聚氨酯;弹性体;力学性能;形态结构中图分类号:TQ334 文献标识码:AStructure and Mechanical Properties of Polyurethane ElastomersZHONG Fa chun,FU Yi bei,SHANG Lei,TIAN Chun rong,WANG Xiao chuan,ZHAO X iao dong(Institute of C hem ical M aterials,Chinese Academ y of Eng ineering and Physics,Mianyang 621900,China)Abstract A serials of polyurethane (PU )elastomers with 4,4 methylene diphenyl dii socynat(MDI),tolyene 2,4 diisocyanate(TDI)as hard segments and poly(tetramethylene glycol)(PTMG)with different molecular weight as soft segments were synthesized by cat alyst at room temperature,and the chemical structures of soft segments and hard segments that affected the mechanical properties were also studied.The resul t demonstrated that the mechanical performance and damping properties of MDI PU elastomers were superior to that of TDI PU,because of MDI has symmetrical s tructure and arranged regularly that enhanced the compatibility and in teraction between hard segments and soft segments,and improved the mechanical dampi ng performance.Key w ords polyurethane;elastomer;mechanical performance;structure1 前 言聚氨酯弹性体(polyurethane elastomer)可以看作是一种介于一般橡胶与塑料之间的材料,其最大特点是硬度范围宽而富有弹性,耐磨性卓越,有良好的机械强度、耐油性和耐臭氧性,低温性能也很出色,因此,其用途十分广泛[1~4]。
聚氨酯弹性体分子结构对阻尼及力学性能的影响
第51卷2023年9月第9期第192-199页材料工程J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n gV o l.51S e p.2023N o.9p p.192-199聚氨酯弹性体分子结构对阻尼及力学性能的影响E f f e c t o fm o l e c u l a r s t r u c t u r e o f p o l y u r e t h a n ee l a s t o m e r o nd a m p i n g a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s郭书君,尹昌平,赵秀辉,杨金水*,邢素丽(国防科技大学空天科学学院,长沙410073)G U OS h u j u n,Y I N C h a n g p i n g,Z H A O X i u h u i,Y A N GJ i n s h u i*,X I N GS u l i(C o l l e g e o fA e r o s p a c eS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,N a t i o n a lU n i v e r s i t y o fD e f e n s eT e c h n o l o g y,C h a n g s h a410073,C h i n a)摘要:为获得深水环境用减振降噪聚氨酯弹性体(P U E),选择甲苯二异氰酸酯(T D I)㊁聚丙二醇2000(P P G2000)和三乙醇胺(T E A)为原材料浇注制备了P U E,探究硬段含量㊁R值和合成方法对P U E阻尼性能和压缩模量的影响㊂结果表明:随着硬段含量的增加,P U E的t a nδ峰值减小,压缩模量增强;随着R值的增加,T g增大,压缩模量先增大后降低,R= 2时达到峰值㊂预聚体法和一步法对合成出P U E的t a nδ的影响较小,但预聚体法合成P U E的压缩模量明显优于一步法㊂增加分子链刚度㊁氢键化程度和硬段微区分布均匀程度可以有效提升P U E的压缩模量,但会导致阻尼性能下降㊂关键词:聚氨酯弹性体;阻尼性能;压缩模量;硬段含量;合成方法d o i:10.11868/j.i s s n.1001-4381.2023.000088中图分类号:T Q333.95文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2023)09-0192-08A b s t r a c t:I no r d e rt oo b t a i n p o l y u r e t h a n ee l a s t o m e r(P U E)f o rr e d u c i n g t h ev i b r a t i o na n dn o i s y i n d e e p-w a t e re n v i r o n m e n t s,t o l u e n ed i i s o c y a n a t e(T D I),p o l y p r o p y l e n e g l y c o l2000(P P G2000)a n d t r i e t h a n o l a m i n e(T E A)w e r es e l e c t e da s r a w m a t e r i a l s,a n dt h ee f f e c t so fh a r ds e g m e n t c o n t e n t,R v a l u ea n ds y n t h e s i sr o u t eo nd a m p i n gp r o p e r t y a n dc o m p r e s s i o n m o d u l u so fP U E w e r ee x p l o r e d. R e s u l t s r e v e a l t h a t t h e t a nδo fP U Ec o u l db ed e c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo fh a r ds e g m e n t c o n t e n t, w h i l e t h e c o m p r e s s i o nm o d u l u s i n c r e a s e s.W i t h t h e i n c r e a s e o f R v a l u e,T g i n c r e a s e s,t h e c o m p r e s s i o n m o d u l u s f i r s t i n c r e a s e s a n d t h e nd e c r e a s e s,r e a c h i n g a p e a kw h e n R=2.T h e p r e p o l y m e r p r o c e s s a n d o n e-s t e pp r o c e s s h a v e l i t t l ee f f e c to nt h e t a nδ,b u t t h ec o m p r e s s i o n m o d u l u so fP U Es y n t h e s i z e db y p r e p o l y m e r p r o c e s s i s o b v i o u s l yg r e a t e r t h a n t h a t o f o n e-s t e pp r o c e s s,w h i c h i sm o r e i n l i n ew i t h t h e r e q u i r e m e n t so fh i g h d a m p i n g/s t r o n g p r e s s u r er e s i s t a n c e.I t w a so b s e r v e dt h a tt h ec o m p r e s s i o n m o d u l u s o f P U Ec a nb e e f f e c t i v e l y i m p r o v e db y i n c r e a s i n g t h e s t i f f n e s s o fm o l e c u l a r c h a i n,t h e d e g r e e o f h y d r o g e nb o n d i n g a n d t h eu n i f o r m i t y o fh a r ds e g m e n tm i c r or e g i o nd i s t r i b u t i o n,b u t f o rd a m p i n g p r o p e r t y h a v e an e g a t i v e i m p a c t.K e y w o r d s:p o l y u r e t h a n ee l a s t o m e r;d a m p i n gp r o p e r t y;c o m p r e s s i o n m o d u l u s;h a r ds e g m e n tc o n t e n t; s y n t h e s i s r o u t e聚氨酯弹性体(p o l y u r e t h a n e e l a s t o m e r,P U E)因其具有高阻尼㊁高模量㊁耐腐蚀和黏结性好等优点,广泛应用于减振降噪等领域[1-3]㊂当其应用于水下减振降噪领域时,特别是深水环境中,除了阻尼性能外,还要求其具备高的耐压性㊂而耐压性能的提升会导致其阻尼性能降低,因此需深入研究P U E阻尼性能和耐压性能的影响因素及其相互作用机制,为P U E阻尼材料的综合设计与制备提供理论指导㊂P U E主要分为混炼型㊁浇注型㊁水乳型和热塑型四种,通常是由异氰酸酯㊁扩链剂组成的硬段和低聚物Copyright©博看网. All Rights Reserved.第51卷第9期聚氨酯弹性体分子结构对阻尼及力学性能的影响多元醇组成的软段构成,因软硬段热力学性质差异大而形成特殊的微相分离结构,增加了分子运动时的链间摩擦,在受振动变形时可将振动动能转变为热能耗散掉,因此该材料具有优异的阻尼性能[4-6]㊂同时, P U E分子硬段间的相互作用对其力学性能起主导作用,增强硬段间分子作用力可显著提高其力学性能㊂目前有关P U E阻尼性能和力学性能的研究主要聚焦于原材料种类,如芳香族异氰酸酯的不对称结构[7-8]㊁低聚物多元醇的醚/酯官能团[9-10]㊁扩链剂的侧基结构[11-12]等对P U E性能的影响,而对于原材料配比及合成方法对P U E性能的影响研究却鲜有报道㊂本工作选择甲苯2,4-二异氰酸酯(T D I),聚丙二醇2000(P P G2000)和三乙醇胺(T E A)为原材料合成浇注型P U E,考察硬段含量(T D I和T E A的质量分数)㊁R值(异氰酸根与羟基的摩尔比值)以及合成方法对P U E阻尼和力学性能的影响,揭示损耗因子(t a nδ)和压缩模量的变化规律,探讨P U E分子结构和聚集态对其阻尼及力学性能的影响机制,为优化高阻尼/强耐压P U E的设计和合成提供理论指导㊂1原材料与实验方法1.1原材料实验中所用甲苯2,4-二异氰酸酯(T D I)由西亚化学科技(山东)有限公司提供,甲苯2,4-二异氰酸酯的含量为80%,分析纯;聚丙二醇2000(P P G2000)购于上海麦克林生化科技有限公司,数均分子量M n= 2000;三乙醇胺(T E A)由国药集团化学试剂有限公司提供,分析纯㊂1.2制备过程浇注型P U E的制备通常有一步法和预聚体法两种方法㊂(1)一步法一步法的基本原理是将异氰酸酯㊁低聚物多元醇与扩链剂于室温下充分混合反应,链增长㊁扩链与交联都在一步反应中完成㊂在原材料反应时,T D I的异氰酸根( N C O)同时与P P G2000和T E A的羟基( O H)进行快速反应交联,生成氨基甲酸酯( N H C O O ),分子链排布与硬段微区的形成在高温固化中完成㊂一步法的基本合成路径:称取适量P P G2000与T E A均匀混合,加入定量的T D I,常温下快速混合, 80ħ真空烘箱脱泡后浇注于聚四氟乙烯模具中, 80ħ下固化10h后再于110ħ下固化3h,放置7天后待用㊂本工作设计R值为1.7,采用一步法制备硬段含量分别为15%(质量分数,下同),20%,25%,30%和35%的P U E,具体配方见表1㊂表1不同硬段含量的P U E质量比配方(R=1.7)T a b l e1 F o r m u l a o fP U Ew i t hd i f f e r e n t h a r ds e g m e n t c o n t e n t(R=1.7)H a r d s e g m e n tc o n t e n t/%P P G2000/p h r T D I/p h r T E A/p h r 1510016.930.72 2010022.432.57 2510028.674.66 3010035.787.05 3510043.949.90配方计算中,R值计算方法如式(1)所示:R=x1174ˑ2x22000ˑ2+x3149ˑ3(1)式中:x1,x2和x3分别为T D I,P P G2000和T E A的质量;174,2000及149分别为三者的相对分子质量㊂设计硬段含量为20%,采用一步法制备R值分别为1.4,1.7,2和2.4的P U E,具体配方见表2㊂表2不同R值的P U E质量比配方(硬段含量20%)T a b l e2 F o r m u l a o fP U Ew i t hd i f f e r e n t R v a l u e(h a r d s e g m e n t c o n t e n t i s20%)R v a l u e P P G2000/p h r T D I/p h r T E A/p h r 1.410021.233.721.710022.432.57 210023.311.692.410024.230.77(2)预聚体法预聚体法的基本原理是先使异氰酸酯与低聚物多元醇反应进行链增长,生成异氰酸根封端的预聚体,再与扩链剂的羟基发生反应,完成扩链交联的步骤㊂在预聚体的反应过程中,T D I与P P G2000在较低的温度下反应,进行一定程度的分子链排布,随后再与T E A 反应交联,在高温固化过程中进一步进行分子链排布并形成硬段微区㊂设计硬段含量为20%,R=1.7,采用预聚体法制备P U E㊂基本合成路径:称取适量P P G2000与T D I 在50ħ下均匀混合,反应1h后升温至80ħ保温2h,加入定量的T E A,快速搅拌后于80ħ真空烘箱脱泡,再浇注于聚四氟乙烯模具中,80ħ下固化10h 后110ħ再固化3h,放置7天后待用㊂1.3测试与表征傅里叶红外光谱分析:选用T h e r m oS c i e n t i f i c391Copyright©博看网. All Rights Reserved.材料工程2023年9月i N 10傅里叶红外光谱分析仪在600~4000c m -1范围内对P U E 的特征官能团进行红外吸收测试,P U E 试样为平整片状,采用反射模式㊂阻尼性能测试:选用D M A8000动态力学分析仪进行测试,实验频率为1H z ,实验温度范围为-80~80ħ,升温速度为2ħ/m i n ,试样尺寸为10m mˑ6m mˑ2m m ㊂力学性能测试:选用三量邵氏硬度计和S A N S 万能试验机进行测试,其中邵氏A 硬度按G B /T531.12008进行测试;压缩模量按G B /T7757 2009进行测试,试样为圆柱体,直径为(29.0ʃ0.5)m m ,高度为(12.5ʃ0.5)m m ,测试时以10m m /m i n 的速度压缩试样达到25%应变后放松,循环4次;拉伸强度和断裂伸长率按G B /T528 2009进行测试,试样为哑铃型,加载速度为500m m /m i n,直至拉断㊂2 结果与分析2.1 硬段含量对P U E 阻尼和力学性能的影响图1为采用一步法制备的R =1.7不同硬段含量P U E 的红外吸收光谱图㊂由图可知,位于2265c m -1处T D I 所含异氰酸根的特征吸收峰和3450c m -1处低聚物多元醇及扩链剂所含羟基的特征吸收峰消失,而1727c m -1处和3295c m -1处分别出现氨基甲酸酯中羰基和氨基的伸缩振动峰,这说明异氰酸酯与低聚物图1 不同硬段含量P U E 的红外吸收光谱F i g .1 F T -I Rs p e c t r a o f P U Ew i t hd i f f e r e n t h a r d s e gm e n t c o n t e n t s 多元醇㊁扩链剂反应合成了P U E ㊂图2(a )是采用一步法制备的R =1.7不同硬段含量P U E 的t a n δ随温度变化的曲线,由图2(a )可得不同硬段含量P U E 所对应的t a n δ峰值,如图2(b)所示㊂可以看出,随着硬段含量的增加,t a n δ峰值呈减小趋势,当硬段含量由15%增至35%时,t a n δ峰值减弱75%,阻尼性能降低㊂原因是硬段含量的增加形成了更多的硬段微区,常温下表现为弹性体中物理交联点增多,对分子链运动起到更强的束缚作用;同时,更多氨基( N H )与羰基( C O )的引入形成了更多的分子间氢键,进一步加强物理交联点的束缚,在受到周期性应力时,分子链间运动减弱,由此导致阻尼性能的下降㊂图2 不同硬段含量P U E 的损耗因子(a )t a n δ随温度变化曲线;(b )t a n δ峰值随硬段含量的变化F i g .2 L o s s f a c t o r o f P U Ew i t hd i f f e r e n t h a r d s e gm e n t c o n t e n t s (a )t a n δw i t hd i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ;(b )t a n δm a x wi t hd i f f e r e n t h a r d s e g m e n t c o n t e n t s 图3(a ),(b )为一步法制备不同硬段含量P U E (R =1.7)的储能模量和损耗模量随温度变化曲线㊂可以看出,在玻璃化转变温区内(-40~-20ħ),随着硬段含量的增加,储能模量和损耗模量均呈现增长趋势㊂原因是随着硬段含量的增多,分子链中引入更多的苯环刚性结构及极性基团(羰基和氨基),分子链刚度增加且氢键化程度增强,对分子链束缚增强,受到周期性应力作用时,分子链间摩擦损耗能量和弹性势能储存的能量均增多,即损耗模量与储能模量增多㊂但由于硬段含量的增加对储能模量的增强效果明显优于损耗模量,使得损耗模量与储能模量的比值随着硬段含量增加呈现下降趋势,即t a n δ峰值呈下降趋势㊂491Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第51卷 第9期聚氨酯弹性体分子结构对阻尼及力学性能的影响图3 不同硬段含量P U E 的模量(a )储能模量随温度变化曲线;(b)损耗模量随温度变化曲线F i g .3 M o d u l u s o f P U Ew i t hd i f f e r e n t h a r d s e gm e n t c o n t e n t s (a )s t o r a g em o d u l u sw i t hd i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ;(b )l o s sm o d u l u sw i t hd i f f e r e n t t e m pe r a t u r e s 表3是一步法制备的不同硬段含量P U E (R =1.7)的力学性能㊂由表3可知,随着硬段含量增加,P U E 压缩模量呈增长趋势,当硬段含量从15%增至35%时,压缩模量增长了433%㊂硬段含量的增加为P U E 分子链引入更多含苯环刚性结构的T D I,同时更多极性基团的引入,有利于增强硬段分子链间氢键作用,提升分子链刚度的同时提高氢键化程度;硬段含量的增加使得硬段微区在软段中的分布更多,物理交联效果增强㊂随着硬段含量的增加,P U E 的拉伸强度与表3 不同硬段含量P U E 的力学性能T a b l e 3 M e c h a n i c a l p r o pe r t i e s o fP U Ew i t hd if f e r e n t h a r d s e gm e n t c o n t e n t s H a r ds e g m e n t c o n t e n t/%C o m p r e s s i o n m o d u l u s /M P a H a r d n e s s (S h o r eA )T e n s i l es t r e n g t h /M P aE l o n ga t i o n o fb r e a k /%153.15460.55138203.84561.25107257.54662.23923013.69793.19873516.67895.8376硬度升高,而断裂伸长率呈现降低趋势㊂综合考虑,20%硬段含量的P U E 具有更高的阻尼性能和较优的压缩性能㊂2.2 R 值对P U E 阻尼和力学性能的影响图4(a )为采用一步法制备的不同R 值P U E(硬段含量为20%)的红外吸收光谱㊂由图可知,2265c m -1处异氰酸根特征吸收峰消失,而1727c m -1处氨基甲酸酯特征峰出现,说明异氰酸酯与聚醚类多元醇反应生成了P U E ㊂图4(b )则是1640~1760c m -1区间内P U E 的红外光谱图,可以看出:随着R 值的增大,红外吸收峰有变宽的趋势;当R值由1.7增至2时,红外吸收峰增宽明显㊂相关研究指出,位于1709~1751c m -1吸收峰变宽是脲基甲酸酯( NH C O NH )中羰基伸缩振动峰的出现所致[13-14],因T D I 与P P G 2000均为二官能度化合物,当R 达到2及以上时,聚合物反应体系出现更多游离T D I ㊂这些T D I 与P U E 分子链中氨基甲酸酯的氨基进一步反应,得到脲基甲酸酯,结果表现为吸收峰变宽㊂图4 不同R 值P U E 的红外光谱图 (a )红外吸收光谱;(b)局部放大图F i g .4 I n f r a r e d s pe c t r a of P U Ew i t hd i f f e r e n t R v a l u e s (a )F T -I Rs p e c t r a ;(b )l o c a l e n l a rg e dd r a w i n g591Copyright ©博看网. All Rights Reserved.材料工程2023年9月图5(a )为一步法制备的不同R 值P U E (硬段含量为20%)的t a n δ随温度变化曲线,图5(b)则是不同R 值P U E 所具有的玻璃化转变温度(T g ),其中T g 对应的是t a n δ峰值温度㊂由图可知,随着R 值的增加,T g 有向高温移动的趋势,在R =2后T g 不再变化㊂原因是R 值增大,P U E 分子链中引入了更多苯环,分子链刚性增强,T g 向高温移动㊂而当R 增至2后,由于游离T D I 与氨基甲酸酯的反应,使T D I 成为P U E 分子链主链上的支链,降低分子链的刚性,T g 有向低温移动的趋势㊂二者在R =2.4时达到平衡效果,因此在R =2.4时,T g 与R =2对应的T g 基本相当,均为-32.1ħ㊂图5 不同R 值P U E 的阻尼性能(a )t a n δ随温度变化曲线;(b )T g 随R 值变化F i g .5 D a m p i n gp r o pe r t i e s of P U Ew i t hd i f f e r e n t R v a l u e s (a )t a n δw i t hd i f f e r e n t t e m pe r a t u r e s ;(b )T g w i t hd if f e r e n t R v a l u e s 表4是一步法制备的不同R 值P U E (硬段含量为20%)的力学性能㊂由表可知,随着R 值的增加,P U E 的压缩模量和拉伸模量呈先增大后减小趋势,在R =2处达到峰值,压缩模量为5.58M P a ,拉伸模量为4.74M P a ㊂究其原因,R 值增加导致T D I 用量增多及T E A 用量减少,更多苯环被引入P U E 分子链,增强分子链的刚度,可起到力学性能显著增强的效果;但由于扩链剂T E A 含量的不断减少,导致P U E 分子链间化学交联程度降低,R 值增大到一定程度时(R >2),难以形成体型分子结构,压缩模量和拉伸模量反而会出现下降趋势㊂此外,过量的游离T D I 会反应成为悬挂在P U E 主链上的支链,影响硬段微区的形成,分子间氢键数目减少,氢键化程度降低,这同样对压缩模量和拉伸模量起负面影响㊂断裂伸长率则随着R 值的增大而减小,符合P U E 分子间作用力及聚集态变化趋势㊂表4 不同R 值P U E 的力学性能T a b l e 4 M e c h a n i c a l p r o pe r t i e s of P U Ew i t hd i f f e r e n t R v a l u e s R v a l u eC o m p r e s s i o n m o d u l u s /M P aT e n s i l e m o d u l u s /M P aE l o n ga t i o no fb r e a k /%1.43.192.081181.73.844.1710725.584.74942.45.053.29862.3 合成方法对P U E 阻尼和力学性能的影响浇注型聚氨酯的主要制备方法为预聚体法和一步法,因加料顺序和反应时间的不同,两种合成方法对于P U E 的分子链排布有一定影响,进而使P U E 在阻尼性能和力学性能方面存在一些差异㊂前文中已探索了一步法合成P U E 中硬段含量及R 值对阻尼及力学性能的影响,综合考虑阻尼性能与压缩模量俱佳的配方,选用R =1.7㊁硬段含量为20%的P U E 进行合成方法的探究㊂图6(a )为采用两种合成方法制备P U E (R =1.7㊁硬段含量为20%)的红外吸收光谱㊂由图可知,对于两种合成方法,2265c m -1处异氰酸根特征峰消失,而1727c m -1处氨基甲酸酯特征峰出现,说明反应生成了P U E ㊂图6(b )为1640~1760c m -1区间内两种方法制备P U E 的红外光谱图㊂可以看出,预聚体法制备P U E 的红外吸收峰比一步法的红外吸收峰更宽㊂由于二者原料配比一致,可能是游离的羰基峰(1730c m -1)与氢键结合羰基峰(1710c m -1)比例不同造成的影响[15]㊂对1640~1760c m -1区间内的红外峰进行G a u s s 分峰处理,如图6(c ),(d )所示㊂由图可知,采用一步法合成的P U E 中游离羰基峰面积占51.37%,氢键结合羰基峰面积占48.63%;而预聚体法合成的P U E 中游离羰基峰面积占28.67%,氢键结合羰基峰面积占71.33%,说明预聚体法合成的P U E 中氢键结合羰基峰面积占比更大,形成氢键的羰基更多㊂究其原因,预聚体法合成的P U E 在形成预聚体时经历了链段充分取向与排布,形成了排列更紧凑的硬段微区,691Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第51卷 第9期聚氨酯弹性体分子结构对阻尼及力学性能的影响图6 不同合成路径制得P U E 的红外光谱(a )红外吸收光谱;(b )局部放大图;(c )一步法合成物的局部分峰处理;(d )预聚体法合成物的局部分峰处理F i g .6 I n f r a r e d s p e c t r a o f P U E p r e p a r e db y d i f f e r e n t s yn t h e s i s r o u t e s (a )F T -I Rs p e c t r a ;(b )l o c a l e n l a r g e dd r a w i n g ;(c )l o c a l p e a k f i t t i n g o f P U E p r e p a r e db y o n e -s t e ppr o c e s s ;(d )l o c a l p e a k f i t t i n g o f P U E p r e p a r e db yp r e p o l y m e r p r o c e s s 易于形成氢键,因此比一步法合成的P U E 具有更高的氢键化程度㊂图7为不同合成方法制得的P U E 的t a n δ随温度变化曲线㊂由图可知,与一步法合成的P U E 相比,预聚体法合成P U E 的T g 向高温移动,t a n δ峰值也略有降低,降低4%㊂这是受到硬段微区分布均匀程度的影响㊂有研究表明,与一步法合成的P U E 相比,采用预聚体法合成的P U E 硬段微区在软段中分布更均匀,物理交联更充分[16]㊂因此在受到外力作用时,预聚体法合成P U E 分子链受到的束缚更大,表现为T g 图7 不同合成方法制得P U E 的损耗因子随温度变化曲线F i g .7 t a n δo f P U E p r e p a r e db y d i f f e r e n t s yn t h e s i s r o u t e sw i t hd i f f e r e n t t e m pe r a t u r e s 向高温移动,t a n δ峰值降低㊂图8(a ),(b )为不同合成方法制得的P U E 的储能模量和损耗模量随温度变化曲线㊂由图可知,在玻璃化转变温区(-40~-20ħ),预聚体法合成的P U E储能模量和损耗模量均优于一步法㊂这主要是由于预聚体法合成的P U E 硬段微区分子链排布规整,具有更多氢键,储存的弹性模量更多;此外,物理交联效果好,使得预聚体法合成P U E 在受到周期性应力作用时,分子链摩擦损耗的热量更多,使预聚体法合成P U E 的损耗模量较高㊂表5是不同合成方法制得P U E 的力学性能㊂由表5可知,相比于一步法合成的P U E ,预聚体法合成的P U E 具有更好的力学性能,其中压缩模量增长了24%,拉伸强度增长了33%㊂主要原因是预聚体法合成的P U E 硬段微区的分布更为均匀,且具有更高的氢键化程度,使得P U E 形成了更好的体型分子结构,由此导致力学性能的提升㊂3 结论(1)一步法合成P U E 的研究结果表明,P U E 的t a n δ峰值随着硬段含量的增加呈现下降趋势,硬段含791Copyright ©博看网. All Rights Reserved.材料工程2023年9月图8不同合成方法制得P U E的模量(a)储能模量随温度变化曲线;(b)损耗模量随温度变化曲线F i g.8 M o d u l u s o f P U E p r e p a r e db y d i f f e r e n t s y n t h e s i s r o u t e s(a)s t o r a g em o d u l u sw i t hd i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s;(b)l o s sm o d u l u sw i t hd i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s表5不同方法合成的P U E的力学性能T a b l e5 M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fP U E p r e p a r e db y d i f f e r e n t s y n t h e s i s r o u t e sS y n t h e s i s r o u t e C o m p r e s s i o nm o d u l u s/M P a H a r d n e s s(S h o r eA)T e n s i l e s t r e n g t h/M P a E l o n g a t i o no f b r e a k/% O n e-s t e pp r o c e s s3.84561.25107P r e p o l y m e r p r o c e s s4.78581.6694量为15%时达到峰值1.4,而P U E的压缩模量则随着硬段含量的增加而增长,硬段含量为35%时压缩模量达到16.67M P a;P U E的T g随着R值的增加呈增长的趋势,R=2时达到最高温度-32.1ħ,P U E的压缩模量则随着R值的增加表现出先增大后减小的趋势,R=2时压缩模量最大达5.58M P a㊂(2)对比预聚体法和一步法合成的P U E(R=1.7㊁硬段含量为20%),一步法合成的P U E具有更高的t a nδ峰值(1.01)和更低的T g(-33.6ħ),而预聚体法合成的P U E具有更高的压缩模量(4.78M P a)㊂(3)分子链刚度㊁氢键化程度和硬段微区分布状态是影响P U E阻尼及力学性能的主要因素,分子链刚度和氢键化程度越大,表现为分子链不易运动,导致阻尼性能下降㊁力学性能提升;硬段微区在软段中分布越均匀,物理交联程度越高,力学性能增强,但分子链的束缚增大致使阻尼性能呈下降趋势㊂(4)考虑到深水环境的静水压,材料具有优异压缩模量的同时应保持较高阻尼性能,因此采用预聚体法制备的P U E(R=1.7㊁硬段含量为20%)更符合高阻尼/强耐压聚氨酯弹性体的要求㊂参考文献[1] F U Y,I M R A N AIK,G U A N H Y,e ta l.Ar e v i e w o n p o l y m e r-b a s e d m a t e r i a l sf o ru n d e r w a t e rs o u n da b s o r p t i o n[J].P o l y m e rT e s t i n g,2021,96:107115.[2] K UMA R GP,K UMA RCT.A c o u s t i c&m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fn e o p r e n e r u b b e r f o r e n c a p s u l a t i o no f u n d e r w a t e r t r a n s d u c e r s[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fS c i e n t i f i cE n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y,2012,5(1):231-237.[3] D O N GJZ,T I A N P Y.R e v i e w o fu n d e r w a t e rs o u n da b s o r p t i o nm a t e r i a l s[J].I O P C o n f e r e n c eS e r i e s:E a r t ha n dE n v i r o n m e n t a l S c i e n c e,2020,508(1):12182.[4] E R E K K A T HS,S R E E J A L E K S HM IKG.T h e o r e t i c a l p r e d i c t i o n so n m i c r o p h a s es e p a r a t i o ni n p o l y u r e t h a n e:c o m b i n a t o r i a ld e s i g n [J].S y n t h e s i sa n d D e m o n s t r a t i o no fS h a p e M e m o r y P r o p e r t y, 2018,16:71-80.[5]李永清,朱锡,孙卫红,等.高分子水声吸声材料的研究进展[J].舰船科学技术,2012,34(5):7-12.L IY Q,Z HU X,S U N W H,e t a l.R e s e a r c h p r o g r e s so f p o l y m e rh y d r o a c o u s t i cs o u n d-a b s o r b i n g m a t e r i a l s[J].S h i p S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,2012,34(5):7-12.[6] L IX H,X I N GSL,Y A N GJS,e t a l.M e c h a n i c a l a n du n d e r w a t e ra c o u s t i c p r o p e r t i e so f t h e p o l y u r e t h a n ee l a s t o m e r sw i t hd i f f e r e n th a r d s e g m e n t c o n t e n t s[J].I O PC o n f e r e n c e S e r i e s:M a t e r i a l s S c i-e n c e a n dE n g i n e e r i n g,2018,490(2):022060.[7]刘宁,周青,刘海蓉,等.聚氨酯弹性体结构对阻尼性能及力学性能的影响[J].合成树脂及塑料,2013,30(5):38-42.L I U N,Z H O U Q,L I U H R,e t a l.E f f e c to f p o l y u r e t h a n ee l a s t o-m e rs t r u c t u r eo nd a m p i n gp r o p e r t i e sa n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s [J].C h i n aS y n t h e t i cR e s i na n dP l a s t i c s,2013,30(5):38-42. 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软聚氨酯的阻尼系数
软聚氨酯的阻尼系数
软聚氨酯是一种具有优异阻尼特性的材料。
它的阻尼系数决定了它在减震和消音方面的性能。
阻尼系数是指材料在受力作用下能够消耗的能量与外加能量的比值，是衡量材料阻尼性能的重要指标。
软聚氨酯的阻尼系数取决于多个因素，包括材料的密度、硬度和结构等。
一般来说，密度较高的软聚氨酯具有较高的阻尼系数，可以更有效地吸收和消散能量。
硬度较低的软聚氨酯也能提高阻尼系数，因为它可以更好地变形和吸收冲击力。
软聚氨酯的结构也对阻尼系数产生影响。
通常，结构较为复杂的软聚氨酯具有更高的阻尼系数。
这是因为复杂的结构可以增加材料内部的摩擦和相互作用，使其更容易发生能量耗散。
此外，软聚氨酯的化学组成也会对阻尼系数产生影响，不同的配方和添加剂可以改变材料的阻尼性能。
软聚氨酯的阻尼系数在不同应用领域中起着重要作用。
在工程领域，软聚氨酯的高阻尼系数可以用于减震和隔振装置，有效地减少震动和噪音的传播。
在运动领域，软聚氨酯的阻尼性能可以提高运动器材的舒适性和安全性，减少运动损伤的发生。
软聚氨酯的阻尼系数是衡量其阻尼性能的重要指标，它受到材料的密度、硬度、结构和化学组成等多个因素的影响。
了解和掌握软聚氨酯的阻尼系数对于合理应用和发展该材料具有重要意义。
我们相
信，在不断的研究和创新中，软聚氨酯的阻尼性能会得到进一步提升，为各个领域的应用带来更多的好处。
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工 程 塑 料 应 用ENGINEERING PLASTICS APPLICATION第45卷，第11期2017年11月V ol.45，No.11Nov. 201735doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2017.11.007聚氨酯阻尼材料及其约束阻尼结构动态性能周海军1，张晓蕾2，周萌萌1，陈孝起1，杨淑兰1，刘德居2，李彦涛1(1.河北省科学院能源研究所，石家庄 050081； 2.河北科技大学，石家庄 050054)摘要：分别采用聚己二酸新戊二醇酯–2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)–3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷(MOCA)，聚己二酸新戊二醇酯–异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)–MOCA ，聚丁二酸1115酯酯–TDI–MOCA 体系合成3种聚氨酯阻尼材料——PU–1，PU–2，PU–3，并制备了3种四片型约束阻尼结构，进行动态性能试验，考察了加载频率、激励振幅、试验温度对约束阻尼结构的水平等效刚度、等效阻尼比的影响。
结果表明，3种聚氨酯阻尼材料的损耗因子(tan δ)峰值均在0.8以上，其中PU–3的最高，为1.04，tan δ>0.3的有效阻尼温域都在60℃以上；随激励振幅和试验温度的上升，3种聚氨酯约束阻尼结构的水平等效刚度均下降，随加载频率的增加，PU–2体系的水平等效刚度升高，而其它两种体系均下降；随激励振幅的上升，PU–2体系的等效阻尼比基本不变，而其它两种体系均先升高后下降，在试验温度范围内3种约束阻尼结构的等效阻尼比均在0.20以上。
综合分析，以聚丁二酸1115酯酯–TDI–MOCA 合成的聚氨酯阻尼材料及其约束阻尼结构综合性能最优。
关键词：聚氨酯阻尼材料；约束阻尼结构；损耗因子；水平等效刚度；等效阻尼比中图分类号：TQ323.8 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2017)11-0035-05Polyurethane Damping Material and Dynamic Performance of Constrained Damping StructureZhou Haijun 1， Zhang Xiaolei 2， Zhou Mengmeng 1， Chen Xiaoqi 1， Yang Shulan 1， Liu Deju 2， Li Yantao 1(1. Institute of Energy Resources ， Hebei Academy of Sciences ， Shijiazhuang 050081， China ；2. Hebei University of Science and Technology ， Shijiazhuang 050054， China)Abstract ：Three polyurethane damping materials (PU–1，PU–2，PU–3) were synthesized by three systems of polyneopen-tanediol adipate–2，4-tolylene diisocyanate (TDI)–3，3′-dichloro-4，4′-diamino-diphenylmethane (MOCA)，polyneopentanediol adi-pate–isophorone diisocyanate (IPDI)–MOCA and succinic acid ester 1115–TDI–MOCA. Meanwhile ，there were three kinds of four-piece type constrained damping structures prepared by corresponding three polyurethane damping materials and tested for dynamic performances. In addition ，the effects of loading frequency ，excitation amplitude and temperature on the horizontal equivalent stiff-ness and equivalent damping ratio of the constrained damping structure were studied. The results show that the loss factor (tan δ) peak values of the three kinds of damping materials are all higher than 0.8，with the highest value of 1.04 for PU–3，and the three damping materials all have effective damping temperature range (above 60℃) of tan δ>0.3. With the increase of excitation amplitude and tem-perature ，the horizontal equivalent stiffness of the three constrained damping structures decrease ，and with the increase of loading frequency ，the horizontal equivalent stiffness of PU–2 increases and others decrease. With the increase of excitation amplitude ，the equivalent damping ratio of PU–2 has no change basically but others first increase and then decrease ，within the test temperature ，the equivalent damping ratio of the three constrained damping structure are above 0.2. In summary ，the damping material synthesized by succinic acid ester 1115–TDI–MOCA and its constrained damping structure have best overall performances.Keywords ：polyurethane damping material ；constrained damping structure ；loss factor ；horizontal equivalent stiffness ；equivalent damping ratio粘弹性阻尼材料常用于振动控制等场合，通常情况下，粘弹性阻尼材料很难单独使用，而是通过附加在金属结构上，共同构成复合阻尼结构[1]。
常用的复合阻尼结构有自由型阻尼结构和约束型阻尼结构两种[2–3]。
约束型阻尼结构由基层、阻尼层、约束层3部分构成。
基层和约束层一般为钢板、铝板、合金板、陶瓷板等高弹性模量材料，阻尼层一般为粘弹性阻尼材料[4]。
约束型阻尼结构在受到外力作用时，阻尼层与基层和约束层之间产生拉伸形变和压缩形变，阻尼层将部分机械能转化为热能消耗掉，从而达联系人：周海军，副研究员，主要从事高分子材料的研究与开发收稿日期：2017-09-12工程塑料应用2017年，第45卷，第11期36到减振降噪的目的[5–7]，而广泛应用于航空航天、工业机械、土木工程、桥梁等领域[8]。
随着现代工业的迅速发展，约束型阻尼结构因其独特的功能性和实用性而备受关注，结构研究日趋成熟，各种粘弹性阻尼材料作为阻尼层的研究层出不穷，但以高性能的聚氨酯阻尼材料为阻尼层的约束型阻尼结构研究涉略较少。
盖盼盼[9]采用粘弹性阻尼材料作为阻尼层，通过Matlab对动态力学性能分析(DMA)数据进行拟合，对比分析了频率、阻尼层厚度等对损耗因子的影响。
王溔[10]选用聚氨酯基阻尼材料作为阻尼层，采用悬臂梁强迫共振法，考察了阻尼厚度等对结构损耗因子的影响。
王绍宸等[11]以聚醚型聚氨酯阻尼材料为阻尼层，环氧材料为约束层，发现该阻尼结构具有较高的阻尼比。
张静[12]采用聚氨酯阻尼材料作为阻尼层，玻璃条为约束层，采用悬臂梁共振法对约束结构进行测试，并对阻尼材料及其约束结构的老化性能进行表征。
高小茹[13]采用接枝型聚氨酯弹性体为阻尼层，环氧材料为约束层，制备了约束阻尼复合材料，并对其进行表征，其损耗因子达到0.6以上。
以上研究距离在低频区对于刚度、阻尼比要求较高的高阻尼减隔震支座、阻尼器等方面的应用还存在一定差距，等效阻尼比很少达到0.2以上。
笔者采用聚己二酸新戊二醇酯–2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)–3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷(MOCA)，聚己二酸新戊二醇酯–异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)–MOCA，聚丁二酸羟基特戊酸新戊二醇单酯酯(聚丁二酸1115酯酯)–TDI–MOCA 3种体系合成了具有同碳二甲基结构的聚氨酯阻尼材料，该材料阻尼性能优异，且具有很好的力学性能，其综合性能能够满足阻尼器、高阻尼减隔震支座对材料的要求。
按照GB／T 20688.1–2007隔震橡胶支座的试验要求，将聚氨酯阻尼材料与钢板复合，制成了四片型约束型阻尼结构，对材料及其结构的动态性能进行测试，考察加载频率、激励振幅、温度等对约束型阻尼结构的水平等效刚度、等效阻尼比等动态性能的影响，为不同类型的隔振器、阻尼垫、阻尼器、减隔震支座等减震结构的设计与制作提供依据。
1 实验部分1．1 原料TDI–100：工业级，德国Bayer公司；IPDI：工业级，德国Bayer公司；MOCA：工业级，苏州市湘园特种精细化工有限公司；聚己二酸新戊二醇酯、聚丁二酸1115酯酯：自制。
1．2 设备及仪器DMA仪：Q800型，沃特斯中国有限公司；动态试验机：UD–3600型，台湾优肯科技股份有限公司。
1．3 聚氨酯阻尼材料及其结构制备采用聚己二酸新戊二醇酯、聚丁二酸1115酯酯及TDI，IPDI与MOCA合成了3种聚氨酯阻尼材料，分别为PU–1，PU–2和PU–3。
其中PU–1采用聚己二酸新戊二醇酯与TDI–100合成预聚体，两者物质的量之比为1∶2；PU–2采用聚己二酸新戊二醇酯与IPDI合成预聚体，两者物质的量之比为1∶2；PU–3采用聚丁二酸1115酯酯与TDI–100合成预聚体，两者物质的量之比为1∶2。