聚氨酯阻尼材料
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表 １ 聚 醚 芳 族 聚 酯 多 元 醇 的性 能
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
用 ＤＭＡ测 试试 样 阻尼 性能 和 机械 性 能 的温 度依 赖性 。图 ２为 ＴＰＵ 的储 能 模 量 随 温度 的变 化值 。对 比材 料 ＴＰｕ—Ａ 储 能模 量 的降 低对 应 于 软段 的 Ｔ 的降低 ，起 始温 度 大概 为 一５０℃。ＵＦ＿ Ｂ（酯 组 分 ｍｏ１分 数 一 ２０．３ ）Ｔｇ升 高 至 １４℃。 随着 酯成 分含 量 的增 加 ，在 玻 璃 化 转 变 区域 储 能 模量 的 降低 的幅 度变 大 。之前 的研 究 中证 明 ，形 状记 忆对 温度 的 响 应 取 决 于 软 段 晶体 的熔 融 温 度 。动态 机械 性 能 研 究 也表 明 ，形状 记 忆 的聚 氨 酯 （Ｓ－ＰＵ）的形 状 记 忆 性 能 归 因 于无 定 形 链 段 区 域分 子运 动 。
原 材 料 ：聚 醚 芳 族 聚 酯 多 元 醇 （ＡＤＬ—Ａ 和 ＡＤＬ—Ｂ是 １３本 东 京 Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ公 司产 品 ）作 为 长 链 多元醇 （表 １）。一般 聚 酯 多元 醇 在 室温 状 态 下 是蜡 状 固体或 者是 高粘 度 的液体 。然 而相 比传 统 的聚酯多 元 醇 （ＰＢＡ一２０００：聚 （１，４一丁二 醇 己二
量 ）。高 分 子 材 料 的 化 学 结 构 决 定 了 其 ｔａｎ８。 ＴＰＵ 是 线性嵌 段共 聚物 ，可 以通过 改 变 其化 学 结 构来 调节 玻璃 化 转 变 温 度 （Ｔｇ）。ＴＰＵ 的 性 能 取 决 于多元 醇 的化学 结 构和硬 段 的聚集 形态 。通 常 来 说 ，相 比其 他 热 塑 性 弹 性 体 和 硫 化 橡 胶 ，ＴＰＵ 的 固有 特 性 是 机 械 强 度 高 、耐 磨 性 好 。 例 如 ， ＴＰＵ 广 泛应 用 于在需 要有 韧性 的各 种 产 品 中 ，如 数 码相 机 的手柄 、工业 胶管 和 软管 ，鞋 底 和地板 垫 中 ；然 而 ，ＴＰＵ 还 没 有 用 于 阻尼 材 料 中。本 文 介 绍 了 用 新 开 发 的 聚 醚 芳 族 聚 酯 多 元 醇 合 成 的 ＴＰＵ 的 机 械 性 能 和 阻 尼 性 能 。
表 ２ 本 研 究用 ＴＰＵ
ＴＰｕ
多 元 醇 多 元 醇 的 结 构 硬 段 质 量 分 数 ，
ＵБайду номын сангаас—Ａ
ＡＤＬ—Ａ 聚 醚 芳 族 聚 酯
ＵＦ—Ｂ
ＡＤＬ－Ｂ 聚 醚 芳 族 聚 酯
传统 ＴＰＵ—Ａ 聚 醚 多 元 醇一Ａ 聚 酯
Ｉ’ＰＵ ：ＴＰＵ ；ＵＦ：Ｕ—Ｆｉｎｅ；ＰＰＧ ：聚 醚 多 ７１３醇
气保 护下 于 ８Ｏ℃反应 ４ｈ制 备 。然后 １，４－丁二 醇 作 为 扩 链 剂 加 入 。搅 拌 ５ｍｉｎ后 ，反 应 的混 合 物 浇 注到一 个 盘 子 中并 在 １３０℃下 反 应 ４ ｈ。硬段 含 量用 下式 计算 ：
硬段含量一『三
］× 。。
酸 酯 ），分子 量 为 ２０００），这 两 种 多 元 醇 都 具 有 较 低 的粘度 。 因为每个 聚醚 芳族 聚酯 多元 醇 由无 规 共 聚物聚 醚链 段 和芳 族 的聚 酯链 段 组 成 ，所 以分
２ 结 果 与 讨论
ｆ…
．
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Ｉ Ｏ 传统 ＴＰｕ＿＾
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脚＿＿
一－＿嘲 蜀面皿
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‘岜 ．．＿－＿—汹 ∞ｍ ＝：＝：＝：＝ 一 一 喇口
图 ３ １０Ｈｚ时 ｔａｎ６对 温 度 的 依 赖 性
他 ¨ 他 ∞ ¨
２．１ ＤＭ Ａ
本 研究 用 ＴＰＵ 的 化 学 成 分 列 于 表 ２。工业 阻尼 材 料 （聚 降 冰 片 烯 和 丁 苯 橡 胶 ）作 为 对 比 材 料 。
第 ４６卷 第 ４期
聚氨酯 阻 尼材料
２９
１．２ 表 征
硬度 ：表 面硬 度用 邵 氏硬度 计 （邵尔 Ａ）测试 拉 伸 试 验 ：用 拉 伸 试 验 机 测 试 拉 伸 性 能 （ＶＴＭ—ＩＩＩ一２００）。哑铃 形 试 样 标 距 长 为 １０ ｍｍ， 宽 为 ５ ｍｍ，用裁 刀 冲切 。 耐磨 性 ：耐磨 性用 泰伯 磨耗 试验 机测 试 回弹性 ：回弹性用 回弹性试 验机 测试 动态 力 学 分 析 （ＤＭＡ）：动 态 粘 弹 性 （Ｅ 和 ｔａｎ￣）用 动 态 机 械分 析 仪 测 试 ，采 用 拉 伸 模 式 ，温 度 为 一６Ｏ℃ ～ １２０℃，加 热 速 率 为 ３。Ｃ／ｍｉｎ，频 率 分别 为 ０．１、１、５和 １０Ｈｚ。试 样 的尺 寸是 １０ ｍｍ 长 ，１０ ｍｍ 宽 ，约 ０．２ｒ ａｍ 厚 。用 测 量 得 到 的每 个 温度 下 的 Ｅ 和 ｔａｎ 的数 据 通 过 威 廉 姆 斯一朗 德 尔一费里 （ｗ ＬＦ）方 程 计 算 ，绘 制 每 个 温度 下 的合 成 曲线 。
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
用 ＤＭＡ测 试试 样 阻尼 性能 和 机械 性 能 的温 度依 赖性 。图 ２为 ＴＰＵ 的储 能 模 量 随 温度 的变 化值 。对 比材 料 ＴＰｕ—Ａ 储 能模 量 的降 低对 应 于 软段 的 Ｔ 的降低 ，起 始温 度 大概 为 一５０℃。ＵＦ＿ Ｂ（酯 组 分 ｍｏ１分 数 一 ２０．３ ）Ｔｇ升 高 至 １４℃。 随着 酯成 分含 量 的增 加 ，在 玻 璃 化 转 变 区域 储 能 模量 的 降低 的幅 度变 大 。之前 的研 究 中证 明 ，形 状记 忆对 温度 的 响 应 取 决 于 软 段 晶体 的熔 融 温 度 。动态 机械 性 能 研 究 也表 明 ，形状 记 忆 的聚 氨 酯 （Ｓ－ＰＵ）的形 状 记 忆 性 能 归 因 于无 定 形 链 段 区 域分 子运 动 。
原 材 料 ：聚 醚 芳 族 聚 酯 多 元 醇 （ＡＤＬ—Ａ 和 ＡＤＬ—Ｂ是 １３本 东 京 Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ公 司产 品 ）作 为 长 链 多元醇 （表 １）。一般 聚 酯 多元 醇 在 室温 状 态 下 是蜡 状 固体或 者是 高粘 度 的液体 。然 而相 比传 统 的聚酯多 元 醇 （ＰＢＡ一２０００：聚 （１，４一丁二 醇 己二
量 ）。高 分 子 材 料 的 化 学 结 构 决 定 了 其 ｔａｎ８。 ＴＰＵ 是 线性嵌 段共 聚物 ，可 以通过 改 变 其化 学 结 构来 调节 玻璃 化 转 变 温 度 （Ｔｇ）。ＴＰＵ 的 性 能 取 决 于多元 醇 的化学 结 构和硬 段 的聚集 形态 。通 常 来 说 ，相 比其 他 热 塑 性 弹 性 体 和 硫 化 橡 胶 ，ＴＰＵ 的 固有 特 性 是 机 械 强 度 高 、耐 磨 性 好 。 例 如 ， ＴＰＵ 广 泛应 用 于在需 要有 韧性 的各 种 产 品 中 ，如 数 码相 机 的手柄 、工业 胶管 和 软管 ，鞋 底 和地板 垫 中 ；然 而 ，ＴＰＵ 还 没 有 用 于 阻尼 材 料 中。本 文 介 绍 了 用 新 开 发 的 聚 醚 芳 族 聚 酯 多 元 醇 合 成 的 ＴＰＵ 的 机 械 性 能 和 阻 尼 性 能 。
表 ２ 本 研 究用 ＴＰＵ
ＴＰｕ
多 元 醇 多 元 醇 的 结 构 硬 段 质 量 分 数 ，
ＵБайду номын сангаас—Ａ
ＡＤＬ—Ａ 聚 醚 芳 族 聚 酯
ＵＦ—Ｂ
ＡＤＬ－Ｂ 聚 醚 芳 族 聚 酯
传统 ＴＰＵ—Ａ 聚 醚 多 元 醇一Ａ 聚 酯
Ｉ’ＰＵ ：ＴＰＵ ；ＵＦ：Ｕ—Ｆｉｎｅ；ＰＰＧ ：聚 醚 多 ７１３醇
气保 护下 于 ８Ｏ℃反应 ４ｈ制 备 。然后 １，４－丁二 醇 作 为 扩 链 剂 加 入 。搅 拌 ５ｍｉｎ后 ，反 应 的混 合 物 浇 注到一 个 盘 子 中并 在 １３０℃下 反 应 ４ ｈ。硬段 含 量用 下式 计算 ：
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酸 酯 ），分子 量 为 ２０００），这 两 种 多 元 醇 都 具 有 较 低 的粘度 。 因为每个 聚醚 芳族 聚酯 多元 醇 由无 规 共 聚物聚 醚链 段 和芳 族 的聚 酯链 段 组 成 ，所 以分
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图 ３ １０Ｈｚ时 ｔａｎ６对 温 度 的 依 赖 性
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２．１ ＤＭ Ａ
本 研究 用 ＴＰＵ 的 化 学 成 分 列 于 表 ２。工业 阻尼 材 料 （聚 降 冰 片 烯 和 丁 苯 橡 胶 ）作 为 对 比 材 料 。
第 ４６卷 第 ４期
聚氨酯 阻 尼材料
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１．２ 表 征
硬度 ：表 面硬 度用 邵 氏硬度 计 （邵尔 Ａ）测试 拉 伸 试 验 ：用 拉 伸 试 验 机 测 试 拉 伸 性 能 （ＶＴＭ—ＩＩＩ一２００）。哑铃 形 试 样 标 距 长 为 １０ ｍｍ， 宽 为 ５ ｍｍ，用裁 刀 冲切 。 耐磨 性 ：耐磨 性用 泰伯 磨耗 试验 机测 试 回弹性 ：回弹性用 回弹性试 验机 测试 动态 力 学 分 析 （ＤＭＡ）：动 态 粘 弹 性 （Ｅ 和 ｔａｎ￣）用 动 态 机 械分 析 仪 测 试 ，采 用 拉 伸 模 式 ，温 度 为 一６Ｏ℃ ～ １２０℃，加 热 速 率 为 ３。Ｃ／ｍｉｎ，频 率 分别 为 ０．１、１、５和 １０Ｈｚ。试 样 的尺 寸是 １０ ｍｍ 长 ，１０ ｍｍ 宽 ，约 ０．２ｒ ａｍ 厚 。用 测 量 得 到 的每 个 温度 下 的 Ｅ 和 ｔａｎ 的数 据 通 过 威 廉 姆 斯一朗 德 尔一费里 （ｗ ＬＦ）方 程 计 算 ，绘 制 每 个 温度 下 的合 成 曲线 。