不同无机填料在聚氨酯弹性体中的性能对比

开题报告高分子材料与工程无机填料填充的热塑性弹性体聚氨酯阻尼材料研究一、选题的背景和意义随着日益加快的工业化进程，有关振动和噪声的问题越来越严重，人们对所处的工作和生活环境提出了更高的要求，简单而且传统的措施已满足不了人们的需要，人们希望找到一个解决问题的方法，即寻找新型高阻尼材料，能在发生源处将振动和噪声阻隔掉。

阻尼材料是一种能吸收振动机械能并有效的将其转化为热能而耗散掉的功能材料，阻尼减振防噪技术是利用阻尼材料在变形时把机械能转变成为热能的原理，降低材料结构共振振幅，增加其疲劳寿命和降低其结构噪声。

目前各类阻尼材料已广泛应用于汽车、舰船、飞机、导弹、卫星等许多高科技领域。

本课题是以宽温域、高阻尼为目的，研究共混条件对材料阻尼性能的影响。

聚氨酯材料之所以非常适合用作宽温域阻尼材料，是因为聚氨酯的玻璃化温度Tg较低，如果与Tg较高的聚合物混合，形成后的阻尼材料最高使用温度能达到100℃甚至以上。

如何制备宽温域高阻尼强度的聚氨酯阻尼材料，一方面是要增大分子间滑移时的摩擦，使其受到外力的影响下，能量以更多的热能的形式耗散掉，另一方面混合各种不同Tg无机填料的共混，提高其温域，从而制备高性能聚氨酯阻尼材料。

本课题选用加入多种无机填料对聚氨酯进行共混改性，并进行横向比较，最终会确定并获得性能最佳阻尼聚氨酯弹性体材料的工艺和路线。

二、研究目标与主要内容将云母粉、二氧化硅粉、石棉粉、滑石粉通过熔融共混与聚氨酯形成聚合物，其中每组无机填料的含量都不相同，以调节无机填料的比例来达到制备出宽温域高阻尼强度的聚氨酯阻尼材料。

1、实验方法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;二是采用高分子共混技术、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。

本课题采用高分子共混技术选择适当的无机填料与聚氨酯熔融共混，通过增大高分子聚合物与填充物的相互作用，当分子链段运动时，会增加体系的内摩擦力，使其在受到外力的影响下，能量以更多的热能的形式耗散掉，无机填料的Tg较聚氨酯的高的多，它们混合后会制备出宽温域聚氨酯阻尼材料。

聚氨酯阻燃剂的种类
聚氨酯阻燃剂的种类有多种，常见的包括：
1. 磷系阻燃剂：如三聚磷酸酯、聚磷酰胺等，可以起到阻燃和炭化层的作用。

2. 溴系阻燃剂：如六溴环十二烷、六溴联苯等，有较好的阻燃效果，但部分溴系阻燃剂可能存在环境和健康问题。

3. 氮系阻燃剂：如氢化铝酸铵、氢氧化铝等，通过氮气气体形式来稀释和抑制燃烧过程。

4. 氧系阻燃剂：如磷氧扩展剂、聚磷腈等，通过在燃烧货物表面产生活性氧，抑制和缓慢燃烧。

5. 硅系阻燃剂：如有机硅耐火树脂，可以形成保护层来减缓燃烧速度。

6. 铝系阻燃剂：如氢氧化铝、铝氢氧化盐等，经热分解可释放铝氧化物，形成熔融层来阻挡燃烧。

以上是常见的几种聚氨酯阻燃剂，不同种类的阻燃剂适用于不同的燃烧材料和各种需求。

除了上述提到的常见的聚氨酯阻燃剂，还有一些其他种类的聚氨酯阻燃剂，包括：
7. 氧化铝：氧化铝是一种无机阻燃剂，通过吸收热量并形成熔融层来阻挡燃烧。

8. 阻燃填料：聚氨酯中添加阻燃填料，如硅酸盐纤维、无机纤维等，可以提升阻燃性能。

9. 碳纳米管：碳纳米管具有良好的导电性和导热性，可以在燃烧过程中吸收并释放热能，起到阻燃效果。

10. 碳黑：碳黑是一种常见的填充剂，用于提高聚氨酯的阻燃性能。

11. 硼酸盐：硼酸盐是一种无机阻燃剂，含有的硼元素可以有效抑制燃烧。

12. 阻燃涂层：聚氨酯表面涂覆阻燃涂层，如阻燃涂料，可以提高其阻燃性能。

这些聚氨酯阻燃剂可以根据具体的应用需求进行选择和使用，以提供所需的阻燃效果。

浇注聚氨酯弹性体性能影响因素一、聚醚多元醇1、聚醚多元醇当量聚醚多元醇当量的大小直接关系到成型后分子链中硬段的含量，从而影响材料的硬度、拉伸强度和断裂伸长率。

聚醚多元醇当量增加，硬度下降，拉伸强度减小，伸长率增加。

2、聚醚多元醇支化度支化度增加，制品的交联密度增大，交联点间的分子量减小。

制品的硬度升高，脆性增加，冲击强度减小，耐热性增加。

二、异氰酸酯的影响反应活性液化MDI>粗MDI>TDI,粗MDI的支化度为2.7, TDI为2,液化MDI为两者之间，故不同异氰酸酯制得的CPU的硬度为粗MDI>液化MDI>TDI,冲击强度为粗MDI<液化MDKTDI,耐热性能PPDI>ND l>MDI>TD。

MD I/BDO体系与TD I/MOCA体系（邵氏D硬度为50）相比，反应过程中粘度增加较快。

这两种聚合物体系的粘度与时间关系是MDI体系粘度增长较TDI体系快，“釜中寿命”（可操作性）较TDI体系短，因此，MDI体系浇注大型复杂制品的能力低于TD体系。

三、交联剂的影响MDI 型预聚物多用二醇做扩链剂；TDI 型多用二胺类扩链剂。

聚氨酯弹性体性能影响因素1、机械强度聚酯型高于聚醚型胺类交联高于二醇交联有填料(炭黑)的高于无填料的2、耐热性能各基团的热分解温度：脲基氨基甲酸酯脲基甲酸酯缩二脲260 C 241 C 146 C 144 C耐热性能PPDI>ND l>MDI>TDI ,聚醚分子链中有双键耐热性差，有无机填料耐热性好。

3、低温性能聚醚型优于聚酯型，最低在-70~-80 C。

4、耐水性能(1) 聚氨酯制品易吸水，吸水率在2%以内。

吸水后的制品拉伸强度均会有所下降(10%~20%)。

(2) 水降解。

MDI、NDI型比TDI型耐水解，二醇交联比二胺交联耐水解。

水解稳定性顺序：丁二烯多兀醇>醚基〉氨基甲酸酯基>脲基〉缩二脲基、脲基甲酸酯>酯基。

聚氨酯弹性体在不同环境条件下的老化性能目录一、内容概述 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状 (3)二、聚氨酯弹性体的基本概念与性能特点 (5)2.1 基本概念 (6)2.2 性能特点 (7)三、聚氨酯弹性体在不同环境条件下的老化性能理论基础 (8)3.1 老化机理 (9)3.2 老化影响因素 (10)四、聚氨酯弹性体在自然环境条件下的老化性能 (11)4.1 高温环境 (13)4.2 低温环境 (14)4.3 湿热环境 (15)4.4 其他环境因素 (16)五、聚氨酯弹性体在特殊环境条件下的老化性能 (17)5.1 紫外老化 (19)5.2 臭氧老化 (19)5.3 电离辐射老化 (20)六、聚氨酯弹性体老化性能改进方法 (21)6.1 材料选择与优化 (22)6.2 添加剂应用 (24)6.3 表面处理技术 (25)七、结论与展望 (26)一、内容概述本文档旨在研究和分析聚氨酯弹性体在不同环境条件下的老化性能，以期为相关领域的科研人员和工程师提供有关聚氨酯弹性体的性能特点、老化过程及其对产品性能的影响等方面的科学依据。

通过对聚氨酯弹性体在不同环境条件下的老化性能进行系统的研究，可以为聚氨酯弹性体的生产、应用和维护提供有益的参考。

1.1 研究背景与意义随着科技的快速发展，聚氨酯弹性体（Polyurethane Elastomer）作为一种重要的高分子材料，因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于汽车、建筑、航空航天、电子电气等多个领域。

在实际使用过程中，聚氨酯弹性体会受到多种环境因素的影响，如温度、湿度、紫外线辐射、化学介质等，导致其性能逐渐下降，出现老化现象。

这不仅影响了聚氨酯弹性体的使用寿命，也给相关产业带来了不小的经济损失。

研究聚氨酯弹性体在不同环境条件下的老化性能，对于提高材料的使用寿命、推动相关产业的发展具有重要的理论与实际意义。

聚氨酯弹性体的应用广泛且深入，其性能的好坏直接关系到各行业的运行安全和产品质量。

不同填料对聚氨酯及其复合材料性能的影响王辉;沈帆;彭家顺;梅端【摘要】研究了玻璃钢粉末、聚乙烯微粉、碳酸钙粉末、中空玻璃微珠等填料对改性聚氨酯树脂的填充效果，通过比较树脂浇铸体的拉伸和弯曲性能，说明玻璃钢粉末作为填料时树脂各项性能达到最优。

结果还表明：随着玻璃钢粉末质量分数的增加，聚氨酯及其复合材料的弯曲性能表现出先增后减的趋势，其最佳填充量为10%。

为此有可能将玻璃钢粉末作为填料加入树脂中实现回收利用。

%The effects of fiberglass reinforced plastic powder, polyethylene powder, calcium carbonate and hollow glass beads on the mechanical properties of modified polyurethane were investigated. The comparison of the tensile and bending properties of resin casts showed that the resin performance was optimal when FRPP was used as the filler. The effects of FRPP content on the bending properties of the resin casts and composite materials were studied. The results showed that with the increase of FRPP content,the bending properties of polyurethane and its composites exhibited a trend of improving first and declining then,and that the best filling level was 10%. Thus it is concluded that FRPP can be added to resin as filler.【期刊名称】《玻璃纤维》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P6-9)【关键词】聚氨酯;复合材料;玻璃钢粉末;弯曲性能【作者】王辉;沈帆;彭家顺;梅端【作者单位】桂林供电局，桂林541000;国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉430000;国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉430000;国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉430000【正文语种】中文【中图分类】TQ171.77+7.770 前言随着玻璃钢用量不断增加，其废弃物数量也急剧增加。

提高聚氨酯耐温性聚氨酯弹性体是以二异氰酸酯和低聚物多元醇为基本原料聚合而成的高分子材料，具有机械性能好、耐磨耗、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀、耐射线辐射、粘接性好等优异性能，但其使用温度一般不超过80℃，100℃以上材料会软化变形，机械性能明显减弱，短期使用温度不超过120℃，严重限制了其广泛应用。

因此，许多研究机构及学者对聚氨酯弹性体耐热形变性能进行了研究，并制备了许多耐热性能优良的材料，使其在较高的温度下具有较好的机械性能。

但是聚氨酯弹性体结构的复杂性，影响其耐热形变因素很多。

作者从低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂、催化剂、聚合工艺条件、引入分子基团、加入填料、与纳米材料复合等方面综述了弹性体耐热性的影响因素。

1原料对聚氨酯弹性体耐热性影响聚氨酯弹性体由软段(低聚物多元醇，主要分为聚酯型、聚醚型和聚烯烃型多元醇等)和硬段(二异氰酸酯和扩链剂)组成。

低聚物多元醇的相对分子质量是多分散的，而多异氰酸酯往往是多种异构体的混合物，异构体的存在会破坏硬段的规整性，使得弹性体的耐热性降低。

严格控制原料的纯度，降低缩二脲和脲基甲酸酯等热稳定性差的基团的摩尔分数，可以提高弹性体耐热性。

1.1低聚物多元醇不同结构的低聚物多元醇与相同异氰酸酯反应生成的氨基甲酸酯，其热分解温度相差很大，伯醇最高，叔醇最低，这是由于靠近叔碳原子和季碳原子的键最容易断裂的缘故。

由于酯基的热稳定性比较好，而醚基的碳原子上的氢容易被氧化，所以聚酯型聚氨酯耐热性能比聚醚型聚氨酯好。

由聚酯所制备的聚氨酯，聚酯类型的不同对热性能几乎没有太大的影响。

对于聚醚型聚氨酯，聚醚的类型对其耐热性能有一定的影响，如由甲苯二异氰酸酯(TDI)、3,3'-二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺(MOCA)分别与聚氧化丙烯二醇和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)所制备的聚氨酯，放入121℃环境下老化7天后，二者的拉伸强度存在明显差别，前者室温下拉伸强度保留率为44%，而后者保留率为60%。

无机填料对聚氨酯弹性体性能影响的研究摘要：采用聚醚-N220、聚醚-N210、甲苯二异氰酸酯（TDI）、无机填料等为原料合成了高温固化的聚氨酯弹性体。

在最佳的制备工艺条件下，研究了填料的种类对聚氨酯弹性体力学性能、玻璃化转变温度、耐热性能的影响。

关键词：聚氨酯弹性体；填料；力学性能；玻璃化转变温度；耐热性能The Effect of Different Fillers on Polyurethane Elastomers PropertiesBAI Qi-rong, KANGXiao-li(1. Taiyuan Plastic Research Institute, Taiyuan 030024, China；)Abstract：Polyurethane elastomer was synthesized through polyether-N220,-N210, toluene diisocyanate, inorganic fillers with high temperature curing. The effect of different fillers on polyurethane elastomer mechanical properties, glass transition temperature and heat resistance was mainly investigated.Key word: Polyurethane elastomer, filler, mechanical property, glass transition temperature, heat resistance.中图分类号：TB484.3文献标识码：A聚氨酯合成材料是具有独特性能的高分子化合物，它在工业和日常生活中有广泛的应用。

聚氨酯弹性体是聚氨酯合成材料中的一个品种，由于其极其优异的性能而广泛应用于汽车、建筑、矿山开采、航空航天、电子、医疗器械、体育制品等多个领域，成为极具发展前景的合成材料制品。

2005年6月 云南化工 Jun .2005 第32卷第3期 Y unnan Che m ical T echno logy V o.l 32,N o .3白碳黑与三氧化铝填料对聚氨酯弹性体耐磨性的影响黎清宁,卢德宏,蒋业华,周 荣(昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093)收稿日期:2005 04 14 修回日期:2005 04 19基金项目:云南省自然科学基金资助项目(20010008Q)作者简介:黎清宁(1978~),男,在读博士生,主要研究方向矿业耐磨材料。

导师简介:周荣(1962~),男,汉族,现任昆明理工大学校长,材料加工工程专业教授,博士生导师。

摘 要: 研究了不同质量分数的白碳黑与A l 2O 3填料对聚氨酯弹性体耐冲蚀磨损性能的影响。

结果表明,白碳黑填料降低了聚氨酯弹性体的耐磨性,而聚氨酯弹性体耐磨性随着A l 2O 3颗粒加入量的增加先升高而后下降,在质量分数为34%时达到峰值;讨论了填料对聚氨酯复合材料磨损行为与机理的影响。

关键词: 聚氨酯;白碳黑;A l 2O 3;冲蚀磨损中图分类号: TQ334 文献标识码: A 文章编号: 1004 275X (2005)03 0008 03Effect of Silicon D iox i d e and A lu m i n a Particles on the W ear R esist ance of Polyurethane Elasto m erLI Q i ng -ning ,LU D e -hong ,J I ANG Y e -hua ,ZHOU R ong(School of Land Res ou rce Eng i neeri ng ,Kunm i ng Un i versit y of Science and T echnology ,Kun m i ng 650093,Ch i na)Abstract :E ff ect of silicon d i ox i de and al um i na fill er w i th d ifferent conten ts on the w ear-resistance prop erties ofpol yurethane el ast om er w as s t ud i ed.The w ear resist ance w as f ound to be d ecreased w it h sili con d i ox i de fill er ,and firstl y i n creased w ith i n creasi ng con t en t of a l um i na un til reach i ng am ax i m u m w ith t h ew eight con tent of 34%,and t h en d ecreased .The w ear beh avi or and m echanis m of fill ers on po l yu ret han e el asto m er w ere d is cu ss ed .K ey w ords : polyurethane ;silicon d i ox i de ;al um i na ;erosion前言聚氨酯弹性体(P U )是一种具有优异耐磨性、高弹性等性能的新型高分子材料,但目前聚氨酯作为耐磨材料推广有成本高、耐高温性能差等缺点。

第三章 TPEE、TPU、TPV等性能比较1、TPEE热塑性聚酯弹性体简称TPEE或COPE，是一类含有PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)聚酯硬段(结晶相)和脂肪族聚酯或聚醚(非晶相)软段的线型嵌段共聚物。

TPEE属于高性能工程级弹性体，具有机械强度高、弹性好、抗冲击、耐蠕变、耐寒、耐弯曲疲劳性、耐油、耐化学药品和溶剂侵蚀等优点，具有良好的加工性，并可填充、增强及合金化改性，在汽车零部件、液压软管、电缆电线、电子电器、工业制品、文体用品、生物材料等领域得到了广泛的应用。

TPEE的物理化学性能●力学性能通过对软硬段比例的调节，TPEE的硬度可以从邵氏D32到D80变化，其弹性和强度介于橡胶和塑料之间。

与其他热塑性弹性体(TPE)相比，在低应变条件下，TPEE模量比相同硬度的其他TPE高。

当以模量为重要的设计条件时，用TPEE可缩小制品的横截面积，减少材料用量。

●拉伸强度与聚氨酯弹性体(TPU)相比，TPEE压缩模量与拉伸模量要高得多，用相同硬度的TPEE和TPU制作同一零件，前者可以承受更大的负载。

在室温以上，TPEE弯曲模量很高，适宜制作悬臂梁或扭矩型部件，特别适合制作高温部件。

TPEE低温柔顺性好，低温缺口冲击强度优于其他TPE，耐磨耗性与TPU相当。

TPEE具有优异的耐疲劳性能，与高弹性特点相结合，使该材料成为多次循环负载使用条件下的理想材料，适宜制作齿轮、胶辊、挠性联轴节、皮带等。

●耐热性能 TPEE具有优异的耐热性能，硬度越高，耐热性越好。

TPEE的使用温度非常高，能适应汽车生产线上的烘漆温度(150-160℃)，并且它在高温下机械性能损失小。

在120℃以上使用，TPEE拉伸强度远远高于TPU。

此外，TPEE还具有出色的耐低温性能。

TPEE脆点低于-70℃，并且硬度越低，耐寒性越好，大部分TPEE可在-40℃下长期使用。

由于在高、低温时表现出的均衡性能，TPEE的工作温度范围非常宽，可在-70-200℃使用。

聚氨酯弹性体的特性与应用1.聚氨酯弹性体的特性聚氨酯弹性体的综合性能出众，任何其他橡胶和塑料都无与伦比。

而且聚氨酯弹性体可根据加工成型的要求进行加工，几乎能用高分子材料的任何一种常规工艺加工，如混炼模压、液体浇注、熔融注射、挤出、压延、吹塑、胶液涂覆、纺丝和机械加工等。

聚氨酯弹性体的用途十分广泛，产品几乎遍及多用领域。

聚氨酯弹性体综合性能出众，主要表现在弹性体兼备了从橡胶到塑料的许多宝贵特性。

（1）硬度范围宽。

而且在高硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率。

（2）强度高。

在橡胶硬度下他们的拉伸强度和撕裂强度比通用橡胶高得多；在塑料硬度下，他们的冲击强度和弯曲强度又比塑料高得多。

（3）性能的可调节范围大。

多项物理机械性能指标均可通过对原材料的选择和配方的调整，在一定范围内变化，从而满足用户对制品性能的不同要求（4）耐磨。

有“耐磨橡胶”的佳称。

特别是在有水、油等润湿介质存在的工作条件下，其耐磨性往往是普通橡胶材料的几倍到几十倍。

金属材料如钢铁等虽然很坚硬，但并不一定耐磨，如黄河灌溉区的大型水泵，其过流部件金属口环和保护圈经过大量泥沙的冲刷，用不了几百小时就严重磨损漏水，而采用聚氨酯弹性体包覆的口环和保护圈则连续运行1800小进仍未磨损。

其它如碾米用的砻谷机胶辊、选煤用的振动筛筛板、运动场的径赛跑道、吊车铲车用的动态油密封圈、电梯轮和旱冰鞋轮等等也都是聚氨酯弹性体的用武之地。

在此需提到的一点是，要提高中低硬度聚氨酯弹性体制件的摩擦系数，改善在承载负荷下的耐磨性能，可在这类聚氨酯弹性体中添加少量二硫化铝、石墨或硅油等润滑剂。

（5）耐油。

聚酯型聚氨酯弹性体的耐油性不低于丁腈橡胶，与聚硫橡胶相当。

（6）耐臭氧性能优良。

（7）吸震、抗辐射和耐透气性能好。

（8）加工方式多样，适用性广泛。

聚氨酯弹性体既可跟通用橡胶一样采用塑炼、混炼、硫化工艺成型(指MPU)；也可以制成液体橡胶，浇注模压成型或喷涂、灌封、离心成型(指CPU)；还可以制成颗粒料，与普通塑料一样，用注射、挤出、压延、吹塑等工艺成型(指CPU)。

提高聚氨酯耐温性聚氨酯弹性体是以二异氰酸酯和低聚物多元醇为基本原料聚合而成的高分子材料，具有机械性能好、耐磨耗、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀、耐射线辐射、粘接性好等优异性能，但其使用温度一般不超过80℃，100℃以上材料会软化变形，机械性能明显减弱，短期使用温度不超过120℃，严重限制了其广泛应用。

因此，许多研究机构及学者对聚氨酯弹性体耐热形变性能进行了研究，并制备了许多耐热性能优良的材料，使其在较高的温度下具有较好的机械性能。

但是聚氨酯弹性体结构的复杂性，影响其耐热形变因素很多。

作者从低聚物多元醇、异氰酸酯、扩链剂、催化剂、聚合工艺条件、引入分子内基团、加入填料、与纳米材料复合等方面综述了弹性体耐热性的影响因素。

1原料对聚氨酯弹性体耐热性影响聚氨酯弹性体由软段(低聚物多元醇，主要分为聚酯型、聚醚型和聚烯烃型多元醇等)和硬段(二异氰酸酯和扩链剂)组成。

低聚物多元醇的相对分子质量是多分散的，而多异氰酸酯往往是多种异构体的混合物，异构体的存在会破坏硬段的规整性，使得弹性体的耐热性降低。

严格控制原料的纯度，降低缩二脲和脲基甲酸酯等热稳定性差的基团的摩尔分数，可以提高弹性体耐热性。

低聚物多元醇不同结构的低聚物多元醇与相同异氰酸酯反应生成的氨基甲酸酯，其热分解温度相差很大，伯醇最高，叔醇最低，这是由于靠近叔碳原子和季碳原子的键最容易断裂的缘故。

由于酯基的热稳定性比较好，而醚基的碳原子上的氢容易被氧化，所以聚酯型聚氨酯耐热性能比聚醚型聚氨酯好。

由聚酯所制备的聚氨酯，聚酯类型的不同对热性能几乎没有太大的影响。

对于聚醚型聚氨酯，聚醚的类型对其耐热性能有一定的影响，如由甲苯二异氰酸酯(TDI)、3,3'-二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺(MOCA)分别与聚氧化丙烯二醇和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)所制备的聚氨酯，放入121℃环境下老化7天后，二者的拉伸强度存在明显差别，前者室温下拉伸强度保留率为44%，而后者保留率为60%。