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《北京石油化工学院》 2018年
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聚氨酯弹性体的制备及其微观结构与介电、机电性能关系的研究

项东  
【摘要】:介电弹性体是一种电活性聚合物,在传感器、驱动器、人工肌肉和能量收集器等方面具有广泛的应用前景。本论文中为了提高聚氨酯弹性体的介电性能和机电性能,制备了一系列基于端羟基丁二烯/丙烯腈共聚物(HTBN)的聚氨酯弹性体(PU)和聚氨酯-脲弹性体(PUU)。本论文主要包括以下五个方面的研究内容。1)不同硬段含量对PU微相分离结构与性能影响的研究:研究结果表明,当硬段含量从20%增加到50%,PU的硬段结晶度、杨氏模量和击穿场强明显增加,然而介电常数和驱动面积应变略有降低。2)不同链长度的二元醇扩链剂对PU微相分离结构与性能影响的研究:研究结果表明,扩链剂的长度对硬段结晶结构以及氢键的影响较大,从而影响其介电常数、杨氏模量和驱动应变性能。在乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、丁二醇(BDO)和己二醇(HDO)中,乙二醇的PU具有较高的介电常数(9.6@1 kHz)和驱动应变(6.1%@70 kV mm~(-1))。3)硬段中不同含量的脲基团对PUU的微相分离结构与性能影响的研究:研究结果表明,随着硬段中脲基团含量的增加,硬段形成氢键的能力以及硬段结晶度、硬相区尺寸和杨氏模量有所提高,然而介电常数和驱动应变降低。4)胺类扩链剂的化学结构对PUU的微相分离结构与性能影响的研究:研究结果表明,在4,4′-二氨基二环己基甲烷(PACM)、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷(DMDC)和甲基环己二胺(HTDA)扩链的聚氨酯-脲中,4,4′-二氨基二环己基甲烷扩链的PUU具有较低的杨氏模量和较高的弹性恢复率,而3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二环己基甲烷扩链的PUU的最大驱动面积应变可达到27%。然而扩链剂的体积效应对结晶度和介电性能影响较小。5)交联剂(三官能团的扩链剂)含量对PU的微相分离结构与性能影响的研究:研究结果表明,随着交联扩链剂含量的增加,PU的结晶度和硬相区含量大幅降低,杨氏模量明显降低,介电常数稍微增加。然而在一定电场强度下的驱动应变并不依赖于交联扩链剂的含量。以上研究表明可以通过调节硬段的含量和化学结构对PU/PUU的微相分离结构、介电性能和机电性能进行调控。可以通过平衡PU/PUU介电弹性体的介电性能和力学性能来改善机电性能。
【学位授予单位】:北京石油化工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ334.1

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