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热塑性聚氨酯基阻尼材料的制备与性能研究

孟祥坤  
【摘要】:热塑性聚氨酯(TPU)兼具橡胶材料的高弹性和塑料材料的高温可塑化加工性,且其力学性能优良,但是单一组分的TPU材料的阻尼性能较差。本文正是从这一角度出发,利用熔融共混工艺制备热塑性聚氨酯基阻尼材料,以期改善TPU的阻尼性能并降低其成本。本文选用聚氯乙烯(PVC)和丁腈橡胶(NBR)分别对TPU进行共混改性,主要探究了共混比例、填料类型、NBR的丙烯腈含量和受阻酚AO-60对热塑性聚氨酯基阻尼材料的阻尼性能和力学性能的影响,并借助分子动力学模拟探究AO-60/NBR/TPU共混体系性能变化的原因。(1)探究了PVC/TPU的共混比例、TPU的种类和填料种类对PVC/TPU共混体系的阻尼性能和力学性能的影响。结果显示,60/40的PVC/TPU的共混比例具有最佳的力学性能和阻尼性能;芳香族TPU较脂肪族TPU与PVC共混体系的阻尼性能的更佳;纳米碳酸钙和滑石粉、云母相比,纳米碳酸钙更适合做PVC/TPU共混物的填料,其做填料时共混体系的力学性能和阻尼性能最好。(2)探究了NBR/TPU的共混比例、补强剂和丙烯腈含量对共混物的阻尼性能、力学性能和微观结构的影响。结果表明,随NBR所占比例的增加,NBR/TPU共混物扯断伸长率和拉伸强度逐渐降低,NBR/TPU共混物的tanδ的峰值提高,有效阻尼温域变化不大;滑石粉较白炭黑在共混体系中的分散性更好,滑石粉补强共混物体系的力学性能和阻尼性能更佳;随丙烯腈含量从18%增加至40%,NBR/TPU共混物的力学性能提高,阻尼损耗峰峰值(tanδ_(MAX))变大,有效阻尼温域向室温移动,阻尼性能提升,但有效阻尼温度范围没有拓宽。(3)采用分子动力学模拟与实验相结合的研究方法,在NBR/TPU共混体系中加入受阻酚AO-60,借助分子动力学模拟软件构建AO-60/NBR/TPU共混物模型并进行动力学计算。随AO-60的加入量的增加,NBR/TPU共混体系的阻尼性能提高,tanδ_(MAX)从1.1增加到1.43,有效阻尼温域从34℃提高至51℃;动力学计算结果显示,随AO-60含量的增加,共混物体系的结合能增加,自由体积分数减小,氢键数量增加。共混物体系的分子间氢键数量增加,氢键的断裂与生成提高了体系的能量损耗,导致体系阻尼系数提高。


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