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摘要：本论文以聚碳酸酯二醇（PCDL）、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和间苯二酚二羟乙基醚（HER）为原料，通过一步法制备了硬段含量（30%、35%、40%）不同的TPU。采用热失重分析、拉伸试验、邵氏硬度测试、X射线衍射、旋转流变仪、偏光显微镜、热变形维卡软化点温度测定仪等研究手段研究了不同硬段含量TPU的结构与性能关系。分析结果表明：PCDL/MDI/HER体系TPU随着硬段含量的增加，拉伸强度，断裂伸长率和定伸应力均逐渐降低；热稳定性分析表明TPU具有较好的热稳定性，初始分解温度达到了300℃；此体系TPU具有较低的抗热变形能力，维卡软化点温度是51.5℃；结晶性能分析表明此TPU结晶性能较差；旋转流变性能分析结果表明TPU表现出典型的假塑性流体的特征。
关键词：热塑性聚氨酯，聚碳酸酯二醇，一步法，旋转流变仪，结晶性能
1 前言 1
1.1 制备热塑性聚氨酯的原料 2
1.1.1 聚酯多元醇 2
1.1.2 异氰酸酯 3
1.1.3 扩链剂 3
1.2 热塑性聚氨酯弹性体的结构与性能 4
1.2.1 热塑性聚氨酯弹性体的结构 4
1.2.2 热塑性聚氨酯弹性体的性能 6
1.3 热塑性聚氨酯弹性体的合成方法 9
1.4 热塑性聚氨酯弹性体的应用及发展前景 10
1.5 本课题的创新点主要研究内容 11
2 实验部分 13
2.1 实验原料 13
2.2 实验设备及仪器 14
2.3 样品制备工艺 15
2.3.1 配方设计 15
2.3.2 制备工艺 16
2.3.3 制备过程 16
2.3.4 样条制备 16
2.4 性能测试 17
2.4.1 力学性能测试 17
2.4.2 硬度测试 17
2.4.3 动态流变性能测试 18
2.4.4 X-射线衍射测试 18
2.4.5 热性能测试 19
2.4.6 偏光测试 19
3 结果与讨论 19
3.1 结晶性能分析 19
3.1.1 XRD曲线 19
3.1.2 弹性模量与温度的关系曲线 21
3.1.3 弹性模量与时间的关系曲线 22
3.1.4 偏光分析 23
3.2 力学性能分析 24
3.2.1 拉伸性能分析 24
3.2.2 硬度分析 26
3.3 动态流变性能测试 27
3.4 热性能分析 27
3.4.1 抗热变形能力分析 28
3.4.2 热氧稳定性能分析 29
4 结论 30
参考文献 31
致谢 33
本课题的创新点主要研究内容
(1)创新点
①聚碳酸酯二元醇（PCDL） 近年来研究者开发出了新型综合性能优良的聚碳酸酯二元醇，其性质则介于传统聚酯和聚醚之间，如具有较低的Tg，较好的室温柔顺性，以其为原料制备聚氨酯同时具备了聚醚聚氨酯型优良的耐水解性、低温柔顺性和聚酯型聚氨酯的高机械强度、优良的耐磨性和耐油性，某些材料还具有良好的生物相容性；聚碳酸酯型聚氨酯涂料、胶粘剂等具有良好的耐溶剂性、耐热褪色性、耐刮擦性、耐候性。所以聚碳酸酯二元醇被认为是目前性能最优的多元醇。因此聚碳酸酯二元醇及相应的聚碳酸酯型聚氨酯新材料的开发越来越受到行业重视。
以聚碳酸酯二元醇为原料合成的聚氨酯材料，获得的产品表现出比传统聚醚型聚氨酯更优异的机械性能，比传统聚酯型聚氨酯更好的耐水解性。这更进一步推动聚碳酸酯二元醇在聚氨酯领域的研究、开发和应用，使其获得了快速的发展。为了获得综合性能优异、品种多样的聚氨酯材料，越来越多的研究者热衷于聚碳酸酯多元醇的改性研究。随着一些低分子二元醇，如1,6-己二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,8-辛二醇等低分子多元醇的工业化生产及其规模的扩大，对聚碳酸酯多元醇的研究也得到进一步深入和扩展，聚氨酯材料的品种也迅速地增多。另外，聚碳酸酯多元醇不仅可作为生产聚氨酯的原料，而且在光学材料、涂料、豁合剂等方面的应用前景也很有前途[10]。
②间苯二酚二羟乙基醚（HER） HQEE 能提高聚氨酯弹性体的刚性和热稳定性，HER 能最大限度地维持弹性体的持久性、弹性和可塑性，同时又可将收缩率限制到最小，改善加工性能。HQEE 的缺点是其熔点高（102 ℃），导致扩链反应需在 120 ℃左右进行，若低于该温度，HQEE 会结晶析出，造成制品性能降低。而用 HER 则不存在该问题，它有低的熔点（89 ℃），可大大降低扩链温度，在提高弹性体的拉伸强度、撕裂强度、硬度及耐热性等方面表现优良。
（2）主要研究内容
本论文从以下两个方面开展：采用聚碳酸酯二醇（PCDL）和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）为原料，用间苯二酚二羟乙基醚（HER）作扩链剂制备硬段含量(30%、35%、40%)不同的TPU；研究PCDL/MDI/HER体系TPU制备工艺条件；研究如何测试与表征TPU材料性能；研究不同硬段含量对该体系TPU性能的影响规律。
