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河北工业大学 硕士学位论文 高阻尼聚氨酯弹性体的研究 姓名：刘会强 申请学位级别：硕士 专业：化学工艺 指导教师：李彦涛 20090301 河北工业大学硕士学位论文 i 高阻尼聚氨酯弹性体的研究高阻尼聚氨酯弹性体的研究 摘摘 要要 阻尼材料的发展始于 20 世纪 50 年代，是一种能吸收振动机械能并将之转化为热能而 耗散的新型功能材料高分子阻尼材料具有阻尼温域宽、阻尼因子高的特点聚氨酯(PU) 作为阻尼材料的优势在于可以通过调节软硬段的比例而获得宽温域、高性能的阻尼材料 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，拓宽阻尼温域但是，互穿网络技术合成的 PU 弹性体强度太低，不能用于 需要强度较高的领域 本文广泛的研究了聚酯型、聚醚型等不同类型的 PU 弹性体的阻尼性能和力学性能 并且用自制的侧基含量较高的聚酯二醇合成了 PU 阻尼材料，进一步考察了硫化温度、硬 段、扩链剂、频率对自制聚酯二醇 PU 弹性体性能的影响。

采用嵌段、接枝的方法改善其 性能，调整 PU 弹性体 tanδ0.3 的有效阻尼温域范围 实验结果表明：添加自制软化剂后，用样品 1 制备的聚氨酯弹性体的阻尼温域明显向 低温移动，tanδ0.3 的温域基本涵盖室温应用领域随着接枝率的提高，聚氨酯弹性体的 阻尼性能明显提高，同时力学性能降低，当接枝率为 10%时，PU 弹性体的综合力学性能较 好 关键词：关键词：PU 弹性体，阻尼性能，力学性能，嵌段，接枝 高阻尼聚氨酯弹性体的研究 ii THE RESEARCH ON HIGH DAMPING POLYURETHANE ELASTOMER THE RESEARCH ON HIGH DAMPING POLYURETHANE ELASTOMER ABSTRACT ABSTRACT The development of damping materials was began in 1950s,when they were used in sound and vibrationg damping areas.Damping materials were novel functional materials that were efficient in converting sound and mechanical vibration energy into heat that resulted in absorption. Polyurethanes were particularly attractive for a study of the effect of chemical structure on damping because it was possible to change their glass transitions over a wide range of temperature by transform of the ratio of hard and soft segments.There were two metheods which were always been used to improve the damping properties of polyurethanes. One of the major methods was to design macromolecular polymer structure. Another one was IPN technique. However,the PU elastomer synthesized by IPN technique had low intensity,that can not be used for high-intensity areas. In this paper,the damping properties and mechanical properties of many kind of PU elastomer had been studied such as polyester PU elastomer,polyether PU elastomer and so on.Self-made sample was selected to synthesized PU elastomer and we have studied the effect of curing temperature，hard segment，chain extender and frequency on the damping properties and mechanical properties of the PU elastomer. Block and grafting methods were used to improve the properties of PU elastomer and adjust the temperature range at tanδ0.3 . The results showed that:After sample 1 were mixed with self-made softener, the damping temperature domain of PU elastomer moving to the low-temperature clearly so that it covers the room temperature range. With the increase of grafting-rate, the damping properties of PU elastomer was improved obviously, at the same time the mechanical properties of PU elastomer decreased.When the grafting-rate was 10%, the integrated Performance of PU elastomer is better. KEY WORDS: PU elastomer,damping properties,mechanical properties, block, grafting FdI,I*FEE 4,/\XF€FqE, Fn E.i.B1r+fi:A-l, E+/\A+rfi+F+T, #frfifrnr+FffiW1+il\fr, R. pA t + B4s q t I H ffi ^ E ^, ++.$iAt6€etr F Iil ^#^ ]ffi, ttof. 3. -91. , F r * z,,4i,|h EW, 2ttl 3 z 河北工业大学硕士学位论文 第一章第一章 绪论绪论 §1-1 前言 §1-1 前言 随着现代工业的发展， 振动工具和产生强烈振动的大功率机械不断增多， 各种机械设备在运转及工 作过程中带来的振动危害也日益严重 [1]。

在日常生活中，这类振动和噪声会危害人体健康，给人们的生 活和工作带来极大影响在工程中，振动和噪声带来的宽频带随机激振会引起结构的多共振峰响应，直 接影响电子器件、仪器和仪表的正常工作，严重时造成灾难性后果在军事中，武器装备和飞行器的发 展日趋高速化和大功率化， 各种飞行器在飞行过程中受到发动机和高速气流的激励， 由于振动和谐动响 应而产生的结构疲劳是十分严重的 潜艇和气垫船受到发动机的激励， 产生的高分贝噪声将严重影响战 斗力采用高阻尼材料或阻尼结构进行减振降噪成已为解决上述问题十分有效的手段之一 [2]另外，我 国地处环太平洋地震带和地中海—喜马拉雅地震带上，地震活动频繁，且我国人口众多，建筑物抗震性 差，地震的巨大能量，造成各类建筑物破坏甚至倒塌，并由此引起各种次生灾害以及人员的伤亡因此 切实提高工程结构的抗震防灾能力是减轻地震灾害的有效途径 为了减少各种振动所带来的危害，提高阻尼材料的性能已经成为迫切需要解决的事情目前，功能 性阻尼材料已经在尖端武器装备、航天飞行器、船舰、车辆、民用建筑、环境保护等方面得到广泛应用 [3] 结构消能减震体系是将结构的某些非承重构件设计成消能杆件或在结构物的某些部位(节点或连接 处)装设阻尼器，在风荷载或轻微地震时，这些消能杆件或阻尼器处于刚弹性状态，结构物具有足够的 侧向刚度以满足正常使用要求；地震发生时，随着结构受力和变形的增大，消能杆件和阻尼器，率先进 入非弹性变形状态，产生较大阻尼，大量消耗输入结构的地震能量，从而使主体结构避免进入明显的非 弹性状态并迅速衰减结构的地震反应，从而保护主体结构在地震中免遭破坏 [4]。

粘弹性阻尼器由粘弹性 材料和约束钢板组成，典型的粘弹性阻尼器结构，如图 1.1 所示 图 1.1 粘弹性阻尼器 Fig. 1.1 Viscoelastic dampers 粘弹性阻尼器的性能主要取决于粘弹性材料的阻尼性能 [5] 阻尼材料是近年来发展起来的减振降噪 材料，其种类较多包括粘弹性（高分子）阻尼材料、智能型阻尼材料、高阻尼合金、复合型阻尼材料等 1 高阻尼聚氨酯弹性体的研究 高分子阻尼材料是利用高分子的高粘性将吸收的机械能或声能部分地转变为热能散逸掉， 这样就起到降 低振幅的作用 [6,7]用高分子阻尼材料制作消能吸振器件，能防止或减轻机械振动对部件的破坏，已被 广泛应用于火箭、导弹、人造卫星、精密机床、精密仪器以及预防地震对高层建筑的破坏，斜拉大桥钢 索的颤振保护，随着现代化工业和航天事业的发展，高分子阻尼材料的应用将越来越广泛 高分子阻尼材料的种类和用途多种多样其中研究较早、较深入的是以聚氨酯为主的阻尼材料这 是因为聚氨酯大分子具有大量的氢键、 一定程度的微相分离结构和较高的阻尼损耗因子， 可以通过调节 软硬链段比例来获得在宽温度范围内保持较高的阻尼聚氨酯阻尼材料有多种形式，如：阻尼粘合剂， 阻尼泡沫，阻尼涂料，阻尼弹性体等。

§1-2 聚氨酯弹性体综述 §1-2 聚氨酯弹性体综述 所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温，扯断伸长率50%，外力撤出后复原性比较好的高分子材料 聚氨酯弹性体（polyurethane elastomer）是弹性体中比较特殊的一大类，其原料品种繁多，配方多种多 样，可调范围很大聚氨酯弹性体硬度范围很宽，低至邵尔A10 以下的低模量橡胶，高至邵尔D85 的高 抗冲击弹性材料，弹性模量可高达几百兆帕，大大超出了其它橡胶弹性模量(约 0.2MPa～10MPa)的范 围所以聚氨酯弹性体的性能范围很宽，是介于橡胶与塑料之间的一类高分子材料 [8] 聚氨酯弹性体的特征是大分子主链中含有重复的氨基甲酸酯链段如图 1.2 所示聚氨酯大分子主 链是由玻璃化温度低于室温的柔性链段（亦称软链段或软段） ，和玻璃化温度高于室温的刚性链段（亦 称硬链段或硬段）嵌段而成的PU弹性体的独特结构赋予其优良的综合力学性能 [9,10,11,12]其最大特点是 硬度范围宽而富有弹性，耐磨性卓越，有良好的机械强度、耐油性和耐臭氧性，低温性能也很出色 [13] R'ON H H CR NC O O R'ON H H CR NC O 图 1.2 氨基甲酸酯链段 Fig. 1.2 Carbamate Segment 1-2-1 国外聚氨酯弹性体发展简史 1-2-1 国外聚氨酯弹性体发展简史 聚氨酯的发展经历了 60 多年。

1937 年，德国奥托·拜尔(Otto Bayer)博士首先用六亚甲基二异氰酸 酯（HID）和 1，4-丁二醇反应制得了被命名为Igamid-U的聚氨酯。