不同无机纳米颗粒增强硬质聚氨酯的性能对比.pdf
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1、塑料工业 第 卷第 期 年 月不同无机纳米颗粒增强硬质聚氨酯的性能对比塔力哈特吾拉孜别克 贾 非 孙东磊 尹宗琦 薛 峰 王泽鹏(大连理工大学海洋科学与技术学院 辽宁 盘锦)摘要:采用原位聚合的方法制备了不同无机纳米颗粒(二氧化硅、二氧化钛、埃洛石纳米管、蒙脱土)增强聚氨酯复合材料 研究了不同无机纳米颗粒增强聚氨酯材料对力学性能和防水性能的影响以及纳米颗粒在基体中的分布情况 结果表明 四种无机纳米颗粒在不同程度上提升了硬质聚氨酯的力学性能 其中含有 二氧化硅()和 埃洛石纳米管()的聚氨酯基复合材料提升效果比较明显 相比于硬质聚氨酯 它们的拉伸强度分别提高了约 和 断裂伸长率分别提高了约 和
2、但是疏水性方面的提升效果并不显著关键词:聚氨酯 无机纳米颗粒 复合材料 力学性能中图分类号:文献标识码:文章编号:():/开放科学(资源服务)标识码():():()().:聚氨酯()是主链上含有重复氨基甲酸酯基团的大子化合物的统称 聚氨酯材料由柔性链段(软段)和刚性链段(硬段)组成 可通过对软硬段之间的调控制成不同硬度、强度、刚度、耐热性能等聚氨酯制品 以满足各方的需求 硬质聚氨酯邵氏 硬度大于 具有工程塑料高强度、高刚度的性能 广泛应用于轴承、齿轮、保龄球等工业产品以及海洋工程装备中 适当改变硬质聚氨酯中软硬段的比例就可以改变力学性能 就如 等发现聚氨酯硬段含量的增加会带来强度和模量的提升
3、不过也会引起断裂伸长率的降低 但是过高的硬段含量设计会导致工艺上可操作时间的缩减以及内部化学反应异常引起的强度下降和材料的脆化 过高的硬段含量会引起制品性能的降低、工艺步骤的增多、成本的增加 为了避免以上问题的产生 可以使用纳米颗粒作为增强相对聚氨酯进行填充改性 无机纳米粒子的加入可以大大降低材料的成本 显著改善材料多方面的性能 赋予材料新的性能等刚性无机填料增强增韧聚氨酯是改性的有效途径 可提高聚氨酯弹性体的拉伸强度、刚度和耐腐蚀性能等 在无机刚性填料中 纳米二氧化硅是最早应用在聚合物体系中的 在早期 等在单相聚氨酯中加入纳米二氧化硅 实现了可制备复合材料的可能性 并且发现加入纳米二氧化硅比
4、微米二氧化硅具有更好的拉伸强度和断裂伸长率硬质聚氨酯往往应用于海洋工程装备中 诸如海底管揽附件和电缆附件等 但随着应用环境变得恶劣以及所处的海水深度逐步加深给海上装备带来了巨大国家重点研发计划资助()国家自然基金资助项目()通信作者:贾非 男 年生 博士 副教授 硕士生导师 主要从事材料电磁加工、非静态金属材料以及先进海洋材料的研究 作者简介:塔力哈特吾拉孜别克 男 年生 硕士研究生 主要从事海洋工程材料方面的研究 第 卷第 期塔力哈特吾拉孜别克 等:不同无机纳米颗粒增强硬质聚氨酯的性能对比的压力和挑战 因此开发一个高性能、低成本的复合材料势在必得 而无机纳米颗粒增强高强硬聚氨酯的研究具有很好
5、的潜力 相关学者对该方面的研究也鲜有报道 因此该类复合材料的开发对于工程应用具有较大意义基于正交实验法 会选择多种不同纳米颗粒加入硬质聚氨酯中 比较性能的高低 之后在比较纳米粒子含量与基体之间的关系 不过本文的主要工作放在了前段部分 即采用纳米二氧化硅()、纳米二氧化钛()、埃洛石纳米管()和蒙脱土()为增强相 以硬质聚氨酯为基体 分别制备了硬质聚氨酯复合材料 比较了不同聚氨酯复合材料的拉伸强度、断裂伸长率等性能 同时考虑到添加量的问题 则是参考了 等的制备过程:发现质量分数达到 时 复合材料的制备无法完成 因此暂定于 实验部分 主要原料:工业级 球状结构 粒径约 上海凯茵化工有限公司:工业级
6、 球状结构 粒径 上海麦克林生化科技有限公司:工业级 管状结构 管外径约为 内径为 长度为 广州润沃材料科技有限公司:工业级 目 平均厚度小于 信鸿新材料科技有限公司 二苯基甲烷 二异氰酸酯():分析纯 科思创聚合物(中国)有限公司 多元醇:工业级 科思创聚合物(中国)有限公司 主要仪器及设备电子天平:梅特勒托利多仪器(上海)有限公司 数显型机械搅拌器:德国 公司 真空干燥烘箱:上海森信实验仪器有限公司 旋片式真空泵 浙江谭氏真空设备有限公司 微机控制电子万能试验机:济南思达测试技术有限公司 扫描电子显微镜:韩国 公司 光学接触角测量仪:东莞市普赛特检测设备有限公司 颗粒性能参数及特性纳米颗粒
7、种类繁多、性能各异 它可以添加到聚合物中 可显著改变制品的力学性能、热性能 可改善制品表面性质 或者降低成品材料的成本价格 其中纳米颗粒可分为无机纳米颗粒和有机纳米颗粒 无机纳米颗粒主要有二氧化硅、二氧化钛、埃洛石纳米管和蒙脱土等多种 本实验主要选取的四种纳米颗粒均为无机纳米颗粒 选择四种颗粒的原因由它的特性和用途所决定的 表 列出了纳米颗粒的主要成分、特性及用途表 纳米颗粒的性能参数 纳米颗粒类型尺寸状态和比表面积特性用途二氧化硅粒径 颗粒状比表面积()/)无机刚性 高比表面积 价格低廉、加工能耗低 具有优异的稳定性、补强性、增稠性和触变性)作为增强材料 可提高聚氨酯材料的韧性、力学性能和耐
8、热性能等可用于塑料、涂料、橡胶等工程材料的改性 提高产品的强度、韧性和抗老化性等二氧化钛粒径 颗粒状比表面积()/具有光稳定性、化学惰性、对环境友好 具有较强的紫外吸收能力可用于功能纤维、塑料、涂料、食品包装膜等埃洛石纳米管外径:内径:长度:中空管状比表面积 /来源丰富、价格低廉、易加工 比表面积大 无毒无害 反应活性高 其单根的弹性模量可达 可用于疏水涂料的改善 纳米药物的载体 改善纳米复合材料的性能等蒙脱土片层状 厚度小于 具有层间交换、吸附、催化、聚合等特性可用于实现包装材料的高阻隔性 工程材料的高强度轻量化 弹性体材料的抗疲劳性等 实验样品制备先称量定量的多元醇(料)、异氰酸酯(料)和
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