聚氨酯弹性体的合成方法可以分成三类:一步法、预聚法、和半预聚法。对于相同的配方,采用不同的合成方法得到的弹性体的性能不同。
一步法是在加入将二异氰酸酯、低聚物多元醇、扩链剂同时加入,聚合反应和扩链反应同时发生,但由于低聚物二元醇和扩链剂对二异氰酸酯反应活性不同,会引起体系分子量分布不均匀,软段和硬段的微相分离程度下降,故通常一步法制备的弹性体力学性能较差[14~17]。预聚法的反应是分两步来完成的,多元醇先和异氰酸酯先聚合后再加入扩链剂,由于有较长的预聚合反应,故加入扩链剂后反应进行的比较彻底,制得弹性体的结构均匀,性能较好,缺点是工艺较为复杂。
半预聚法是现将低聚物二元醇和二异氰酸酯混合,反应到待扩链时再将扩链剂和催化剂加入体系中,这样低聚物二元醇先和过量的异氰酸酯先反应生成预聚物,然后在和扩链剂混合,生成的预聚物粘度较低,加入扩链剂后混合均匀,后续处理十分方便,且制备的弹性体性能也较为优异,故本文选择以半预聚法来合成PBT基聚氨酯弹性体。
1.5 国内外研究进展
1.6 论文研究目的和内容
1.6.1 研究目的
随着固体推进剂的快速发展,叠氮粘结剂作为能量供体在推进剂的应用越来越多。叠氮取代的聚醚预聚物主要有叠氮缩水甘油醚(GAP)和以3,3-双(叠氮甲基)氧杂环丁烷(BMAO)为基础的聚合物。目前对GAP的研究非常广泛,从结构上分析,以BAMO为基的聚合物应比GAP具有更好的力学性能和低温性能,但国内对将BAMO预聚物引入热塑性弹性体的研究尚属起步阶段,文献报道并不多见。
本文针对高性能推进剂中对高能量、高力学性能含能粘合剂的要求,以3,3-双(叠氮甲基)环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚(BAMO-THF)为软段,以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1,4—丁二醇(BDO)及一缩二乙二醇(DEG)为硬段,经半预聚法合成了含能较高的聚氨酯热塑性弹性体,并通过调节软硬段结构和配比探究不同硬段含量和R值对热塑性弹性体力学性能的影响,为探索高强度、高能量、钝感推进剂打下粘合剂方面的基础。
1.6.2 研究内容
(1)BDO/DEG结构扩链PBT-TPE的设计与合成
对PBT粘结剂力学性能一般,尤其高温力学强度较差,而通过化学交联固化得到的热固性弹性体,力学强度得到一定改善,却在工艺中出现一些列问题,本课题提出以PBT为预聚体,通过分子结构设计和过程控制,合成PBT基含能热塑性弹性体,作为高能、低特征信号用新型粘合剂。
(2)PBT基热塑性聚氨酯弹性体的结构与性能
通过对PBT基热塑性聚氨酯弹性体(PBT-TPE)机理研究,开展软段链、硬段链、扩链剂分子设计,进行合成工艺研究。对合成的PBT-TPE聚合物相关性能进行分析表征,探究不同因素对聚合物力学性能的影响,掌握PBT基聚氨酯弹性体的合成方法,制备力学强度大于1MPa聚氨酯弹性体胶片。
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