一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料及方法与应用技术

本发明专利技术属于阻尼材料的技术领域，公开了一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料及方法与应用。所述阻尼材料，由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～37重量份，悬挂链预聚物7～30重量份，端羟基超支化聚酯1～25重量份；所述聚氨酯预聚物是由聚酯二元醇、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到；所述悬挂链预聚物是由端单羟基化合物、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到。本发明专利技术的阻尼材料有效阻尼温域宽度约170℃，温域范围内阻尼性能优异，其阻尼因子tanδ≥0.3，并且本发明专利技术的聚氨酯阻尼材料高低温阻尼性能好，高温有效阻尼可达120℃，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料及方法与应用
本专利技术属于阻尼材料的
，涉及一种聚氨酯弹性体，特别是涉及一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着科技的迅猛发展，军品和民品领域均朝着低能耗、高速、轻量的机械自动化方向发展，与此同时，高度自动化产生的振动及噪音充斥着生活的各个角落，振动噪声对于日常生产生活带来的影响不可小觑。减轻振动噪声问题成为当务之急，国内外研究学者通过探索新型阻尼材料来应对该问题。宽温域高阻尼材料要求至少在60℃～80℃的温域(使用环境温域)范围内，其阻尼因子tanδ≥0.3，此外，最理想的阻尼材料应该在其使用温度范围内(最低长期使用温度至最高长期使用温度)都具有高阻尼值。中国专利技术专利申请CN104448289A涉及一种提高聚氨酯阻尼性能的聚醚多元醇、其制备方法及其制备的阻尼材料的制备方法，在聚醚主链引入侧基，增大内摩擦力来提高聚氨酯阻尼，有效阻尼温域约70℃(-10℃～60℃)；专利申请CN103140522A提供了一种阻尼材料组合物含有支链高分子，其有效阻尼温域约40℃(-20℃～20℃)。当下已有学者探究在聚合物材料中引入悬挂链(一端固定于交联网络中，另一端可自由运动的分子链)来提升其阻尼性能，但基于单一分子结构设计制备阻尼聚合物材料，其高温、低温有效阻尼均较窄，若悬挂链含量过高则对聚合物材料力学性能损害过大，满足不了实际使用要求。聚氨酯弹性体阻尼材料因其结构设计灵活、制备可控性、价格低廉等优点，成为了弹性体阻尼材料的研究重点之一，但聚氨酯阻尼材料，同样具有粘弹性阻尼材料共有的不足之处，即室温以下阻尼性能良好，而室温以上阻尼效果不佳，故需对聚氨酯弹性体阻尼材料进行结构设计，聚氨酯弹性体由软硬段组成，可设计性强，设计合理的自由体积分数(自由体积孔穴占聚合物总体积的百分比)，引入悬挂链等调节聚氨酯弹性体的软硬段相容性，改善微相分离，可制备出在宽温域范围内拥有良好阻尼性能的材料，进一步拓宽聚氨酯阻尼材料的应用领域和范围。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术目的在于提供一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料的制备方法。本专利技术将聚酯二元醇与二异氰酸酯化合物反应制备聚氨酯预聚物，再以端单羟基化合物与二异氰酸酯化合物制备悬挂链预聚物，端羟基超支化聚酯原料作为交联剂和扩链剂，与各预聚物进行反应，得到阻尼材料。通过本专利技术的方法所制备的阻尼材料，有效阻尼温域约170℃(-50℃～120℃)，相较于一般的宽温域高阻尼材料(要求至少在60℃～80℃的温域(使用环境温域)范围内，其阻尼因子tanδ≥0.3)，本专利技术的阻尼材料宽温域、阻尼性能好，效果显著。本专利技术的另一目的在于提供由上述制备方法得到的基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料。本专利技术的聚氨酯弹性体阻尼材料性能优异，合理的交扩链剂(端羟基超支化聚酯原料)与预聚物的配比使得聚氨酯弹性体网络结构中自由体积分数更大；悬挂链的一端固定，另一端可自由运动，悬挂链对外部刺激响应更为及时，构象多变，相对于弹性主链拥有更多松弛模式，外部刺激消失后，悬挂链恢复形变亦或产生新的构象，其次悬挂链可循环反复对外部刺激做出响应，同时悬挂链的引入可有效改善软硬段相容性，悬挂链与弹性主链柔顺性接近，长悬挂链亦可有效阻止硬段聚集，降低聚氨酯弹性体的软硬段微相分离；端羟基超支化聚酯作为交扩链剂，超支化分子链、悬挂链上拥有丰富的供电基和吸电基可加强交联网络的氢键作用。自由体积、微相分离、氢键作用三方面协同复合作用赋予该聚氨酯弹性体宽温域范围(温域约170℃)内阻尼性能良好，高温有效阻尼可达120℃，有望在交通运输、建筑工程领域等领域有所应用。本专利技术的再一目的在于提供上述基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料的应用。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料，由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～37重量份，悬挂链预聚物7～30重量份，端羟基超支化聚酯1～25重量份；所述聚氨酯预聚物，是由聚酯二元醇、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到，其中聚酯二元醇与二异氰酸酯的重量比为(10～30)：(1～7)，所述聚酯二元醇在反应前需进行真空脱水处理；所述悬挂链预聚物，是由端单羟基化合物、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到，其中端单羟基化合物与二异氰酸酯的重量比为(5～20)：(2～10)。所述端羟基超支化聚酯，其端羟基数≥5，分子量≥500；优选为武汉超支化树脂科技有限公司生产的H101、H102、H103、H104、H201、H202、H203、H204、H301、H302、H303、H304、H401、H402、H403中的一种以上。所述聚酯二元醇为二元羧酸或酸酐或内酯与二元醇缩合聚合而成。优选地，所述二元酸或酸酐为己二酸、苯二甲酸、苯二甲酸酐、卤代苯二甲酸、己内酯等，优选为己二酸；所述二元醇为1，4-丁二醇、乙二醇、己二醇、对新戊二醇、二乙二醇等。所述聚酯二元醇优选为脂肪族聚酯二元醇。优选地，所述聚酯二元醇的分子量为1000-4000。所述聚氨酯预聚物中的二异氰酸酯与悬挂链预聚物中的二异氰酸酯相同或不同，二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯；优选为2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)。所述端单羟基化合物为聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单硬脂酸酯、正己醇、十八醇或三十醇中一种以上；优选为聚乙二醇单甲醚。所述聚乙二醇单甲醚分子量为350～1000。所述聚氨酯预聚物中的催化剂与悬挂链预聚物中的催化剂相同或不同，催化剂为二月桂酸酯二丁基锡、羧酸铋、羧酸钾、辛酸亚锡中一种以上。一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料的制备方法，包括以下步骤：(1)聚氨酯预聚物的制备将聚酯二元醇加热至100～120℃，真空脱水，得到脱水的聚酯二元醇；在惰性气体保护和中速搅拌下，将脱水的聚酯二元醇与二异氰酸酯混合，升温至70～80℃，加入催化剂，保温1～3h后停止反应，获得弹性主链预聚物即聚氨酯预聚物；所述惰性气体为N2；(2)悬挂链预聚物的制备在惰性气体保护和中速搅拌的条件下，将端单羟基化合物与二异氰酸酯混合，升温至50～60℃，加入催化剂，反应1～2h停止反应，得到悬挂链预聚物；所述惰性气体为N2；(3)聚氨酯弹性体阻尼材料的制备在惰性气体保护和搅拌的条件下，向聚氨酯预聚物与悬挂链预聚物的混合物中加入端羟基超支化聚酯，快速搅拌，浇注成型，排溶剂和气泡，升温至60～80℃，保温8～24h，继续升温至80～100℃，保温1h～6h，固化完成，得到聚氨酯弹性体阻尼材料；所述端羟基超支化聚酯是以溶液的形式加入，将端羟基超支化聚酯溶入溶剂中得到。所述聚氨酯弹性体在170℃温域范围内阻尼因子tanδ≥0.3；高温有效阻尼可达120℃，为宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料；步骤(3)中所述溶剂为四氢呋喃、二甲基乙酰胺、甲苯、二甲苯、丙酮中一种以上。步骤(1)中所述真空脱水是在搅拌的条件下进行，搅拌速度为100～250r/min；所述真空脱水的条件为在1～2MPa压力下干燥1.5～3h。步骤(1)中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料，其特征在于：由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～37重量份，悬挂链预聚物7～30重量份，端羟基超支化聚酯1～25重量份；所述聚氨酯预聚物，是由聚酯二元醇、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到，其中聚酯二元醇与二异氰酸酯的重量比为(10～30)：(1～7)，所述聚酯二元醇在反应前需进行真空脱水处理；所述悬挂链预聚物，是由端单羟基化合物、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到，其中端单羟基化合物与二异氰酸酯的重量比为(5～20)：(2～10)。

【技术特征摘要】
1.一种基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料，其特征在于：由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～37重量份，悬挂链预聚物7～30重量份，端羟基超支化聚酯1～25重量份；所述聚氨酯预聚物，是由聚酯二元醇、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到，其中聚酯二元醇与二异氰酸酯的重量比为(10～30)：(1～7)，所述聚酯二元醇在反应前需进行真空脱水处理；所述悬挂链预聚物，是由端单羟基化合物、二异氰酸酯在催化剂的作用下反应得到，其中端单羟基化合物与二异氰酸酯的重量比为(5～20)：(2～10)。2.根据权利要求1所述基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料，其特征在于：所述端羟基超支化聚酯，其端羟基数≥5，分子量≥500；所述聚氨酯预聚物中的二异氰酸酯与悬挂链预聚物中的二异氰酸酯相同或不同，二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯；所述聚酯二元醇的分子量为1000-4000；所述端单羟基化合物为聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单硬脂酸酯、正己醇、十八醇或三十醇中一种以上。3.根据权利要求2所述基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料，其特征在于：所述端羟基超支化聚酯为武汉超支化树脂科技有限公司生产的H101、H102、H103、H104、H201、H202、H203、H204、H301、H302、H303、H304、H401、H402、H403中的一种以上；所述聚氨酯预聚物中的二异氰酸酯与悬挂链预聚物中的二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯；所述端单羟基化合物为聚乙二醇单甲醚。4.根据权利要求1所述基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料，其特征在于：所述聚氨酯预聚物中的催化剂与悬挂链预聚物中的催化剂相同或不同，催化剂为二月桂酸酯二丁基锡、羧酸铋、羧酸钾、辛酸亚锡中一种以上；所述端羟基超支化聚酯以溶液的形式加入。5.根据权利要求1～4任一项所述基于网络结构设计的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)聚氨酯预聚物的制备将聚酯二元醇加热至100～120℃，真空脱水，得到脱水的聚酯二元醇；在惰性...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢珣，李翰模，杨一林，程波，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44