【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚氨酯材料，尤其涉及一种耐疲劳的超分子聚氨酯及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着现代技术的迅速发展，全球对于高性能聚合物材料的需求日益增强。聚氨酯，作为一类新兴的高分子材料，具有优异的机械强度、高耐磨性、广泛环境适用性等优点，在航空航天、智能制造、汽车、军事装备、防弹衣和大型桥梁等领域具有广泛的应用前景。
2、在大型机械设备(如：盾构机、起重机等)的实际应用过程中，由于材料需要经历长期的循环载荷，在长期不间断载荷的作用下容易产生疲劳裂纹并诱发裂纹扩展，从而导致材料发生灾难性损伤和疲劳失效的风险。在此，这种灾难性损伤和疲劳失效主要源于重复应力带来的疲劳损伤慢慢积累的结果。近年来，应用于密封领域的聚氨酯材料，被称为大型机械设备的“免疫系统”，在隧道挖掘、地铁建设、污水管道、海底隧道等工程占据着重要地位。然而，目前的聚氨酯材料在高线速度、高压的工况下，会导致材料的机械性能大幅度衰减，难以实现在大型设备中的长期服役，并严重影响了工程周期、设备寿命等。
3、考虑到材料服役环境的复杂性、工况要求的苛刻性等，人们对具有高强度、高韧性和高耐疲劳性的工程材料的需求日益凸显，而传统的聚氨酯材料因机械强度较弱、韧性较差、疲劳失效等因素严重制约了聚氨酯密封材料的发展和应用。众所周知，强度、韧性和耐疲劳性是结构工程材料最为关键的特性，将直接影响材料实际应用的可靠性。因此，如何通过合理的分子设计同时实现超高强度、韧性和耐疲劳性仍是聚氨酯材料领域亟待解决的难题。
技术实现思路>
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种耐疲劳的超分子聚氨酯及其制备方法和应用。本专利技术制得的超分子聚氨酯具有优异的耐疲劳性能。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种耐疲劳的超分子聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
4、将二元醇、二异氰酸酯、催化剂和有机溶剂混合进行预聚反应，得到聚氨酯预聚物，所述二元醇为聚酯二元醇或聚醚二元醇；
5、将所述聚氨酯预聚物、4,4'-二氨基二环己基甲烷和有机溶剂混合进行扩链反应，得到扩链产物；
6、将所述扩链产物、增强相toc和有机溶剂混合进行第一加成反应，得到所述耐疲劳的超分子聚氨酯；所述增强相toc具有式i所示的结构：
7、
8、优选地，制备原料中所述二元醇、二异氰酸酯、催化剂、4,4'-二氨基二环己基甲烷和增强相toc的摩尔比为3～60：6～120：0.1～1：1～60：0.01～10。
9、优选地，所述增强相toc由包括以下步骤的方法制得：
10、将4,6-二羟基-5-甲基间苯二甲醛、三(2-氨基乙基)胺和有机溶剂混合，得到混合液；
11、将所述混合液进行第二加成反应，得到所述增强相toc。
12、优选地，所述4,6-二羟基-5-甲基间苯二甲醛和三(2-氨基乙基)胺的摩尔比为0.02～20：0.03～30。
13、优选地，所述二元醇的分子量为1000～3000g/mol。
14、优选地，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯。
15、优选地，所述预聚反应的温度为60～80℃，时间为3～5h。
16、优选地，所述第一加成反应的温度为60～80℃，时间为1～4h。
17、本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的耐疲劳的超分子聚氨酯。
18、本专利技术还提供了上述技术方案所述的耐疲劳的超分子聚氨酯在国防、航空航天、汽车工业和软机器人领域中的应用。
19、本专利技术提供了一种耐疲劳的超分子聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：将二元醇、二异氰酸酯、催化剂和有机溶剂混合进行预聚反应，得到聚氨酯预聚物，所述二元醇为聚酯二元醇或聚醚二元醇；将所述聚氨酯预聚物、4,4'-二氨基二环己基甲烷和有机溶剂混合进行扩链反应，得到扩链产物；将所述扩链产物、增强相toc和有机溶剂混合进行第一加成反应，得到所述耐疲劳的超分子聚氨酯；所述增强相toc具有式i所示的结构。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
21、本专利技术所提出的将增强相toc、超分子相互作用和聚氨酯网络相结合的设计策略，可实现材料整体性能的显著优化，填补了具有超高强度、超高韧性和耐疲劳的聚氨酯材料设计的空白，有望为未来高强度、高韧性、耐疲劳的结构工程材料的开发提供了一条全新的路径，在国防、航空航天、汽车工业和软机器人等领域具有广阔的应用前景。
22、实验数据表明，极少量的三维笼状的增强相oic就能显著增强聚氨酯网络，从而使超分子聚氨酯的抗拉强度达到85.0mpa，韧性达418.4mj/m3。由于超分子相互作用赋予了聚合物网络充足的能量耗散，超分子聚氨酯还具有优异的耐疲劳性，在200％应变下循环拉伸1000次后仍能实现稳定的恢复。
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1.一种耐疲劳的超分子聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备原料中所述二元醇、二异氰酸酯、催化剂、4,4'-二氨基二环己基甲烷和增强相TOC的摩尔比为3～60：6～120：0.1～1：1～60：0.01～10。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述增强相TOC由包括以下步骤的方法制得：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述4,6-二羟基-5-甲基间苯二甲醛和三(2-氨基乙基)胺的摩尔比为0.02～20：0.03～30。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述二元醇的分子量为1000～3000g/mol。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预聚反应的温度为60～80℃，时间为3～5h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一加成反应的温
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的耐疲劳的超分子聚氨酯。
10.权利要求9所述的耐疲劳的超分子聚氨酯在国防、航空航天、汽车工业和软机器人领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种耐疲劳的超分子聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备原料中所述二元醇、二异氰酸酯、催化剂、4,4'-二氨基二环己基甲烷和增强相toc的摩尔比为3～60：6～120：0.1～1：1～60：0.01～10。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述增强相toc由包括以下步骤的方法制得：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述4,6-二羟基-5-甲基间苯二甲醛和三(2-氨基乙基)胺的摩尔比为0.02～20：0.03～30。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：张新瑞，徐静，邵明超，陈天泽，王晓月，张耀明，王齐华，王廷梅，杨增辉，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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