conduction-无耻
第
2
章
实验部分
2.1
实验原料及仪器
2.1.1
实验原料
实验用到的主要试剂见表<
/p>
2.1
。
表
2.1
实验主要原料
试剂名称
甲苯二异氰酸酯
聚氧化丙烯二醇
1000
聚氧化丙烯二醇
2000
聚氧化丙烯二醇
2000
聚四氢呋喃醚二醇
1000
聚氧化丙烯三醇
1000
凤凰牌环氧树脂
6101
正丁醇
三羟甲基丙烷
2,4-
二氨基
-3,5-
二甲硫基氯苯
二端氨基低聚醚胺
三端氨基低聚醚胺
盐酸
碳酸钠
二正丁胺
丙酮
乙醇
乙醇
缩写
TDI
PPG1000
PPG2000
TDB2000
PTMG1000
TMN1000
E-44
n-butanol
TMP
Tx-2
D2000
T403
HCl
Na
2
CO
3
C
2
H
8
N
2
C
3
H
6
O
C
2
H
6
O <
/p>
C
2
H
6
O
纯度
分析纯
工业级
工业级
工业级
工业级
工业级
工业级
分析纯
工业级
分析纯
工业级
工业级
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
工业级
生产厂家
上海凌峰化学试剂有限公司
天津石化三厂
天津石化三厂
天津石化三厂
天津石化三厂
天津石化三厂
江苏三木化工集团有限公司
国药集团化学试剂有限公司
天津市博迪化工有限公司
国药集团化学试剂有限公司
江苏三木化工集团有限公司
江苏三木化工集团有限公司
国药集团化学试剂有限公司
国药集团化学试剂有限公司
国药集团化学试剂有限公司
国药集团化学试剂有限公司
国药集团化学试剂有限公司
哈尔滨华信化工有限公司
2.1.2
实验仪器
实验室用的主要仪器设备见
表
2.2
。
表
2.2
实验使用的主要仪器设备
设备名称
环境力学分析谱仪粘弹仪
动态热分析仪
差示扫描量热仪（
DSC
）
FT-IR Spectrometer
数显邵尔
A
硬度计
FA2004
型电子分析天平
DK-98-1
电热恒温水浴锅
电热恒温真空干燥箱
数显式鼓风干燥箱
设备型号
DMA 50
DMA+450
Q800
FT-
IR 200
TH-200
FA2004
DK-98-1
DZF
GZX-GF-
Ⅱ
生产厂家
法国
METRA
VIB
公司
法国
METRA
VIB
公
司
美国
TA
公司的
Q800
美国
V
ARIAN
公司
北京时代之峰科技有限公司
上海天平仪器厂
天津市泰斯特仪器有限公司
上海跃进医疗器械厂
上海跃进医疗器械厂
2.2
材料的制备
2.2.1
阻尼层材料
约束复合阻尼材料主要由
约束层和阻尼层共同组成，
阻尼层材料主要为复合
材料提供阻尼
性能。
目前对于阻尼层的选择主要是具有较宽的阻尼温域和较高的
阻尼损耗峰值。
聚氨酯弹性体材料由于其软段相与硬段相之间存在一定的不相容
性，能在材料内部形成微相分离，为材料提供额外的阻尼性能。
【
49
】
2.2.
1.1
阻尼层材料的制备
本研究中，
以预聚体法合成相应的聚氨酯弹性体材料。
< br>所谓预聚体法，
是指
通过控制端羟基低聚物与多异氰酸酯
反应过程中异氰酸基团过量，
使生成的聚合
物端基为异氰酸根，
然后选用特定的扩链剂（交联剂）对其进一步固化并成型。
本
课题在阻尼层材料制备过程中，分别以
PPG2000
和
TDI
作为聚氨酯弹性
体中的软段和硬段。其
中软段
PPG2000
为低分子量聚醚，由环氧丙烷在特定初<
/p>
始剂作用下开环聚合而成，
因此其结构中含有大量的醚键和饱和碳
链，
较端羟基
聚酯和聚烯烃分子链更为柔顺，
< br>能够为聚氨酯弹性体材料提供较高的阻尼损耗峰
值；相应的硬段部分选择甲苯二异
氰酸酯（
TDI
）
，根据基团贡献理论
，在分子
链中引入苯环、酯基等大基团能获得更好的阻尼性能。
【
50
】<
/p>
样品制备的具体步骤为：
（
1
）预聚体的制备：在三口烧瓶中按照计算量加入
PPG2000
，
110
℃下真
空脱水
2 h
< br>；
脱水后将
PPG-2000
冷
却至
60
℃左右，
再加入计算量的<
/p>
TDI
（
于
60
℃
左右先预热）
，由于该反应为较强的
放热反应，故制备过程中，需要进行控制升
温，即分别于
65
℃、
70
℃以及
75
℃下分阶段反应一段时间
，体系温度稳定后
调至下一温度阶段，最终，于
80
℃下反应
1.5
～
2
h
得到聚氨酯预聚体。
（
2
）
弹性体样品的制备：
将制备的预聚体进行分析，
测定其中
-NCO
< br>含量，
并根据预聚体中
-NCO
基团百分含量，
以计量的
TMP
作为扩
链剂，
于
80
℃下固
化
2
h
，
85
℃下后固化
10 h
；即得到不同
-NCO
含量的聚氨酯弹性体材料，室温
下
熟化
7
天后进行动态力学性能测试。
（
3
）制备相关反应步骤如下图
2.1~2.2
所示。
图
2.1
聚
氨酯弹性体预聚体制备反应方程式
图
2.2
聚氨酯预聚体在
TMP
固化后链结构示意图
（
4
）聚氨酯弹性体制备工艺流程如下图
2.3
所示。
图
2.3
聚氨酯弹性体材料制备过程工艺图
2.2.1.2
聚氨酯弹性体材料的性能与分析方法
（
1
）红外光谱对聚氨酯反应过程的分析
红外光谱法对高分子材料的分析是利用材料中某些特定的基团对电磁波中
的红外光区特定频率波具有选择性吸收的特点来进行高分子内部基团结构分析、
定性鉴定的一种方法。
【
51
】
（
a
）
TDI
（
b
）聚醚
型聚氨酯弹性体
图
2.4
红外光谱图
上图
2.4
为制备的聚醚型聚氨酯弹性体材料样品和其所用原料甲苯二异氰酸
酯（
TDI
）红外光谱对照图；结合（
a
）
，
（
b
）两图可知，聚氨酯样品中
2265
波
数的峰强度较
TDI
大幅下
降，几乎消失，而
2265 cm
–
1
对应的正是异氰酸酯基团
的不对称伸缩振动特征吸收峰，由此可
以判定在聚氨酯弹性体的制备过程中，
1
TDI
完全反应。
另外还可以有图中，
（
b
）
中分别在
1729 cm
–
（羰基的伸缩振动）
，
< br>【
52
】
1223
cm
–
1
（碳
-
氧键伸缩振动）以及
3304
cm
–
1
（仲胺的氮
-
氢键伸缩振）存在较
强的吸收峰，而对应的（
a
）图中并未出现，结合三者关系，可以推断聚氨酯弹
性体样品中有氨基甲酸酯基团的生成。
【
53
】
（
2
）示差扫描量热仪对聚氨酯热性能的分析
物
质在加热过程中，
由于脱水，
分解或相变等物理化学变化，
经常会伴随着
吸热或放热效应。
高分子材料
亦如此，
伴随着环境温度的升高，
材料内部同时也
会随着产生诸如玻璃化转变、熔融、结晶，分解等物理或化学变化。
【
54
】
差热分析就
是通过精确测定物质加热
（或冷却）
过程中伴随物理或化学变化
产生的热效应大小以及产生热效应时所对应的温度，来达到对物质进行定性和
/
或定量分析的目的。
图
2.5
聚
醚型聚氨酯弹性体的
DSC
曲线
有上图
2.5
可以看出，在
-40
℃左右时，
DSC
曲
线中出现了一个吸热峰，分
析材料结构可知，
该处的吸收峰应该
为聚氨酯弹性体软段材料的玻璃化转变温度
（硬段材料一般刚性较大，玻璃化温度出现在
高温）
；当温度继续升高时，曲线
中再没有出现其他的吸热或者
是放热峰，
由此可以判断该聚氨酯弹性体材料中的
软段部分与硬
段部分的相容性很好，硬段部分较好的溶于软段部分中。
【
55
,56
】