低模量宽温域高阻尼聚氨酯弹性体的研制：合成、性能与应用探索.docxVIP

低模量宽温域高阻尼聚氨酯弹性体的研制：合成、性能与应用探索

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代工业蓬勃发展的进程中，机械设备的广泛应用极大地推动了生产力的提升，但也带来了日益严峻的振动和噪声问题。从工厂车间里大型机械的持续运转，到交通运输工具如汽车、飞机的运行，再到建筑施工设备的嘈杂作业，振动和噪声无处不在。这些振动和噪声不仅对环境造成了污染，干扰人们的正常生活、工作与学习，导致人们出现烦躁、失眠、听力下降等健康问题；还会对机械设备本身产生诸多负面影响，如加剧设备零部件的磨损，降低设备的精度和稳定性，增加设备故障发生的概率，缩短设备的使用寿命，进而影响生产效率和产品质量，造成巨大的经济损失。

为有效解决振动和噪声问题，阻尼材料应运而生并得到了广泛应用。阻尼材料能够将振动的机械能转化为热能等其他形式的能量并耗散掉，从而显著降低振动的幅度和强度，达到减振降噪的目的。在众多阻尼材料中，聚氨酯弹性体凭借其独特的分子结构和优异的性能，成为了研究和应用的热点之一。聚氨酯弹性体是一种嵌段共聚物，其分子链由软段和硬段组成。软段一般由低聚物多元醇构成，赋予材料柔韧性和弹性；硬段则由二异氰酸酯与小分子扩链剂的反应产物构成，提供刚性和强度。这种独特的结构使得聚氨酯弹性体兼具橡胶的高弹性和塑料的高强度，具有硬度范围宽、耐磨性好、耐疲劳性强、耐油耐化学品等优点。

然而，传统的聚氨酯弹性体在实际应用中仍存在一些局限性。例如，其有效阻尼温域往往较窄，难以在较宽的温度范围内保持良好的阻尼性能。在低温环境下，材料的柔韧性下降，阻尼性能减弱；而在高温环境下，材料可能会发生软化或降解，同样影响阻尼效果。此外，一些聚氨酯弹性体的模量较高，在某些需要低模量材料的应用场景中受到限制。例如在一些精密仪器的隔振系统中，过高的模量可能无法有效缓冲微小的振动，导致仪器精度受到影响。因此，研制一种低模量、宽温域高阻尼的聚氨酯弹性体具有重要的现实意义。

低模量的聚氨酯弹性体能够在较小的外力作用下发生较大的形变，从而更好地吸收和耗散振动能量，尤其适用于对振动敏感的精密设备和结构的减振。而宽温域高阻尼特性则使得材料在不同的温度条件下都能保持稳定且高效的阻尼性能，无论是在寒冷的极地地区，还是在炎热的沙漠环境，或是在温度变化频繁的工业生产过程中，都能可靠地发挥减振降噪作用，极大地拓展了聚氨酯弹性体的应用范围。在航空航天领域，飞行器在高空飞行时会经历巨大的温度变化，从低温的平流层到因空气摩擦而升温的重返大气层阶段，低模量宽温域高阻尼聚氨酯弹性体可用于制造飞行器的结构部件、仪器设备的隔振装置等，有效减少振动对飞行器性能和可靠性的影响，保障飞行安全。在汽车工业中，可用于汽车发动机、底盘等部位的减振降噪，提高汽车的舒适性和驾驶性能。在电子设备领域，能保护精密电子元件免受振动的损害，提高设备的稳定性和使用寿命。

综上所述，开展低模量宽温域高阻尼聚氨酯弹性体的研制工作，对于满足现代工业对高性能阻尼材料的需求，推动相关产业的发展，提高人们的生活质量具有重要的理论意义和实际应用价值。

1.2聚氨酯弹性体概述

聚氨酯弹性体（PolyurethaneElastomer，简称PUE），又称聚氨酯橡胶，是一类在分子主链中含有较多氨基甲酸酯基团（-NHCOO-）的弹性聚合物，属于特种合成橡胶，是典型的多嵌段共聚物材料。从分子结构角度来看，聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物，其分子链一般由软段和硬段两部分组成。在常温下，软段处于高弹态，通常由聚合物多元醇柔性长链构成，赋予材料柔韧性和弹性；硬段处于玻璃态或结晶态，一般由异氰酸酯和扩链剂构成，为材料提供刚性和强度。聚氨酯分子主链中除含有氨基甲酸酯基团外，还含有醚、酯或脲基等极性基团。由于大量这些极性基团的存在，聚氨酯分子内及分子间可形成氢键，软段和硬段由于热力学不相容而诱导形成硬段和软段微区并产生微观相分离结构，即使是线性聚氨酯也可以通过氢键而形成物理交联。

这些独特的结构特点使得聚氨酯弹性体具备一系列优异性能。首先，其具有较高的强度和弹性，能够在较宽的硬度范围（邵氏A10-邵氏D75）内保持较高的弹性。例如，在邵氏A60至邵氏A70硬度范围内，它不仅强度高，弹性表现也十分出色。其次，在相同硬度下，聚氨酯弹性体比其它弹性体承载能力更高。再者，其耐磨性极为优异，是天然橡胶的2-10倍，在有润湿介质存在的工作条件下，优势更加明显。在实际应用中，像黄河灌溉区大型水泵的过流部件，金属口环和保护圈经泥沙冲刷几百小时就严重磨损漏水，而采用聚氨酯弹性体包覆的口环和保护圈则能连续运行1800小时仍未磨损。此外，聚氨酯弹性体还具有耐疲劳性及抗震动性好、抗冲击性高、芳香族聚氨酯耐辐射、耐氧性和耐臭氧性能优良、耐油脂及耐化学品