CN115403732B - 一种低模量、高阻尼聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种低模量、高阻尼聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低模量、高阻尼的聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用，所述弹性体材料由A组分和B组分组成，A组分包括以下质量份数的原料：5~20份聚醚多元醇1、20~40份聚醚多元醇2、20~50份聚醚多元醇3、15~35份异氰酸酯；B组分包括以下质量份数的原料：80~100份共聚物多元醇、3~15份小分子二醇、1~5份小分子三醇、0~1份催化剂；所述聚醚多元醇1为数均分子量为500‑3000的聚四氢呋喃二醇；所述聚醚多元醇2为数均分子量为1000‑3000的聚氧化丙烯二醇；所述聚醚多元醇3为数均分子量为2000‑6000的聚氧化丙烯三醇；所述共聚物多元醇为分子量为3000‑6000的苯乙烯‑丙烯腈接枝聚合物多元醇。本发明的聚氨酯弹性体材料的10%压缩模量为1‑5MPa，tanδ大于0.3的阻尼温域为‑50‑60℃，可用于隔振器件的制备。

Description

一种低模量、高阻尼聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及聚氨酯弹性体材料，具体涉及一种低模量、高阻尼聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用。
背景技术
现代工业的发展给人类社会带来极大便利的同时，机械振动和噪音对人类造成的危害也日趋严重。为了减少这样危害，研究者发现采用阻尼材料和技术是控制振动和噪声最有效的方法之一。目前，高分子材料因粘弹性特质，已经在阻尼领域得到了广泛的应用。
聚氨酯高分子材料在具有高的模量和强度的同时也具有较高的断裂伸长率，这种“刚柔并济”的性能特点，使得其具备良好的阻尼性能。但由于其玻璃化温度在零下，导致有效阻尼范围往往比较窄且不能覆盖室温区域，阻碍了阻尼聚氨酯弹性体的广泛应用。
高阻尼材料一般要求损耗因子tanδ>0.3，CN105153394B公开了一种耐热型高阻尼聚氨酯弹性体及其制备方法，主要通过使用碳纳米管/新戊二醇复合羟基组分，采用流延法制备耐热性高阻尼聚氨酯弹性体，在温度为-30℃左右，材料的Tanδ（max）大于0.4，但在正常环境温度下（-10~40℃），Tanδ远小于0.3，而正常环境温度往往为材料的实际使用温度，这就使得该材料的无法满足高阻尼材料的要求。因此在对阻尼材料结构进行设计时，除需考虑材料的Tanδ（max）外，更重要的是应考虑材料在实际使用温度或频率范围内是否具有较高的Tanδ，这样才能制得实用的宽温域高阻尼聚氨酯材料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种低模量、高阻尼的聚氨酯弹性体材料及其制备方法和应用。通过以共聚物多元醇为原料，三官和两官小分子醇复配作为扩链剂，同时控制体系中OH/NCO的摩尔比为1.3-1.6，即可制得低模量、高阻尼的聚氨酯弹性体材料，其10%压缩模量为1-5MPa，tanδ大于0.3的阻尼温域为-50~60℃，可用于隔振器件的制备。
本发明采用以下技术方案：
本发明第一方面提供一种低模量、高阻尼的聚氨酯弹性体材料，由A组分和B组分组成，
A组分包括以下质量份数的原料：
5~20份 聚醚多元醇1
20~40份 聚醚多元醇2
20~50份 聚醚多元醇3
15~35份 异氰酸酯
B组分包括以下质量份数的原料：
80~100份 共聚物多元醇
3~15份 小分子二醇
1~5份 小分子三醇
0~1份 催化剂
所述聚醚多元醇1为数均分子量为500-3000的聚四氢呋喃二醇；所述聚醚多元醇2为数均分子量为1000-3000的聚氧化丙烯二醇；所述聚醚多元醇3为数均分子量为2000-6000的聚氧化丙烯三醇；所述共聚物多元醇为分子量为3000-6000的苯乙烯-丙烯腈接枝聚合物多元醇。
进一步的，A组分和B两组分的OH/NCO的摩尔比为1.3-1.6。
进一步的，所述聚醚多元醇1优选为数均分子量为1000-2000的聚四氢呋喃二醇；所述聚醚多元醇2优选为数均分子量1000-2000的聚氧化丙烯二醇；所述聚醚多元醇3为数均分子量优选为3000-3200的聚氧化丙烯三醇。
进一步的，所述异氰酸酯为4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、碳化二亚胺改性4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种，优选甲苯二异氰酸酯和/或异佛尔酮二异氰酸酯。
进一步的，所述共聚物多元醇优选分子量为4000-5000的苯乙烯-丙烯腈接枝聚合物多元醇。
进一步的，所述小分子二醇为1，4-丁二醇、二乙二醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丙二醇或戊二醇中的一种或多种。
进一步的，所述小分子三醇为甘油、TMN450、分子量为200-600的聚己内酯三醇、三羟甲基丙烷、三异丙醇胺中的一种或多种。
进一步的，所述催化剂可以是本领域常用的催化剂，如三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、醋酸苯汞、有机铋和有机锌中的一种或多种。
本发明第二方面提供一种制备所述的聚氨酯弹性体材料的方法，包括以下步骤：
（1）A组分的制备：
将聚醚多元醇1加热到100-120℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至50-60℃，加入异氰酸酯，70-90℃下反应1.5-2h后加入水分含量小于0.03％的聚醚多元醇2和聚醚多元醇3，70-90℃下反应1.5-3h，NCO含量到达5.6-6.0%后出料密封备用；
（2）B组分的制备：
将共聚物多元醇、小分子二醇、小分子三醇按比例混合均匀后，加热到100-120℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至60-80℃，加入催化剂，混合均匀后出料，密封备用；
（3）高阻尼弹性体材料的制备：
将A组分、B组分温度控制在40-60℃，混合均匀，真空脱泡，浇入60-80℃模具中，熟化16-20小时，即得聚氨酯弹性体材料。
本发明第三方面提供所述的聚氨酯弹性体材料在隔振器件的中的应用。
本发明以共聚物多元醇为原料，三官和两官小分子醇复配作为扩链剂，同时调整体系中OH/NCO的摩尔比为1.3-1.6，利用共聚物多元醇中所含刚性的苯乙烯、丙烯腈提高了材料的承载性能，克服了材料在非常规OH/NCO的摩尔比下不固化或成型不好的问题。所制备的材料具有低模量、高阻尼的特性，可用于测试设备隔振***的聚氨酯产品，如可用于隔振器件的制备。
具体的性能如表1所示：
表1 材料性能
Figure 178856DEST_PATH_IMAGE002
附图说明
图1是实施列1、实施例2、对比例2、对比例3的不同温度下损耗因子数据对比图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，本发明并不局限于实施例，所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
实施例1
A组分：将聚醚多元醇1（数均分子量为1000）1000g，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至50-60℃，加入甲苯二异氰酸酯2100g，70-90℃下反应1.5-2h后加入水分含量小于0.03％的聚醚多元醇2（数均分子量2000）3721g和聚醚多元醇3（数均分子量3200）4270g，70-90℃下反应1.5-3h，检测NCO含量为5.9%。
B组分：将共聚物多元醇（分子量为4000）1000g、1，4-丁二醇80g、聚己内酯三醇（数均分子量为300）17.7g，按比例混合均匀后，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至60-80℃，混合均匀后出料，密封备用。
将A、B组分温度控制在40-60℃，按OH/NCO的摩尔比为1.38混合均匀，真空脱泡，浇入60-80℃模具中，熟化16-20小时，即得高阻尼聚氨酯弹性体材料。所得材料性能见表2。
实施例2
A组分：将聚醚多元醇1（数均分子量为2000）1000g，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至50-60℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯2384.3g，70-90℃下反应1.5-2h后加入水分含量小于0.03％的聚醚多元醇2（数均分子量1000）1717g和聚醚多元醇3（数均分子量3000）4200g，70-90℃下反应1.5-3h，检测NCO含量为5.7%。
B组分：将共聚物多元醇（分子量为5000）1000g、1，4-丁二醇64g、12.5g的TMN450，按比例混合均匀后，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至60-80℃，加入醋酸苯汞7g，混合均匀后出料，密封备用。
将A、B组分温度控制在40-60℃，按OH/NCO的摩尔比为1.6混合均匀，真空脱泡，浇入60-80℃模具中，熟化16-20小时，即得高阻尼聚氨酯弹性体材料。所得材料性能见表2。
对比例1
A组分：将聚醚多元醇1（数均分子量为2000）1000g，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至50-60℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯2384.3，70-90℃下反应1.5-2h后加入水分含量小于0.03％的聚醚多元醇2（数均分子量1000）1717g和聚醚多元醇3（数均分子量3000）4200g，70-90℃下反应1.5-3h，检测NCO含量为5.7%。
B组分：将共聚物多元醇（分子量为5000）1000g、1，4-丁二醇68.5g，按比例混合均匀后，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至60-80℃，加入醋酸苯汞7g，混合均匀后出料，密封备用。
将A、B组分温度控制在40-60℃，按OH/NCO的摩尔比为1.6混合均匀，真空脱泡，浇入60-80℃模具中，熟化16-20小时，即得。所得材料性能见表2。
对比例2
A组分：将聚醚多元醇1（数均分子量为1000）1000g，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至50-60℃，加入甲苯二异氰酸酯2100g，70-90℃下反应1.5-2h后加入水分含量小于0.03％的聚醚多元醇2（数均分子量2000）3721g和聚醚多元醇3（数均分子量3200）4270g，70-90℃下反应1.5-3h，检测NCO含量为5.9%。
B组分：将共聚物多元醇（分子量为4000）1000g、聚己内酯三醇（数均分子量为300）195.5g，按比例混合均匀后，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至60-80℃，混合均匀后出料，密封备用。
将A、B组分温度控制在40-60℃，按OH/NCO的摩尔比为1.38混合均匀，真空脱泡，浇入60-80℃模具中，熟化16-20小时，即得。所得材料性能见表2。
对比例3
A组分：将聚醚多元醇1（数均分子量为1000）1000g，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至50-60℃，加入甲苯二异氰酸酯2100g，70-90℃下反应1.5-2h后加入水分含量小于0.03％的聚醚多元醇2（数均分子量2000）3721g和聚醚多元醇3（数均分子量3200）4270g，70-90℃下反应1.5-3h，检测NCO含量为5.9%。
B组分：将共聚物多元醇（分子量为4000）1000g、1，4-丁二醇80g、聚己内酯三醇（数均分子量为300）17.7g，按比例混合均匀后，加热到100-110℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至60-80℃，混合均匀后出料，密封备用。
将A、B组分温度控制在40-60℃，按OH/NCO的摩尔比为1.8混合均匀，真空脱泡，浇入60-80℃模具中，熟化16-20小时，即得。所得材料性能见表2。
实施列1、实施例2与对比例2、对比例3的不同温度下的损耗因子对比情况见图1。
表2 材料性能对比
Figure DEST_PATH_IMAGE003
从表2和图1中可以看出，对比例1采用单独使用小分子二醇材料固化异常；对比例2单独使用小分子三醇，所制备的材料的阻尼温域明显变窄；对比例3OH/NCO摩尔比为1.8时，材料可正常固化，但阻尼温域变窄，且最大损耗因子变小。

Claims (10)

1.一种低模量、高阻尼的聚氨酯弹性体材料，由A组分和B组分组成，
A组分包括以下质量份数的原料：
5~20份 聚醚多元醇1
20~40份 聚醚多元醇2
20~50份 聚醚多元醇3
15~35份 异氰酸酯
B组分包括以下质量份数的原料：
80~100份 共聚物多元醇
3~15份 小分子二醇
1~5份 小分子三醇
0~1份 催化剂
所述聚醚多元醇1为数均分子量为500-3000的聚四氢呋喃二醇；所述聚醚多元醇2为数均分子量为1000-3000的聚氧化丙烯二醇；所述聚醚多元醇3为数均分子量为2000-6000的聚氧化丙烯三醇；所述共聚物多元醇为分子量为3000-6000的苯乙烯-丙烯腈接枝聚合物多元醇；
A组分和B两组分的OH/NCO的摩尔比为1.3-1.6；
所述的聚氨酯弹性体材料的制备方法包括以下步骤：
（1）A组分的制备：
将聚醚多元醇1加热到100-120℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至50-60℃，加入异氰酸酯，70-90℃下反应1.5-2h后加入水分含量小于0.03％的聚醚多元醇2和聚醚多元醇3，70-90℃下反应1.5-3h，NCO含量到达5.6-6.0%后出料密封备用；
（2）B组分的制备：
将共聚物多元醇、小分子二醇、小分子三醇按比例混合均匀后，加热到100-120℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至60-80℃，加入催化剂，混合均匀后出料，密封备用；
（3）高阻尼弹性体材料的制备：
将A组分、B组分温度控制在40-60℃，混合均匀，真空脱泡，浇入60-80℃模具中，熟化16-20小时，即得聚氨酯弹性体材料。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述聚醚多元醇1为数均分子量为1000-2000的聚四氢呋喃二醇；所述聚醚多元醇2为数均分子量1000-2000的聚氧化丙烯二醇；所述聚醚多元醇3为数均分子量为3000-3200的聚氧化丙烯三醇。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述异氰酸酯为4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、碳化二亚胺改性4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯和/或异佛尔酮二异氰酸酯。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述共聚物多元醇为分子量为4000-5000的苯乙烯-丙烯腈接枝聚合物多元醇。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述小分子二醇为1，4-丁二醇、二乙二醇、乙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丙二醇或戊二醇中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述小分子三醇为甘油、TMN450、分子量为200-600的聚己内酯三醇、三羟甲基丙烷、三异丙醇胺中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体材料，其特征在于，所述催化剂由三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、醋酸苯汞、有机铋和有机锌中的一种或多种。
9.一种制备权利要求1-8之一所述的聚氨酯弹性体材料的方法，包括以下步骤：
（1）A组分的制备：
将聚醚多元醇1加热到100-120℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至50-60℃，加入异氰酸酯，70-90℃下反应1.5-2h后加入水分含量小于0.03％的聚醚多元醇2和聚醚多元醇3，70-90℃下反应1.5-3h，NCO含量到达5.6-6.0%后出料密封备用；
（2）B组分的制备：
将共聚物多元醇、小分子二醇、小分子三醇按比例混合均匀后，加热到100-120℃，真空脱水至水分含量小于0.03％，降温至60-80℃，加入催化剂，混合均匀后出料，密封备用；
（3）高阻尼弹性体材料的制备：
将A组分、B组分温度控制在40-60℃，混合均匀，真空脱泡，浇入60-80℃模具中，熟化16-20小时，即得聚氨酯弹性体材料。
10.权利要求1-8之一所述的聚氨酯弹性体材料在隔振器件的中的应用。
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