[发明专利]一种高强度和宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料及其制备方法

说明书

本发明属于阻尼材料的技术领域，公开了一种高强度和宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料及其制备方法。所述高强度和宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料，主要由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～45重量份，小分子扩链剂2～6重量份，悬挂链预聚物4～16重量份；悬挂链预聚物是由端羟基化合物、二异氰酸酯三聚体在催化剂的作用下反应得到；端羟基化合物为端羟基的聚合物，该聚合物为丙烯酸酯类单体聚合或共聚得到的聚合物，且聚合物的端基引入羟基。本发明还公开了聚氨酯弹性体材料的制备方法。本发明的聚氨酯弹性体材料具有高强度和宽温域高阻尼的性能，其有效阻尼温域(tanδ≥0.3)超过150℃，且拉伸强度超过15MPa。

技术领域

本发明属于阻尼材料的技术领域，涉及一种聚氨酯弹性体，具体涉及一种基于聚丙烯酸酯悬挂链与主链或侧链间氢键作用的高强度和宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料及其制备方法。

背景技术

随着社会科技的迅速发展，各种机械自动化逐渐普及，同时也产生了更多的机械振动与噪声。振动与噪声一方面污染环境，危害人类的身心健康；另一方面大大降低机械设备精度、稳定性和可靠性。采用阻尼材料是控制振动与噪声的有效措施之一，良好的阻尼材料可以有效吸收振动机械能，转化为热能而耗散掉，从而减轻有害振动和噪声的不良影响。聚合物基尤其是弹性体材料因其特有的粘弹性质而具有优良的阻尼特性，是一种重要的阻尼材料。宽温域高阻尼聚氨酯材料要求至少在60～80℃的温域范围内，其损耗因子tanδ≥0.3。目前已有研究表明，通过在弹性体主链上引入悬挂支链，可以有效提高弹性体的阻尼和阻尼温域，但是其力学强度往往较低，无法满足实际使用需求。

中国发明专利CN107033324A和CN110894277A公开了两种带长悬挂连的宽温域聚氨酯弹性体阻尼材料，分别由以下组分制备而成：专利CN107033324A：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份重量份；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的；该发明的阻尼材料有效阻尼温域宽度约170℃，温域范围内(-50℃～120℃)阻尼性能优异，其阻尼因子tanδ≥0.3。专利CN110894277A：聚氨酯预聚物12～48重量份，含二硫键的小分子扩链剂2～8重量份，悬挂链预聚物5～25重量份；所述聚氨酯预聚物是由聚氨酯二元醇、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、二异氰酸酯三聚体在催化剂的作用下反应得到。该发明的阻尼材料有效温域超过170℃，温域范围内(-58℃～120℃)温域范围内阻尼性能优异，其阻尼因子tanδ≥0.3，且可在120℃条件下，长期使用。虽然这两种聚氨酯的有效阻尼温域均达到了170℃，但是其力学性能分别为2.4MPa和6.4MPa，仍需进一步提高。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种高强度和宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料及其制备方法。本发明利用溶液聚合反应法制备单端羟基(甲基)丙烯酸酯类低聚物(分子量约1000～4000)，然后与二异氰酸酯三聚体反应制备悬挂链预聚物，再将聚酯二元醇与二异氰酸酯反应制得聚氨酯预聚物，随后将聚氨酯预聚物利用双官能团小分子扩链剂进行扩链反应，最后将悬挂链预聚物与扩链后的聚氨酯预聚物混合反应，得到阻尼材料。通过本发明的方法所制备的阻尼材料，有效阻尼温域约150℃(-52℃～100℃)，力学性能超过15MPa(17.42±0.68MPa)。

本发明的聚氨酯弹性体阻尼材料性能优异，通过引入自合成的端羟基丙烯酸酯类低聚物作为悬挂链，设计悬挂链上同时带有质子给体和质子受体，通过悬挂链和悬挂链之间、悬挂链和主链之间形成氢键作用，这样一方面可以减少体系微相分离程度，改善材料的阻尼性能，另一方面，借助氢键作用，弥补由少量悬挂链的引入导致材料力学性能的损失，从而实现阻尼与力学性能的均衡。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高强度和宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料，主要由以下组分制备而成：聚氨酯预聚物11～45重量份，小分子扩链剂2～6重量份，悬挂链预聚物4～16重量份；