导电混合异氰酸酯型聚氨酯材料的制备及性能研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:owenzhong2012
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随着聚氨酯(PU)行业的高速发展,对其性能及应用方面的要求越来越高,导致对PU进行改性刻不容缓。鉴于PU具有特定的结构-性能关系,所以从原料着手进行性能优化是一种有效、易操作的方式。异氰酸酯作为合成聚氨酯的原料之一,是聚氨酯的硬段,为其提供了强度、模量及高温性能,因此根据对原料异氰酸酯单体种类和配比进行组合,可以实现聚氨酯性能的目标优化。传统PU是绝缘体,限制了它们在特定领域上的应用,因此导电聚氨酯孕育而生。多壁碳纳米管(MWCNTs)作为制备高性能导电复合材料的理想填料,它们具有优异的物理机械性能、超高的导热率和独特的电性能,但易团聚的缺点也抑制着它们的应用,因此对MWCNTs进行官能化改性是克服相容性和粘附性的关键。本文采用预聚体法合成混合异氰酸酯型聚氨酯(IM-PU),探究混合异氰酸酯单体比例和交联剂TMP对IM-PU性能的影响。由红外光谱图中的氨基甲酸酯键确认了产物,并且发现苯环峰强度随IPDI:MDI单体摩尔比值n的减少而增大。发现当n为5:5时,无TMP的IM-PU拉伸强度最大为37.2 MPa,硬度可达88 HD,此时IM-PU具有最佳的机械性能、热稳定性和吸水性;当TMP用量为2%时拉伸强度最大为32.92MPa,硬度最大为92.5 HD。以羟基化和硅烷化改性的MWCNTs为导电填料,固定n为5:5时的IM-PU为基体,采用物理共混法制备了导电聚氨酯(MWCNTs/PU)。由红外分析、热重分析和扫描电镜分析可得,对MWCNTs的官能化改性成功且未造成结构上的破坏,计算得到MWCNTs-KH550中每75.6个碳原子连接上一条KH-550分子链。硅烷化改性的MWCNTs-KH550对复合材料的热稳定性、储能模量、玻璃化转变温度都有明显的提升,其中Tg从IM-PU的-59.2oC提高至-36.67oC。SEM照片表明,硅烷化改性的MWCNTs-KH550在IM-PU基体中的分散性最佳。当MWCNTs-KH550添加量为2.5%时,MWCNTs/PU拉伸强度最大可达到68.69 MPa,约为IM-PU的3倍,硬度最大为109.3 HD,且此时的吸水率降低值最大为0.835%,因此耐水性能最佳。当MWCNTs用量为2%时达到材料的渗滤阈值,电导率由3.3×10-10 S/cm变化到3.7×10-3 S/cm,增加了7个数量级,材料从绝缘体转变成半导体。
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