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工业上一般采用反应挤出法生产热塑性聚氨酯(TPU),物料在双螺杆挤出机内流动复杂,随着反应的进行体系的黏度不断增加,黏度的增加反过来又对聚合动力学及产品的最终性能造成影响,进行相应的聚合动力学研究难度较大。目前TPU合成反应动力学研究一般采用滴定法、光谱法及量热等方法,适用范围有限,且难以将所测参数与体系流变参数进行有效关联,对高黏状态下的体系情况难以有效跟踪。TPU体系流变特性与其组成和平均分子量及分子量分布密切相关。凝胶渗透色谱(GPC)法是测定聚合物平均分子量及分子量分布的最有效方法,而转矩流变仪作为一种实时记录扭矩及温度的混合设备,其结构与双螺杆挤出机类似,适合于在实验室中模拟混炼、挤出等工艺过程。因此,本文以转矩流变仪模拟双螺杆挤出机,结合GPC法对TPU合成反应动力学/流变学进行了耦合研究。首先采用转矩流变仪模拟双螺杆挤出机,通过于4,4’/2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与多元醇本体缩合过程实时取样并用GPC法测定TPU平均分子量,由κ(T,Cat)=A1exp(-Ea1/RT)+A2exp(-Ea2/RT)[Cat]α及κ(T)=A1exp(-Ea1/rt)公式对有催化剂/无催化剂的TPU合成反应动力学进行研究,考察温度变化及催化剂的加入对反应造成的影响,得到A1=3.487×105、Ea1=45.1kJ/mol, A2=8.376×1013、Ea2=100.6kJ/mol和a=2.35,根据所得动力学参数拟合反应过程中TPU重均分子量的变化,拟合结果与实验值吻合良好。这表明了测试的可行性,也为流变动力学研究提供参考。其次,根据TPU合成动力学研究,在不同反应时间加入终止剂,合成不同分子量的TPU,发现终止剂的加入能有效终止聚合,在继续混合或升/降温条件下,TPU平均分子量基本保持不变。通过对转矩流变仪内的流体流动做二维简化,用同轴双圆筒流变仪模型关联扭矩Mt与黏度的关系,并结合非牛顿流体的幂律定律、阿伦尼乌斯方程将体系扭矩与转速、温度进行关联,得到不同平均分子量TPU的流动指数及黏流活化能。结果表明,TPU熔体的流动指数n随着分子量的增加而下降,而黏流活化能则变化较小。最后,在对转矩流变仪进行二维流动简化等效分析基础上,进一步建立了扭矩与黏流活化能、温度及重均分子量的关联式：Mt=A exp(U/RT)(?),得到基于零剪切黏度与重均分子量指数关系(N=3.4)、以动力学拟合分子量作为基准时和黏流活化能固定为40kJ/mol时的相应关联式为：与动力学拟合法相比,流变动力学法以扭矩为直接测定量,测量方便快捷,能较好反映整个反应过程的变化,但受限于影响变量过多,导致精度稍差。关联式iii中相关参数的波动最小,更适用于TPU合成反应全程的流变动力学研究。