Összefoglalás:
A cseppfolyósított MDI-t és polikarbonát-diolt (PCDL) fő nyersanyagként, a vizet habképzőszerként, a trietil-amint és a dibutil-tin-dilaurátot katalizátorként használva egy sor polikarbonát alakú memória-poliuretánhabot (SMPUF) szintetizáltunk. A víztartalom habteljesítményre gyakorolt hatását sűrűségteszteléssel, tömörítési teljesítményvizsgálattal, differenciális pásztázó kalorimetriai vizsgálattal és alakmemória-teljesítményvizsgálattal vizsgálták. Az eredmények azt mutatják, hogy az SMPUF alakjavítási aránya és alakrögzítési aránya akár 100%, és az alak helyreállításához szükséges legrövidebb idő 9 s. Egyre magasabb és magasabb.
Az alakmemória poliuretánhab (SMPUF) az alakmemória-anyagok egy speciális osztálya. Az alakmemória poliuretán elasztomerrel [1] összehasonlítva az SMPUF előnyei az alacsony sűrűség, a jó energiaelnyelési teljesítmény, a nyilvánvaló alakvisszanyerési hatás, és gyorsan formázható egy adott formába [2], ezért széles körben használják a repülőgépiparban, a biogyógyászatban, a kőolajban stb. A bányászat és más területek alkalmazási potenciállal rendelkezhetnek [3-4]. Ennek ellenére nagyon kevés kutatási jelentés van az alakmemória poliuretánhabjairól.
Kang és munkatársai[5] szintetizált többfalú szén nanocsöveket/poliuretán habokat szintetizáltak poliéter poliéter poliollal és 4,4'-difenil-metán-diizocianáttal (MDI) nyersanyagként és víz habképzőszerként. A többfalú szén nanocsövek hozzáadása jelentősen növelheti a poliuretánhabok mechanikai szilárdságát és alakmemória-tulajdonságait. Chung et al. [6] MDI-t, polikaprolakton-diolt (PCL) és 1,4-butándiolt (BDO) használt a poliuretán egylépéses módszerrel történő szintetizálására, majd a poliuretánt tetrahidrofuránban oldotta fel, hogy sós kioldódási módszerrel előkészítse a poliuretánt. A hab, az alakrögzítési aránya és a visszanyerési aránya magasabb, mint 98%. Az SMPUF szélesebb fejlesztési térrel rendelkezik, mint a poliuretán elasztomerek, és meg kell erősíteni az előkészítési folyamatával és a szerkezet-tulajdonság kapcsolatával kapcsolatos kutatásokat, hogy alkalmazását különböző területeken bővítsük.
Ebben a tanulmányban az SMPUF-ot polikarbonát-diol (PCDL) és cseppfolyósított MDI felhasználásával állítottuk elő fő nyersanyagként, a vizet pedig fúvóanyagként, és megvizsgáltuk a víz mennyiségének az alakmemória poliuretánhab tulajdonságaira gyakorolt hatását.
Kísérleti rész 1.1 Fő reagensek és műszerek Polikarbonát-diol, PD2000 márka, ipari minőség, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; cseppfolyósított MDI (MM103), BASF vállalat; 1,4-ciklohexándimetetanol (CHDM), analitikai minőségű, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietil-amin, analitikai minőségű, Tianjin Fuchen Kémiai Reagensgyár; Dibutil-tin-dilaurát, analitikai minőségű, Tianjin Guangfu Finomkémiai Intézet.
XWW-20A univerzális anyagvizsgáló gép, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 differenciális pásztázó kalorimetriai (DSC) műszer, Németország Netzsch Company.
1.2 Kísérleti folyamat
Adjunk PCDL-t egy száraz, háromnyakú lombikhoz, amely hőmérővel, keverővel és vákuumos hátsó részfelszereltséggel van ellátva, és vákuumban dehidratáljuk 1,5–2 órán át 105 °C és -0,1 MPa körülmények között. Ha a nedvességtartalom kevesebb, mint 0,1%, hagyja abba a porszívózást, hűtse le 50 °C-ra, és használatig tárolja lezárt tartályban. Az MDI-t elektromos robbanó szárítókemencében 50 °C-on, 1 órán át előmelegítettük a használatig.
Mérjünk ki PCDL-t, CHDM-et, vizet, trietil-amint és dibutil-tin-dilaurátot, keverjük össze és keverjük össze nagy sebességgel, majd mérjük meg a cseppfolyósított MDI komponensekben, egyenletesen keverjük nagy sebességgel, öntsük bele az öntőformába, a habzás reakciója 15 másodpercen belül lesz A befejezés után a mintákat 7 d-ra érleltük a vizsgálat előtt. A kísérletben csak az izocianát és a víz mennyiségét változtattuk meg (a PCDL 100 g mennyiségéhez viszonyítva), az R érték 1 volt. 05-öt, és az egy g vízmennyiségű habot SMPUF-a-ként, például SMPUF-0-ként rögzítettük. Az 5 azt jelenti, hogy a víz mennyisége 0,5 g.
1.3 Tesztelés és jellemzés
A hab sűrűségét a GB/T 6343-2009 szerint tesztelik; a nyomószilárdságot 20 °C-on tesztelik a GB/T 8813-2008 módszer szerint.
DSC vizsgálati körülmények: N2 atmoszféra, hőmérséklet-tartomány 25 ~ 125 °C, fűtési sebesség 20 °C /perc.
Sejtmorfológiai vizsgálat: Fénymikroszkóp, 40x, keresztmetszet, szulfonil-rehodamin B festés.
Alakmemória-teszt: a minták mind 25 mm-es × 25 mm-es × 25 mm-es kocka, és a jelölővonalak közötti távolság L0; melegítsük a mintákat 60 °C-ra (vagy 80 °C-ra, 100 °C-ra), külső erőt alkalmazzunk a 20%-ra való összenyomódáshoz, és a tényleges magasságot jelöljük meg. Hűtsük le 0 °C-ra, tartsuk az alakot 10 percig, helyezzük szobahőmérsékletre 30 percig, mérjük meg a magasságot, rögzítsük L2-ként; melegítsük fel a mintát 60 °C-ra (vagy 80 °C-ra, 100 °C-ra), rögzítsük a visszanyert magasságot L3-ként, és rögzítsük a visszanyerést a magassághoz szükséges legmagasabb t időre. A következő képlet szerint számítva:
Alakkötési arány Rf = [( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100%
Deformációs visszanyerési arány Rr = [( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100%
2 Eredmények és megbeszélés
2.1 A vízadag hatása a hab nyomószilárdságára
Ebben a kísérletben a vízadagolásnak az SMPUF nyomószilárdságára gyakorolt hatását vizsgáltuk, és az eredményeket az 1. táblázat mutatja.
Az 1. táblázatból látható, hogy a víztartalom 0,5 g-ról 3,0 g-ra történő növekedésével az SMPUF sűrűsége fokozatosan csökken, és a nyomószilárdság először növekszik, majd csökken. Ennek az az oka, hogy a víz reakcióba lép az izocianáttal, hogy karbamidcsoportokat képezzen, és egyes karbamidcsoportok tovább reagálhatnak biuretcsoportok kialakítására. A karbamidcsoportok és a biuretcsoportok kohéziós energiája magasabb, mint az uretáncsoportoké, így a vízfogyasztás növekedésével azonban a víz mennyiségének növekedése több üreget is okoz az SMPUF-ban, növeli a hab átmérőjét, csökkenti az anyag sűrűségét, és így csökkenti az anyag szilárdságát. Ezért a vízfogyasztás növekedésével az SMPUF nyomószilárdsága először növekszik, majd csökken, és a maximális érték 0,49 MPa.
Ezenkívül mikroszkóppal megfigyeltük a minta sejtszerkezetét. Ahogy a víz mennyisége növekszik, a sejt átmérője nagyobb és egyenletesebbé válik. Ennek az az oka, hogy a sejtekben lévő gáz főként a víz és az izocianát kémiai reakciója által termelt szén-dioxidból áll [7]. Ahogy a víz mennyisége növekszik, a gáz növekszik és a sűrűség csökken.
2.2 A vízadag hatása a hab termikus tulajdonságaira
Az 1. ábra az SMPUF minta DSC-spektrumát mutatja.
Az 1. ábrából látható, hogy a víztartalom növekedésével az SMPUF lágy szegmens olvadási hőmérséklete (Tm) fokozatosan növekszik (37 °C, 43 °C, 47 °C, 50 °C, illetve 54 °C). Ennek az az oka, hogy a karbamidcsoport polárisabb, mint az uretáncsoport [8], és a víz mennyiségének növekedése több karbamidcsoport kialakulásához vezet az SMPUF-ban, ami növeli a polimer molekuláris lánc mozgásának szénikus akadályát. A Tm növekszik.
2.3 A víztartalom hatása a hab alakmemória tulajdonságaira
A 2. táblázat a különböző mennyiségű vízzel, különböző hőmérsékleteken készített SMPUF-minták alakmemória-tulajdonságait mutatja be.
A 2. táblázatból látható, hogy a különböző vízadagokkal, különböző hőmérsékleteken elkészített SMPUF-minták Rf alakrögzítési sebessége mind 100%; ugyanazon a hőmérsékleten, a vízadag növelésével, megnő az alak-visszanyerési sebesség Rr és a t alak visszanyerési idő. Mindkettő fokozatosan csökkent; a hőmérséklet növekedésével a hab alak-visszanyerési sebessége fokozatosan nőtt, és az alak visszanyerési ideje fokozatosan csökkent.
Az SMPUF lágy szegmensét alkotó PCDL kristályos. Miután az SMPUF hőmérséklete emelkedik és a hőmérséklet csökken, a PCDL lágy szegmensének molekuláris lánca a hőmérséklet csökkenésével "lefagy". Ezért ez az SMPUF jó alakrögzítési sebességgel rendelkezik [9]. Az SMPUF alakhasznosítási sebességét befolyásolja a hab sűrűsége. Minél kisebb a sűrűség, annál kisebb a gyanta egységnyi térfogatra jutó aránya, és annál kisebb a kemény szegmens tartalma. Ezért, ha a hőmérséklet állandó, a hab alakvisszanyerő hatása a vízfogyasztás növekedésével romlik, 60 Az SMPUF-3,0 alakhasznosítási sebessége °C-on, 80 °C-on és 100 °C-on 93,2%, 96,0% és 98,0% volt. Minél nagyobb az SMPUF sejtek pórusmérete, annál nagyobb a habváz deformációja, annál nagyobb a tárolt energia, és annál nagyobb a molekuláris lánc visszanyerésének feszültsége [10]. Ezért a hőmérséklet rögzítésekor a hab alak-visszanyerési ideje fokozatosan csökken a vízfogyasztás növekedésével. , az SMPUF-3.0 alakhasznosítási ideje 60 °C-on, 80 °C-on és 100 °C-on 26 s, 18 s, illetve 9 s.
A 2. táblázatból az is kitűnik, hogy az SMPUF-3.0 visszanyerési sebessége növekszik, és az alak visszanyerési ideje a hőmérséklet emelkedésével csökken. Ennek az az oka, hogy minél magasabb a hőmérséklet, annál több energiát kap a molekuláris szegmens, annál erősebb a szegmens mozgása, és annál teljesebb a lágy szegmens és a kemény szegmens mozgása.
3 Következtetés
(1) Az alakmemória poliuretánhabot sikeresen elkészítették, az alak visszanyerési sebessége és az alakrögzítési sebesség akár 100% is lehetett (0,5 g és 1 g vízadaggal), és az alak visszanyerési ideje akár 9 másodperc is lehetett (a vízadag 3,0 s volt). g, a hőmérséklet 100 °C).
(2) A víztartalom növekedésével az alakmemória poliuretánhab sűrűsége fokozatosan csökkent, a nyomószilárdság először nőtt, majd csökkent, és a Tm fokozatosan növekedett.
