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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

PBT聚醚聚氨酯不同活泼氢组分固化体系研究

苏雅琪 王卫泽 杨敏 杨茜茜 轩福贞

苏雅琪, 王卫泽, 杨敏, 杨茜茜, 轩福贞. PBT聚醚聚氨酯不同活泼氢组分固化体系研究[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20220221003
引用本文: 苏雅琪, 王卫泽, 杨敏, 杨茜茜, 轩福贞. PBT聚醚聚氨酯不同活泼氢组分固化体系研究[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20220221003
SU Yaqi, WANG Weize, YANG Min, YANG Xixi, XUAN Fuzhen. Curing Systems of PBT Polyether Polyurethane with Different Active Hydrogen Components[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20220221003
Citation: SU Yaqi, WANG Weize, YANG Min, YANG Xixi, XUAN Fuzhen. Curing Systems of PBT Polyether Polyurethane with Different Active Hydrogen Components[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20220221003

PBT聚醚聚氨酯不同活泼氢组分固化体系研究

doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20220221003
详细信息
    作者简介:

    苏雅琪(1998—),女,甘肃天水人,硕士生,主要研究方向为叠氮固体推进剂。E-mail:810913612@qq.com

    通讯作者:

    王卫泽, E-mail:wangwz@ecust.edu.cn

  • 中图分类号: TQ311

Curing Systems of PBT Polyether Polyurethane with Different Active Hydrogen Components

  • 摘要: 以3, 3-双叠氮甲基氧杂环丁烷-四氢呋喃共聚醚(PBT)为聚醚聚氨酯的软段、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)为固化剂、一缩二乙二醇(DEG)为扩链剂、三羟甲基丙烷(TMP)为交联剂,利用二步法制备了不同活泼氢组分的PBT聚醚聚氨酯。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)仪、差示扫描量热(DSC)仪、电子万能试验机及溶胀率测试仪,对PBT/TDI、PBT/TDI/DEG、PBT/TDI/TMP/和PBT/TDI/DEG/TMP体系进行了固化反应动力学及力学性能的研究。结果表明:PBT/TDI、PBT/TDI/DEG、PBT/TDI/TMP/和PBT/TDI/DEG/TMP体系的固化反应均为二级反应,活化能分别为135.984、165.573、164.933、164.292 kJ/mol。加入DEG可显著提高黏合剂基体的断裂伸长率,但拉伸强度下降;加入TMP能提高黏合剂基体的拉伸强度,但断裂伸长率下降;同时加入DEG和TMP的黏合剂基体拉伸强度提高,断裂伸长率有所下降。DEG和TMP能不同程度地提高固化体系的交联密度。

     

  • 图  1  PBT预聚物分子式(a)及固化反应机理(b)

    Figure  1.  Chemical formula of the PBT prepolymer (a) and curing reaction mechanism (b)

    图  2  不同固化体系傅里叶变换红外光谱图

    Figure  2.  FT-IR spectra of the different curing systems

    图  3  不同固化体系的非等温DSC曲线

    Figure  3.  Non-isothermal DSC curves of the different curing systems

    表  1  4组不同活泼氢组分的PBT固化体系

    Table  1.   PBT curing system with four different active hydrogen components

    Curing systemComponentR
    1PBT/TDI1.2
    2PBT/TDI/DEG1.2
    3PBT/TDI/TMP1.2
    4PBT/TDI/DEG/TMP1.2
    R—Curing coefficient
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    表  2  不同固化体系和不同升温速率下的Tp

    Table  2.   Tp of the different curing system and heating rate

    Heating rate/
    (℃·min−1
    Tp/℃
    System 1System 2System 3System 4
    5247250249251
    10258259258259
    15262264263265
    20267269268269
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    表  3  不同固化体系的固化反应动力学参数

    Table  3.   Curing reaction kinetic parameters of the different curing system

    Curing systemEa/(kJ·mol−1)A/s−1nk/(kg·mol−1·s−1)1)
    1135.9841.385×10130.9396.47×10−10
    2165.5731.270×10160.9491.36×10−10
    3164.9331.180×10160.9491.59×10−10
    4164.2928.930×10150.9491.51×10−10
    1) Reaction temperature is 60 ℃
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    表  4  不同固化体系的力学性能

    Table  4.   Mechanical properties of the different curing system

    Curing systemTensile strength/MPaBreaking elongation/%Initial tensile modulus/MPa
    11.095010.39300.3210
    20.928015.27400.2863
    32.09405.75600.3412
    41.90807.07100.5452
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    表  5  不同固化体系溶胀系数

    Table  5.   Swelling coefficient of the different curing system

    Curing systemqv
    15.20
    24.93
    34.36
    43.76
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  • [1] 庞爱民. 固体火箭推进剂理论与工程[M]. 北京: 中国宇航出版社, 2014.
    [2] ZIA K M, BARIKANI M, BHATTI I A, et al. Synthesis and thermomechanical characterization of polyurethane elastomers extended with α, ω-alkane diols[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2008, 109(3): 1840-1849. doi: 10.1002/app.28242
    [3] LIAW D. The relative physical and thermal properties of polyurethane elastomers: Effect of chain extenders of bisphenols, diisocyanate, and polyol structures[J]. Journal of Applied Polymer Science, 1997, 66(7): 1251-1265. doi: 10.1002/(SICI)1097-4628(19971114)66:7<1251::AID-APP5>3.0.CO;2-F
    [4] HIRAOKA K, TAKESUE M, YOKOYAMA T. The thermal and mechanical properties and the ionic conductivity of cationic polyurethane elastomers with pendant trimethylammonium group[J]. Polymer Journal, 2004, 36(1): 1-9. doi: 10.1295/polymj.36.1
    [5] 周水平, 吴芳, 唐根, 等. 含能交联剂对PBT高能推进剂力学性能的影响[J]. 化学推进剂与高分子材料, 2016, 14(4): 54-59.
    [6] 张波, 段华军, 陈杰. PTMG-TMP混合扩链交联对聚氨酯树脂力学性能的影响[J]. 复合材料学报, 2018, 35(1): 44-49.
    [7] 李洋, 姜磊, 尹必文, 等. PBT基钝感低特征信号推进剂的力学性能优化研究[J]. 固体火箭技术, 2021, 44(4): 479-485.
    [8] 王海波. 丁羟四组元复合固体推进剂固化体系研究[D]. 长沙: 湖南大学, 2007.
    [9] 邱磊, 王鸿宇, 代颖军, 等. 非等温DSC研究PBT/TDI固化反应动力学[J]. 化学推进剂与高分子材料, 2020, 18(1): 38-41.
    [10] 徐婉, 邓剑如, 张丽. NEPE推进剂中活泼氢组分的固化反应动力学研究[J]. 固体火箭技术, 2010, 33(5): 560-563. doi: 10.3969/j.issn.1006-2793.2010.05.018
    [11] 郑启龙. 叠氮类粘合剂环氧固化体系及其在火药中的应用研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2017.
    [12] 吴艳光, 罗运军, 葛震. GAP型交联改性双基推进剂黏合剂的力学性能[J]. 火炸药学报, 2012(2): .66-69.
    [13] 赵长才, 鲁国林, 王北海. 二醇类扩链剂对丁羟推进剂力学性能的影响[J]. 固体火箭技术, 2000(4): 23-28. doi: 10.3969/j.issn.1006-2793.2000.04.007
    [14] ZHAI J X, ZHANG N, GUO X Y, et al. Study on bulk preparation and properties of click chemistry end-crosslinked copolyether elastomers[J]. European Polymer Journal, 2016, 78: 72-81. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2016.03.009
    [15] FEI B, CHEN C, PENG S W, et al. FT-IR study of poly(propylene carbonate)/ bisphenol a blends[J]. Polymer International, 2004, 53(12): 2092-2098. doi: 10.1002/pi.1633
    [16] 蔡如琳, 吴倩, 王敏, 等. PBT基叠氮型聚氨酯弹性体的形态结构与微相分离[J]. 固体火箭技术, 2019, 42(4): 488-492, 498.
    [17] 左海丽, 詹国柱, 楼阳, 等. PBT弹性体微相分离及对其力学性能的影响研究[J]. 上海航天, 2018, 35(4): 134-141.
    [18] 刘晶如, 罗运军. 非等温DSC研究Al/HTPB/TDI体系的固化反应动力学[J]. 含能材料, 2009, 17(1): 83-86. doi: 10.3969/j.issn.1006-9941.2009.01.020
    [19] KISSINGER H E. Reaction kinetics in differential thermal analysis[J]. Analytical Chemistry, 1957, 29(5): 1702-1706.
    [20] OZAWA T. A new method of analyzing thermo-gravimetric data[J]. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1965, 3(11): 1881-1886.
    [21] CRANE L W, DYNES P J, KAELBLE D H. Analysis of curing kinetics in polymer composites[J]. Polymer Letter Edition, 1973(11): 533-540.
    [22] 王晓霞, 王成国, 贾玉玺, 等. 热固性树脂固化动力学模型简化的新方法[J]. 材料工程, 2012(6): 67-70. doi: 10.3969/j.issn.1001-4381.2012.06.015
    [23] 菅晓霞, 田书春, 宋育芳, 等. 硬段结构对3, 3-双(叠氮甲基)环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚弹性体力学性能的影响[J]. 高分子材料科学与工程, 2017, 33(12): 22-25, 30.
    [24] 魏欣, 李夏, 于丰, 等. 扩链交联剂对水性聚氨酯乳液性能的影响[J]. 聚氨酯工业, 2017, 32(4): 24-26, 30.
    [25] 刘贺, 张晓青, 马凤国. 发泡剂和扩链剂/交联剂对聚酯型聚氨酯泡沫的影响[J]. 合成材料老化与应用, 2019, 48(1): 25-28.
    [26] 邓剑如, 张习龙, 徐婉, 等. NEPE推进剂粘合剂配方设计方法[J]. 固体火箭技术, 2014, 37(2): 238-240.
    [27] 丁腾飞, 翟进贤, 郭晓燕, 等. 两种固化剂对PBT弹性体力学性能的影响[J]. 含能材料, 2020, 28(1): 56-61.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-21
  • 网络出版日期:  2022-12-09

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