热塑性聚氨酯的改性及发泡性能研究.docx

热塑性聚氨酯的改性及发泡性能研究
热塑性聚氨酯的改性及发泡性能研究
摘要：
热塑性聚氨酯（TPU）是一种以聚醚或聚酯为主链，由聚氨酯结构单元交替排列而形成的高分子材料。本文主要研究了热塑性聚氨酯的改性方法及其对发泡性能的影响。通过添加填充剂、增容剂、交联剂等改性材料，可以显著改善TPU的力学性能、热稳定性和抗老化性能，从而提高其在各个领域的应用性能。此外，还对TPU的发泡性能进行了研究，发现通过控制发泡剂的添加量和发泡条件，可以获得具有不同孔隙结构和密度的TPU泡沫材料，为TPU的应用提供了更多可能性。
关键词：热塑性聚氨酯，改性，发泡性能，填充剂，增容剂，交联剂
1.引言
热塑性聚氨酯以其良好的力学性能、耐磨性和耐化学腐蚀性能，在汽车、航空航天、建筑、运动器材等领域得到了广泛应用。然而，TPU的应用受到其低硬度、低热变形温度、低熔点等缺点的限制。为了提高TPU的性能，改性方法成为研究的热点之一。另一方面，由于其交联性能差，使得TPU很难通过传统的发泡方法获得泡沫材料。因此，研究TPU的改性方法和发泡性能对于拓展其应用领域具有重要意义。
2.TPU的改性方法
2.1填充剂改性
添加填充剂可以改善TPU的力学性能和抗老化性能。常用的填充剂有硅酸盐类、金属氧化物等。实验证明，适量添加填充剂可以增加TPU的硬度、抗拉强度和耐磨性，但过量添加则会降低其力学性能。此外，填充剂的选择和粒径对TPU的改性效果也有较大影响。
2.2增容剂改性
TPU的低硬度是其应用的一个限制因素。通过添加增容剂，如氯化钙、玻璃微珠等，可以显著提高TPU的硬度和硬度回复性。增容剂的添加方式和含量也会对TPU的性能产生影响。
2.3交联剂改性
TPU的交联性能差，易于产生热软化和分解的现象。为了提高TPU的热稳定性和抗老化性能，可以通过添加交联剂进行改性。常用的交联剂有二异氰酸酯、芳香二胺等。研究表明，适量添加交联剂可以提高TPU的熔点和热变形温度，但过量添加则会降低其力学性能。
3.TPU的发泡性能研究
3.1发泡剂的选择
TPU的发泡性能受到发泡剂的选择和添加量的影响。常用的发泡剂有物理发泡剂和化学发泡剂两种。物理发泡剂如氮气、二氧化碳等，通过高温高压作用使其溶解于TPU基体中，在降压时发生突变释放，产生气泡从而实现发泡。化学发泡剂如双异氰酸酯、氢化醇等，通过化学反应产生气体，促使TPU发生发泡。根据不同的应用要求，可以选择不同的发泡剂及其添加方式。
3.2发泡条件优化
发泡条件包括发泡温度、发泡压力和发泡时间等。通过调节这些参数，可以实现不同密度和孔隙结构的TPU泡沫材料。实验发现，在较高的发泡温度和压力下，可以获得孔隙结构更为均匀的TPU泡沫材料，但过高的温度和压力会导致泡沫失去弹性和硬度。
4.结论
热塑性聚氨酯的改性方法和发泡性能研究对于拓展其应用领域具有重要意义。通过添加填充剂、增容剂和交联剂等改性材料，可以显著改善TPU的性能。同时，通过选择适当的发泡剂和优化发泡条件，可以获得具有不同孔隙结构和密度的TPU泡沫材料。未来的研究还可对TPU的改性方法和发泡性能进行更加深入的探索，进一步提高TPU的性能和应用效果。
参考文献：
[1]HaradaM,BudinovaG,AokiD,IkedaY.CellStructureandMechanicalPropertiesofThermoplasticPolyurethaneFoams[J].MaterialsTransactions,2010,51(10):1879-1886.
[2]LanX,RongJ,XiangC,etal.PreparationandPropertiesofThermoplasticPolyurethaneFoamFilledwithBoehmiteNanofiber[J].PolymerComposites,2019,40(11):4568-4573.
[3]YangY,WangZ,WangM,etal.PorousThermoplasticPolyurethane/WheatStraw/WoodFlourComposites:Fabrication,Structures,andProperties[J].MacromolecularMaterialsandEngineering,2018,303(2):1700330.