第2章实验部分
2.1实验原料及仪器
2.1.1实验原料
实验用到的主要试剂见表2.1。
表2.1实验主要原料
试剂名称
缩写
纯度
生产厂家
甲苯二异氰酸酯
TDI
分析纯
凌峰化学试剂
聚氧化丙烯二醇1000
PPG1000
工业级
石化三厂
聚氧化丙烯二醇2000
PPG2000
工业级
石化三厂
聚氧化丙烯二醇2000
TDB2000
图2.1聚氨酯弹性体预聚体制备反应方程式
图2.2聚氨酯预聚体在TMP固化后链结构示意图
（4）聚氨酯弹性体制备工艺流程如下图2.3所示。
图2.3聚氨酯弹性体材料制备过程工艺图
2.2.1.2聚氨酯弹性体材料的性能与分析方法
（1）红外光谱对聚氨酯反应过程的分析
红外光谱法对高分子材料的分析是利用材料中某些特定的基团对电磁波中的红外光区特定频率波具有选择性吸收的特点来进行高分子部基团结构分析、定性鉴定的一种方法。【51】
约束复合阻尼材料主要由约束层和阻尼层共同组成，阻尼层材料主要为复合材料提供阻尼性能。目前对于阻尼层的选择主要是具有较宽的阻尼温域和较高的阻尼损耗峰值。聚氨酯弹性体材料由于其软段相与硬段相之间存在一定的不相容性，能在材料部形成微相分离，为材料提供额外的阻尼性能。【49】
2.2.1.1 阻尼层材料的制备
FT-IR 200
美国VARIAN公司
数显邵尔A硬度计
TH-200
时代之峰科技
FA2004型电子分析天平
FA2004
天平仪器厂
DK-98-1电热恒温水浴锅
DK-98-1
市泰斯特仪器
电热恒温真空干燥箱
DZF
跃进医疗器械厂
数显式鼓风干燥箱
GZX-GF-Ⅱ
跃进医疗器械厂
2.2材料的制备
2.2.1阻尼层材料
二端氨基低聚醚胺
D2000
工业级
三木化工集团
三端氨基低聚醚胺
T403
工业级
三木化工集团
盐酸
HCl
分析纯
国药集团化学试剂
碳酸钠
Na2CO3
分析纯
国药集团化学试剂
二正丁胺
C2H8N2
分析纯
国药集团化学试剂

乙醇
C2H6O
分析纯
国药集团化学试剂
乙醇
C2H6O
工业级
华信化工
工业级
石化三厂
聚四氢呋喃醚二醇1000
PTMG1000
工业级
石化三厂
聚氧化丙烯三醇1000
TMN1000
工业级
石化三厂
凤凰牌环氧树脂 6101
E-44
工业级
三木化工集团
正丁醇
n-butanol
分析纯
国药集团化学试剂
三羟甲基丙烷
TMP
工业级
市博迪化工
2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯
Tx-2
分析纯
国药集团化学试剂
（2）弹性体样品的制备：将制备的预聚体进行分析，测定其中-NCO含量，并根据预聚体中-NCO基团百分含量，以计量的TMP作为扩链剂，于80 ℃下固化2h，85 ℃下后固化10 h；即得到不同-NCO含量的聚氨酯弹性体材料，室温下熟化7天后进行动态力学性能测试。
（3）制备相关反应步骤如下图2.1~2.2所示。
（2）示差扫描量热仪对聚氨酯热性能的分析
物质在加热过程中，由于脱水，分解或相变等物理化学变化，经常会伴随着吸热或放热效应。高分子材料亦如此，伴随着环境温度的升高，材料部同时也会随着产生诸如玻璃化转变、熔融、结晶，分解等物理或化学变化。【54】
差热分析就是通过精确测定物质加热（或冷却）过程中伴随物理或化学变化产生的热效应大小以及产生热效应时所对应的温度，来达到对物质进行定性和/或定量分析的目的。
（3）动态力学测试分析仪对聚氨酯阻尼性能的分析
2.1.2实验仪器
实验室用的主要仪器设备见表2.2。
表2.2实验使用的主要仪器设备
设备名称
设备型号
生产厂家
环境力学分析谱仪粘弹仪
DMA 50
法国METRAVIB公司
动态热分析仪
DMA+450
法国METRAVIB公司
差示扫描量热仪（DSC）
Q800
美国TA公司的Q800
FT-IR Spectrometer
（a）TDI
（b）聚醚型聚氨酯弹性体
图2.4 红外光谱图
上图2.4为制备的聚醚型聚氨酯弹性体材料样品和其所用原料甲苯二异氰酸酯（TDI）红外光谱对照图；结合（a），（b）两图可知，聚氨酯样品中2265波数的峰强度较TDI大幅下降，几乎消失，而2265 cm–1对应的正是异氰酸酯基团的不对称伸缩振动特征吸收峰，由此可以判定在聚氨酯弹性体的制备过程中，TDI完全反应。【52】另外还可以有图中，（b）中分别在1729cm–1（羰基的伸缩振动），1223cm–1（碳-氧键伸缩振动）以及3304cm–1（仲胺的氮-氢键伸缩振）存在较强的吸收峰，而对应的（a）图中并未出现，结合三者关系，可以推断聚氨酯弹性体样品中有氨基甲酸酯基团的生成。【53】
样品制备的具体步骤为：
（1）预聚体的制备：在三口烧瓶中按照计算量加入PPG2000，110 ℃下真空脱水2 h；脱水后将PPG-2000冷却至60 ℃左右，再加入计算量的TDI（于60℃左右先预热），由于该反应为较强的放热反应，故制备过程中，需要进行控制升温，即分别于65℃、70℃以及75℃下分阶段反应一段时间，体系温度稳定后调至下一温度阶段，最终，于80℃下反应1.5～2h得到聚氨酯预聚体。
图2.5 聚醚型聚氨酯弹性体的DSC曲线
有上图2.5可以看出，在-40 ℃左右时，DSC曲线中出现了一个吸热峰，分析材料结构可知，该处的吸收峰应该为聚氨酯弹性体软段材料的玻璃化转变温度（硬段材料一般刚性较大，玻璃化温度出现在高温）；当温度继续升高时，曲线中再没有出现其他的吸热或者是放热峰，由此可以判断该聚氨酯弹性体材料中的软段部分与硬段部分的相容性很好，硬段部分较好的溶于软段部分中。【55,56】
本研究中，以预聚体法合成相应的聚氨酯弹性体材料。所谓预聚体法，是指通过控制端羟基低聚物与多异氰酸酯反应过程中异氰酸基团过量，使生成的聚合物端基为异氰酸根，然后选用特定的扩链剂（交联剂）对其进一步固化并成型。
本课题在阻尼层材料制备过程中，分别以PPG2000和TDI作为聚氨酯弹性体中的软段和硬段。其中软段PPG2000为低分子量聚醚，由环氧丙烷在特定初始剂作用下开环聚合而成，因此其结构中含有大量的醚键和饱和碳链，较端羟基聚酯和聚烯烃分子链更为柔顺，能够为聚氨酯弹性体材料提供较高的阻尼损耗峰值；相应的硬段部分选择甲苯二异氰酸酯（TDI），根据基团贡献理论，在分子链中引入苯环、酯基等大基团能获得更好的阻尼性能。【50】