论文部分内容阅读
轻量化、高强度的聚氨酯-钢夹层结构板(SPS夹层板)的成功研制,对拓展聚氨酯弹性体的应用有着重要的意义。其中夹层结构中的聚氨酯芯材对结构板的功能有着重要影响。本文从配方设计及合成工艺出发,研制了一种满足SPS夹层板使用的高强度、抗热老化性能好、加工工艺性能优的聚氨酯弹性体材料,并对其工艺性能、力学性能、耐热性能、微观相分离结构进行了表征。在此基础上,制备了相应的SPS夹层板,对其三点弯曲性能进行了测试并预测了其芯材的使用寿命,最终将其应用于一种新型桥墩防撞套箱。首先,选取分子量1000的聚四氢呋喃多元醇(PTMG)作为软段,以TDI-100+MOCA、MDI-50+MOCA、MDI-100+BDO作为硬段,通过预聚体法制备三种聚氨酯弹性体试样。通过旋转粘度仪、傅立叶红外分析仪、DSC、TG等方法测试了试样的加工工艺性能、力学性能、耐热性能、氢键度及微观相分离,结果表明:以TDI-100+MOCA为硬段的体系工艺性能、力学性能、耐热性能等综合性能好,适合做桥墩防撞套箱聚氨酯芯材的硬段结构。其次,以TDI-100+MOCA为硬段,以PTMG、PPG及两者的共混物作为聚氨酯的软段结构,通过预聚体法制备了五种聚氨酯弹性体试样。经分析测试,结果发现:以mPTMG:mPPG=70:30的共混多元醇为软段的聚氨酯弹性体在加工工艺、力学性能、耐热性能及微观相分离等方面性能较好,适合做套箱用聚氨酯芯材的软段结构。然后,以TDI-100+MOCA为硬段,以mPTMG:mPPG=70:30作为软段,通过半预聚体法、预聚体前混法、预聚体后混法三种合成工艺制备了聚氨酯弹性体试样。探讨了不同合成工艺对聚氨酯弹性体结构和性能方面的影响。结果表明:三种合成工艺中,预聚体后混法制备的聚氨酯不仅具有较好的力学性能,同时还具有较好的工艺性能。接着,以探究出来的聚氨酯配方及合成工艺浇注出相应SPS夹层板。通过热降解动力学的方法,预测了聚氨酯芯材的使用寿命:在隔绝氧气,60℃连续使用时间为6.91×108min(约1315年),80℃连续使用时间为2.08×107min(约39年)。通过三点弯曲试验,算出SPS夹层板相较于相同抗弯能力钢板,质量减轻了51.80%。最后,根据筛选出的聚氨酯配方体系和合成工艺,合成了桥墩防撞套箱所需要的聚氨酯原料,并通过浇注机将其浇注到套箱空腔中,制备出桥墩防撞套箱。该套箱目前已经安装在江门市小冈大桥20#桥墩,且通过广州省公路管理局及广东省交通研究院的验收。