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热塑性聚氨酯(TPU),作为一种热塑性弹性体,具有高弹性和耐磨性等优异性能,在鞋材、航天、汽车、运动等诸多行业有着广泛的应用。TPU发泡材料在保持其原有优异性能基础上,能实现材料的轻量化,且赋予材料新的功能,近年来成为研究热点。但由于TPU的分子链为线性结构,结晶度较低,常温下的刚度较低,故难以获得高发泡倍率制品且发泡后收缩严重。本文首先研究了 TPU的硬段含量对发泡性能的影响;并通过物理共混、化学扩链、原位成纤等方式进一步提高TPU的粘弹性和热性能等改善其发泡性能,同时还研究物理发泡剂在TPU的溶解、扩散及发泡特性,建立了适合TPU的发泡的物理发泡剂选择和评价方法。1.差示扫描量热法、动态热机械性能及动态流变仪研究了硬段含量对TPU热性能、流变性能及热机械性能的影响规律,并结合间歇发泡实验,研究了硬段含量对CO2在TPU中溶解扩散性能,以及TPU发泡倍率和泡孔结构的影响规律,结果表明:TPU中的硬段含量越多,粘度越高,弹性越强,但不利于发泡剂溶解扩散和发泡倍率的提高,高硬段含量的TPU发泡材料泡孔结构更好,收缩率最大只有27.3%。2.采用重量分析法,研究了二氧化碳、异丁烷、异戊烷和两种新型环保含氟发泡剂在TPU中溶解、扩散性能以及温度和压力的关系,结果表明:发泡剂分子量和分子结构直接影响溶解度,发泡性能受饱和蒸气压和沸点影响,饱和蒸气压越大发泡性能好,沸点低发泡性能更好,收缩率不超过40%。3.双螺杆挤出一步挤出原位成纤的方式,在TPU的基体中引入PTFE纤维缠结网络,动态机械热分析和流变仪想结合研究了微纤引入对TPU熔体粘弹性和热机械性能的影响规律,并结合间歇发泡实验和SEM研究了微纤引入对TPU泡孔结构及收缩率的影响。结果表明,TPU基体中形成了微纤网络后,熔体粘弹性得到了明显提高,其发泡材料的泡孔直径减小,泡孔密度增加了两个数量级。4.利用多官能团扩链剂,对TPU进行熔融扩链改性,引入长支链结构,并通过动态流变、DSC分析等表征改性TPU的流变性能和热性能,结合间歇发泡实验,研究了扩链改性对TPU发泡性能的影响结果表明,熔融扩链后,TPU分子的支化程度明显上升,粘弹性提高,发泡性能也明显提高,发泡倍率能达到1 1倍。为了进一步改善TPU发泡材料收缩性的问题,通过共混PA12,调控共混体系的结晶性能,结果表明:加入PA12后,发泡倍率变化不大,收缩率不超过20%,扩链后的TPU与结晶型聚合物共混,收缩率明显降低,泡孔更加稳定。