[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN109096741B - 带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法 - Google Patents

带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109096741B
CN109096741B CN201710475475.XA CN201710475475A CN109096741B CN 109096741 B CN109096741 B CN 109096741B CN 201710475475 A CN201710475475 A CN 201710475475A CN 109096741 B CN109096741 B CN 109096741B
Authority
CN
China
Prior art keywords
spiral spring
polyurethane
sound absorption
component
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710475475.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109096741A (zh
Inventor
王清华
楚增勇
李义和
王璟
胡天娇
李公义
李效东
王楠
王勇智
刘苏演
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National University of Defense Technology
Original Assignee
National University of Defense Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National University of Defense Technology filed Critical National University of Defense Technology
Priority to CN201710475475.XA priority Critical patent/CN109096741B/zh
Publication of CN109096741A publication Critical patent/CN109096741A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109096741B publication Critical patent/CN109096741B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes
    • C08L75/08—Polyurethanes from polyethers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48—Polyethers
    • C08G18/4854—Polyethers containing oxyalkylene groups having four carbon atoms in the alkylene group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65—Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66—Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • C08G18/6666—Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52
    • C08G18/667—Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6674—Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3203
    • C08G18/6677—Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3203 having at least three hydroxy groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/67—Unsaturated compounds having active hydrogen
    • C08G18/69—Polymers of conjugated dienes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72—Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/74—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic
    • C08G18/76—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic
    • C08G18/7657—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings
    • C08G18/7664—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing alkylene polyphenyl groups
    • C08G18/7671—Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing alkylene polyphenyl groups containing only one alkylene bisphenyl group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/14—Polymer mixtures characterised by other features containing polymeric additives characterised by shape
    • C08L2205/16—Fibres; Fibrils

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

本发明公开了一种带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法。该吸声材料包括聚氨酯基体和分散于聚氨酯基体内的高分子螺旋弹簧纤维，聚氨酯基体为聚四氢呋喃二醇+端羟基聚丁二烯型聚氨酯基体，高分子螺旋弹簧纤维为具有螺旋弹簧结构的加捻聚酰胺纤维。制备方法包括将液态TMP和MDI反应制成A组分，将PTMG和HTPB混合制成B组分，将螺旋弹簧纤维添加到B组分中超声混合，所得混合物再加入A组分中搅拌并固化，得到吸声材料。本发明的吸声材料能显著提高材料在2000‑5000Hz频率范围内的吸声系数，且力学性能好，在声隐身技术领域具有极高的学术和应用潜力。

Description

带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明属于声学功能高分子材料领域，具体涉及一种带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯材料是一种产品形态多种多样的多用途合成树脂，自发明以来，因其化学结构易设计与调整、优越的力学性能、抗腐蚀性能和耐老化等性能，被广泛应用于各个领域，在声隐身材料研究领域的应用是一个热点研究方向。聚氨酯橡胶由于其大分子链运动形式繁多，松弛时间谱宽，能够较好的吸收宽频带的声波；通过选取不同的聚氨酯基体以及添加不同填料的种类和比例，能够有效地控制其声学特征和其它性能；而且它的声阻抗特性与水的声阻抗特性接近，使声波能无反射的进入到吸声材料，并且入射声波的能量绝大部分能够被吸收，在水声隐身材料领域中有着重要的应用。但随着探测技术的发展，声隐身技术提出了越来越高的要求。目前，提高200-6000Hz中低频率范围内基体材料的本征吸声性能是当前吸声材料领域面临并急待解决的技术难题和研究热点之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可显著提高材料中低频范围内材料的本征吸声系数、且力学性能优异的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料，所述吸声材料包括聚氨酯基体和分散于聚氨酯基体内的高分子螺旋弹簧纤维，所述聚氨酯基体为聚四氢呋喃二醇+端羟基聚丁二烯型聚氨酯基体，所述高分子螺旋弹簧纤维为具有螺旋弹簧结构的加捻聚酰胺纤维。
上述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料中，优选的，所述高分子螺旋弹簧纤维的长度为2mm～3mm，所述高分子螺旋弹簧纤维的质量占吸声材料总质量的0.5％～2％。
上述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料中，优选的，所述带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料在2000Hz～5000Hz频率范围内平均吸声系数为72.56％～79.4％。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：称取三羟甲基丙烷TMP固态颗粒和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI，将TMP固态颗粒融化成液态TMP，然后将液态TMP和MDI进行抽真空处理，再将液态TMP加入MDI中，于60℃～65℃的恒温条件下搅拌反应，直至液态TMP全部融入MDI中，经冷却后，得到A组分；
(2)B组分的制备：称取聚四氢呋喃二醇PTMG和端羟基聚丁二烯HTPB，进行抽真空处理，然后将PTMG和HTPB混合并搅拌均匀，得到B组分；
(3)复合与固化：将高分子螺旋弹簧纤维添加到B组分中，超声混合均匀后，将所得混合物加入A组分中，超声混合均匀，然后抽真空处理，再进行固化，得到带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料。
上述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述TMP固态颗粒与MDI的质量比为18～600∶100；所述步骤(2)中，所述聚四氢呋喃二醇与端羟基聚丁二烯的质量比为385∶200；所述步骤(3)中，所述高分子螺旋弹簧纤维与B组分的质量比为3.5～14∶585。
上述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述步骤(1)中，所述抽真空处理的条件为：真空表读数为-0.08MPa～-0.1MPa，温度为50℃～55℃，时间为1h～2h；
和/或，所述步骤(2)中，所述抽真空处理的条件为：真空表读数为-0.08MPa～-0.1MPa，温度为50℃～55℃，时间为1h～2h；
和/或，所述步骤(3)中，所述抽真空处理的条件为：真空表读数为-0.08MPa～-0.1MPa，温度为50℃～55℃，时间为0.5h～2h。
上述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，所述融化的温度为60℃～65℃，所述搅拌反应的时间为2min～3min。
上述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法中，优选的，所述步骤(3)中，所述固化为室温固化，固化时间为24h～48h，或者，所述固化的温度为50℃～55℃，固化时间为4h～5h。
上述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法中，优选的，所述高分子螺旋弹簧纤维为具有螺旋弹簧结构的加捻聚酰胺纤维。
上述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法中，优选的，所述高分子螺旋弹簧纤维在添加到B组分之前，先剪切至长度为2mm～3mm。
本发明中，MDI为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、TMP为三羟甲基丙烷、HTPB为端羟基聚丁二烯、PTMG为聚四氢呋喃二醇。
本发明选择化学结构具有能形成氢键的极性官能团以及宏观结构具有螺旋弹簧结构的加捻聚酰胺高分子纤维作为功能填料，将其剪切成一定长度，在一定条件下均匀地分散到PTMG+HTPB型聚氨酯基体中，经固化成型后，两者之间通过分子间作用力复合在一起，形成带有高分子螺旋弹簧纤维的吸声材料。
本发明的带有加捻纤维弹簧结构的聚氨酯基吸声材料应该作为一个完整的结构概念来看待，橡胶基体和加捻纤维不可分割地构成一个材料整体，二者之间依靠分子间作用力、特别是氢键结合。根据实际需要，这种加捻纤维可以采用均混、分层或其它方式添加。
以下举例说明本发明涉及的主要反应式，但并不限于此：
预聚反应：用MDI和TMP进行预聚得A组分，反应式为式(1)所示。
Figure BDA0001328148130000031
固化反应：HTPB+PTMG型聚氨酯的涉及的主要固化反应示意如式(2)所示。
Figure BDA0001328148130000032
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明以MDI、TMP、HTPB、PTMG等化学试剂为主要原料，通过引入能形成氢键的极性官能团以及宏观结构具有螺旋结构的高分子纤维作为功能填料，设计并制备了一种全新的带高分子螺旋弹簧纤维(结构)的聚氨酯基吸声材料，为声隐身技术提供了一种重要的吸声材料结构，具有极高的学术和应用潜力。这种新颖的吸声材料由弹性体和加捻纤维依靠分子间作用力结合形成的一个共同体，材料及其结构应该作为一个整体来看待。
2、本发明所采用的PTMG+HTPB聚氨酯的化学结构具有能形成氢键的极性官能团，本发明所选用的加捻高分子纤维的宏观结构具有典型的螺旋结构。将一定长度的纤维在一定条件下均匀地分散到PTMG+HTPB型聚氨酯基体中，经固化成型后，形成一种具有螺旋弹簧结构的聚氨酯复合材料，添加(优选1％)的这种具有典型螺旋弹簧结构的高分子纤维能够显著提高2000-5000Hz频率范围内的吸声性能。本发明的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料在2000Hz～5000Hz频率范围内平均吸声系数为79.4％，比纯基体提高了32.1％，具有非常显著的进步。并且，如图4所示，在2000Hz以下的频率范围，这种吸声性能的提高有保持增加的趋势。开发这种复合材料能够在声隐身材料领域为人们提供更新颖的吸声材料结构模型，在声隐身、复合材料、功能高分子等科学领域均具有重要意义。
3、本发明的制备方法以实验室内常用的DZF6050型超真空干燥箱、CQ250超声波清洗器、DF-101B恒温加热磁力搅拌器等小型实验设备和一般的制备装置，通过预聚、超声和搅拌混合、以及常温或不到100℃较低固化温度固化，工艺条件要求不高。在高分子纤维与聚氨酯基体的复合与固化过程中，采用高分子纤维与组分B预先超声混合均匀再与A组分混合的工艺，克服了将A、B、弹簧纤维三者一起混合，由于粘度突然变大导致施工时间变短而导致的施工困难和难以混合均匀的工艺缺点。
附图说明
图1为本发明实施例1中带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的结构示意图。
图2为本发明实施例1中制备方法的工艺流程图。
图3为本发明实施例1中所选用的具有螺旋弹簧结构的加捻聚酰胺纤维的SEM照片。
图4为本发明实施例1中纯基体与具有螺旋弹簧结构的吸声材料的吸声曲线对照图。
图5为PTMG+HTPB型聚氨酯纯基体的ATR红外光谱图。
图6为PTMG+HTPB型聚氨酯纯基体的拉伸应力-应变曲线图。
图7为PTMG+HTPB型聚氨酯纯基体的弯曲应力-应变曲线图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料，该吸声材料包括聚氨酯基体和分散于聚氨酯基体内的高分子螺旋弹簧纤维，该吸声材料以自制的聚四氢呋喃二醇PTMG+端羟基聚丁二烯HTPB型聚氨酯作为基体，所用的高分子螺旋弹簧纤维为具有典型螺旋弹簧结构的加捻聚酰胺纤维，长度为2mm～3mm。高分子螺旋弹簧纤维占吸声材料总质量的质量百分比为1％。该吸声材料的结构示意图如图1所示。
本实施例中带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料在2000Hz～5000Hz频率范围内其平均吸声系数为79.4％，比HTPB+PTMG型聚氨酯纯基体提高了32.1％。
一种上述本实施例的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法，利用异氰酸根与含羟基化合物发生的加聚反应，生成大分子链及交联结构的氨基甲酸酯。本发明制备的PTMG+HTPB型聚氨酯纯基体，其中PTMG表示聚四氢呋喃二醇，HTPB表示端羟基聚丁二烯。以原材料4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和三羟甲基丙烷TMP进行预聚反应得到A组分，以一定配比的HTPB和PTMG为B组分，再将高分子螺旋弹簧纤维与B组分混合后加入A组分中制备出吸声材料。
本实施例的吸声材料制备方法工艺流程如图2所示，具体包括以下步骤：
(1)预聚体A组分的制备
称取18.0g三羟甲基丙烷TMP固态颗粒和100.0g 4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI。将TMP固态颗粒在60℃下融化成液态TMP。将100.0g 4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和18.0g液态TMP分别放在敞口容器中并置于DZF6050型真空干燥箱内，真空干燥箱的真空表读数为-0.09MPa、温度为50-55℃条件下抽真空1小时。然后将抽真空后的液态TMP迅速加入MDI中，并在60℃恒温条件下搅拌，反应2-3分钟直至TMP全部融入MDI中，迅速进行冷却，得到A组分。
(2)B组分制备
称取385.0g聚四氢呋喃二醇PTMG和200.0g端羟基聚丁二烯HTPB，分别放在敞口容器中并置于DZF6050型真空干燥箱内，真空干燥箱的真空表读数-0.09MPa、温度为50-55℃条件下抽真空1小时，将抽真空后的PTMG和HTPB混合并搅拌均匀，得到B组分。
(3)具有典型螺旋弹簧结构的高分子纤维填料的加工
将具有螺旋弹簧结构的加捻的聚酰氨纤维剪切成2～3mm长度，制成如图3所示长度均匀的加捻聚酰胺纤维段，图3中右边的纤维段为2.51mm长，934μm宽。
(4)高分子纤维与聚氨酯基体的复合与固化
将7.1g步骤(3)得到的加捻聚酰胺纤维段添加到585.0g步骤(2)得到的B组分中，以超声仪混合均匀，将所得混合物(即混合弹簧纤维的B组分)缓慢加入A组分中，搅拌后超声混合均匀。然后置于DZF6050型真空干燥箱中，真空干燥箱的真空表读数-0.09MPa、温度为50℃下抽真空0.5个小时。之后在室温下固化24小时左右(也可在50℃温度下反应4-5个小时，使其固化加速)，得到带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料。
采用AWA6122A驻波管吸声系数测试仪，根据驻波管法对吸声系数的测试原理，参照GB/T18696.1-2004《阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量》，对本实施例中固化后的样品(即吸声材料)进行声学性能测试。扬声器音量30，测试温度20℃～25℃，测试频率1500～6000Hz，样品规格Φ30mm×50mm。本实施例中，吸声材料的高分子基体为PTMG+HTPB型聚氨酯，采用均混的方式加入长度为2～3mm的如图3所示的具有典型螺旋结构特征的加捻聚酰胺纤维。如图4所示，本实施例中带有1％加捻聚酰氨纤维螺旋弹簧结构的聚氨酯基吸声材料，在2000Hz～5000Hz频率范围内，除4000Hz这个测试频率外，所有测试频率的吸声系数相比纯基体均有明显提高，经计算其平均吸声系数为79.4％，比PTMG+HTPB型聚氨酯纯基体提高了32.1％。
在本发明产品的研发过程中，对基体、填料的选择、制备工艺等进行了一系列的研究实验，得到了本发明的技术方案，实现了产品吸声性能的极大提高。
例如，在基体的选择上，本发明采用了自主制备的PTMG+HTPB型聚氨酯基体，在应用于制备吸声材料前，对纯基体的力学性能进行了研究。采用PTMG+HTPB型聚氨酯基体的支化系数为0.5。经测试，该PTMG+HTPB型聚氨酯基体ATR红外谱图如图5所示。从图5所示PTMG+HTPB型聚氨酯的ATR谱图可以看出：红外谱图表明它为典型的聚氨酯，且固化完全。2847.7cm-1、2915.7cm-1、3008.6cm-1对应饱和C-H的伸缩振动；1734.2cm-1对应CO-O结构中C＝O的伸缩振动吸收峰；频率为1107.4cm-1的强吸收峰对应C-O-C结构的不对称伸缩振动吸收峰；在频率为3500cm-1～3300cm-1之间没有出现相应的-OH吸收峰，表明该聚氨酯固化完全。
基体完全固化后，使用CTM-9100型万能实验机对样品规格均为：6×15×100mm的样品进行力学性能测定。主要按照GB/T1039-1992《塑料力学性能试验方法总则》、GB9341《塑料弯曲性能试验方法》和GB/T1040-1992《塑料拉伸性能试验方法》等测试规则进行测试操作。
拉伸强度σt按式(3)计算:
Figure BDA0001328148130000061
式中：
σt—拉伸强度，MPa；Fd—最大负荷或断裂负荷，N；L—样品长度，mm；b—式样宽度，mm；d—式样厚度，mm。
拉伸弹性模量Et按式(4)计算：
Figure BDA0001328148130000071
式中：
Et—拉伸弹性模量，MPa；l0—引伸计标距长度，mm；P2—0.3％应变时的负荷，N；P1—0.1％应变时的负荷，N；Δl2—0.3％应变时的形变量，mm；Δl1—0.1％应变时的形变量，mm；F0—式样原始横截面积，mm。
PTMG+HTPB型聚氨酯基体的力学性能测试结果如图6和图7所示，PTMG+HTPB型聚氨酯基体在力学性能上其最大拉伸应力可达到712kN，拉伸弹性模量可达到67.8GPa，抗拉伸强度可达到806MPa，图7中弯曲应力-应变曲线的tan值为0.064。
经过实验得知，聚四氢呋喃二醇+端羟基聚丁二烯型聚氨酯基体的支化系数为0～0.5，最大拉伸应力94kN～712kN，弹性模量为6.7GPa～67.8GPa，抗拉强度为23.5MPa～806MPa，弯曲应力-应变曲线的tan值为0.05～0.064，具有良好的力学性能。本发明加入高分子螺旋弹簧纤维后，由于纤维特有的结构，力学性能会进一步得到明显的提高，在保证优异的吸声性能的前提下，吸声材料的力学性能也得到了保障。
由以上内容可知，本发明以聚氨酯为研究对象，复合具有弹簧结构的高分子纤维，通过选择合适的聚氨酯基体类型、控制合适的支化系数、以及优化制备工艺，得到力学性能优异、在低频范围内吸声系数得到显著提高的新型聚氨酯声隐身材料。为改善吸声材料在中低频条件下的吸声性能提供了一种全新的复合材料体系和一种新颖的材料结构模型，在声隐身技术领域具有极高的学术和应用潜力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料，其特征在于，所述吸声材料包括聚氨酯基体和分散于聚氨酯基体内的高分子螺旋弹簧纤维，所述聚氨酯基体为聚四氢呋喃二醇+端羟基聚丁二烯型聚氨酯基体，所述高分子螺旋弹簧纤维为具有螺旋弹簧结构的加捻聚酰胺纤维；
所述高分子螺旋弹簧纤维的长度为2mm～3mm，所述高分子螺旋弹簧纤维的质量占吸声材料总质量的0.5％～2％；
所述带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料在2000Hz～5000Hz频率范围内平均吸声系数为72.56％～79.4％。
2.一种带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：称取三羟甲基丙烷TMP固态颗粒和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI，将TMP固态颗粒融化成液态TMP，然后将液态TMP和MDI进行抽真空处理，再将液态TMP加入MDI中，于60℃～65℃的恒温条件下搅拌反应，直至液态TMP全部融入MDI中，经冷却后，得到A组分；
(2)B组分的制备：称取聚四氢呋喃二醇PTMG和端羟基聚丁二烯HTPB，进行抽真空处理，然后将PTMG和HTPB混合并搅拌均匀，得到B组分；
(3)复合与固化：将高分子螺旋弹簧纤维添加到B组分中，超声混合均匀后，将所得混合物加入A组分中，超声混合均匀，然后抽真空处理，再进行固化，得到带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料；
所述步骤(1)中，所述TMP固态颗粒与MDI的质量比为18～600∶100；所述步骤(2)中，所述聚四氢呋喃二醇与端羟基聚丁二烯的质量比为385∶200；所述步骤(3)中，所述高分子螺旋弹簧纤维与B组分的质量比为3.5～14∶585；
所述高分子螺旋弹簧纤维为具有螺旋弹簧结构的加捻聚酰胺纤维；
所述高分子螺旋弹簧纤维在添加到B组分之前，先剪切至长度为2mm～3mm。
3.根据权利要求2所述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述抽真空处理的条件为：真空表读数为-0.08MPa～-0.1MPa，温度为50℃～55℃，时间为1h～2h；
和/或，所述步骤(2)中，所述抽真空处理的条件为：真空表读数为-0.08MPa～-0.1MPa，温度为50℃～55℃，时间为1h～2h；
和/或，所述步骤(3)中，所述抽真空处理的条件为：真空表读数为-0.08MPa～-0.1MPa，温度为50℃～55℃，时间为0.5h～2h。
4.根据权利要求2或3所述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述融化的温度为60℃～65℃，所述搅拌反应的时间为2min～3min。
5.根据权利要求2或3所述的带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述固化为室温固化，固化时间为24h～48h，或者，所述固化的温度为50℃～55℃，固化时间为4h～5h。
CN201710475475.XA 2017-06-21 2017-06-21 带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法 Active CN109096741B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710475475.XA CN109096741B (zh) 2017-06-21 2017-06-21 带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710475475.XA CN109096741B (zh) 2017-06-21 2017-06-21 带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109096741A CN109096741A (zh) 2018-12-28
CN109096741B true CN109096741B (zh) 2021-01-01

Family

ID=64796263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710475475.XA Active CN109096741B (zh) 2017-06-21 2017-06-21 带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109096741B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63274541A (ja) * 1987-05-06 1988-11-11 Idemitsu Petrochem Co Ltd 防音材料
CN1141600A (zh) * 1994-02-24 1997-01-29 H·B·富勒许可和信贷公司 基于泡沫体或浇铸化合物的短纤维填料制品
CN103374220A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 天然纤维增强聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法
WO2016153664A1 (en) * 2015-03-23 2016-09-29 Dow Global Technologies Llc Appliances having sound and thermal insulation based on viscoelastic polyurethane

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63274541A (ja) * 1987-05-06 1988-11-11 Idemitsu Petrochem Co Ltd 防音材料
CN1141600A (zh) * 1994-02-24 1997-01-29 H·B·富勒许可和信贷公司 基于泡沫体或浇铸化合物的短纤维填料制品
CN103374220A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 上海杰事杰新材料(集团)股份有限公司 天然纤维增强聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法
WO2016153664A1 (en) * 2015-03-23 2016-09-29 Dow Global Technologies Llc Appliances having sound and thermal insulation based on viscoelastic polyurethane

Also Published As

Publication number Publication date
CN109096741A (zh) 2018-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Girouard et al. Site-selective modification of cellulose nanocrystals with isophorone diisocyanate and formation of polyurethane-CNC composites
Wik et al. Castor oil‐based polyurethanes containing cellulose nanocrystals
Li et al. Rigid polyurethane foam reinforced with cellulose whiskers: Synthesis and characterization
CN102432818A (zh) 1,5-萘二异氰酸酯基聚氨酯微孔弹性体的制备方法
Husainie et al. A comparative study on the mechanical properties of different natural fiber reinforced free-rise polyurethane foam composites
CN105348473A (zh) 一种纤维素增强聚氨酯/环氧树脂互穿网络硬质复合泡沫材料及其制备方法
CN114940885B (zh) 一种导热双组分聚氨酯胶粘剂及其制备方法、应用
CN108752557B (zh) 一种聚氨酯改性多元醇及由其制得的聚氨酯泡沫塑料
WO2015146435A1 (ja) ウレタン製バンパスプリングおよびその製法
CN109096741B (zh) 带有高分子螺旋弹簧纤维的聚氨酯基吸声材料及其制备方法
CN110746733B (zh) 一种无卤无硫的tpe阻尼材料及其制备方法
Oprea Effect of the diisocyanate and chain extenders on the properties of the cross-linked polyetherurethane elastomers
Tongtong et al. Sound absorption property of polyurethane foam with polyethylene fiber
CN103183816A (zh) 一种耐溶剂聚酯多元醇的合成方法
JPS58183722A (ja) 超低硬度ポリウレタン樹脂組成物
Zhan et al. High-Strength Polyurethane Composite Film Reinforced by Cellulose Nanocrystals
Ramotowski et al. NUWC XP-1 polyurethane-urea: a new," acoustically transparent" encapsulant for underwater transducers and hydrophones
Gui et al. Investigation on Effects of Chain Extenders and Cross-linking Agents of Polyurethane Elastomers Using Independent Building Vibration Isolation Sensor.
CN105062042A (zh) 一种混合型聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法
Salih Acoustic and mechanical properties of polymer composites reinforced by pre-deformed palm fiber
Qian et al. Influence of silane‐modified coconut shell powder on thermal and mechanical properties of thermoplastic elastomers
JP2005213420A (ja) 軟質ポリウレタンフォーム及び積層体
CN113651941A (zh) 一种聚氨酯阻尼材料及其制备方法
CN111234337B (zh) 一种具有自修复功能的环氧化天然橡胶复合材料及其制备方法
CN107043449A (zh) 一种车用碳纳米管增强型聚氨酯泡沫的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant