高介电性能聚氨酯材料制备及微观结构与性能关系研究

作     者：陈冠良 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘力;梁永日

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚氨酯 介电弹性体 介电常数 结构和性能 

摘      要：最近,介电弹性体在传感器、能源收集和驱动器等领域中的应用前景受到广大研究者的兴趣。聚氨酯材料是其性能可调性较好,力学和物理性能较好的一种弹性体材料。聚氨酯中含有极性基团使得其介电常数高于7,可以通过原料的选择获得不同介电常数的聚氨酯弹性体,正是这一优点使得其引起科学家的广泛兴趣,但是其发展也面临许多挑战,如何得到高介电常数的聚氨酯弹性体一直是问题的关键,然而介电聚氨酯材料的结构与性能关系并不清楚。本论文通过原料的选择合成一种高介电常数的聚氨酯弹性体,并通过FTIR、SAXS、XRD、DSC、TGA和DMA等测试手段对聚氨酯进行了结构和性能的表征。研究的内容主要有:(1)合成不同的软段结构的聚氨酯,研究其对聚氨酯介电弹性体结构和性能的影响;(2)通过改变硬段结构研究其对聚氨酯介电弹性体结构和性能的影响;(3)探究了不同硬段含量对聚氨酯介电弹性体结构和性能的影响;(4)采用胺类和醇类的扩链剂制备聚氨酯材料,研究扩链剂对聚氨酯介电弹性体结构和性能的影响;(5)研究了热处理对聚氨酯介电弹性体结构和性能的影响。研究结果表明:1)相同硬段结构与含量的端羟基聚丁二烯(HTBN)和端羟基丁二烯-丙烯腈共聚物(HTBN)基聚氨酯材料的介电性能比较结果表明,软段含有极性基团的HTBN基聚氨酯材料显示更高的介电性能,HTBN基聚氨酯材料的介电常数能达到9.2在1000 Hz;2) HTBN和HTPB基聚氨酯材料中,HDI为硬段的型聚氨酯的介电常数高于相应的MDI和TDI为硬段的聚氨酯材料的介电常数;3)在HTBN和HTPB体系中,随着硬段含量的增大,其介电常数也随之增大,从7.8增大至8.6,从5.1增大至5.8;4)研究结果表明扩链剂的化学结构也影响聚氨酯材料的介电常数,胺类扩链剂合成的聚氨酯的介电常数高于醇类扩链剂;胺类扩链剂合成的聚氨酯的介电常数随热处理的温度升高降低,醇类扩链剂则相反。以上的研究结果表明,聚氨酯材料的介电性能可以通过改变聚氨酯材料的硬段化学结构、扩链剂以及软段化学结构进行调控,而且提高相分离程度和结晶度,以及软段的极性有利于提高聚氨酯材料的介电常数,尤其是低频的介电常数。