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TPU蜂窝结构压缩及吸能特性研究

塑性工程学报 2023年第3期30卷 113-122页

作者：章娅菲闵世威王海涛梁经纬窦益华西安石油大学机械工程学院陕西西安710000 西安市高难度复杂油气井完整性评价重点实验室陕西西安710000

为了解TPU蜂窝结构的力学特性,采用增材制造技术制备了不同胞元参数的蜂窝结构,进行了压缩试验,并在此基础上建立了TPU蜂窝结构有限元仿真模型,开展了动态仿真模拟研究。结果表明,TPU蜂窝结构在面外压缩过程中经历线弹性、平台区和密实... 详细信息

为了解TPU蜂窝结构的力学特性,采用增材制造技术制备了不同胞元参数的蜂窝结构,进行了压缩试验,并在此基础上建立了TPU蜂窝结构有限元仿真模型,开展了动态仿真模拟研究。结果表明,TPU蜂窝结构在面外压缩过程中经历线弹性、平台区和密实化3个阶段,压缩速度越大,平台区越短。而其在面内压缩下,无明显的线弹性阶段,压缩速度对其变形模式的影响也较小。无论是面内压缩还是面外压缩,壁厚边长比对TPU蜂窝结构的平均平台应力和比吸能的影响远大于胞元扩展角对其的影响。在压缩进入密实化阶段前,蜂窝结构比吸能随压缩速度的增大而增大。面内压缩时,蜂窝结构比内能基本不受加载速率的影响,比吸能的增大由比动能的增量贡献。面外压缩时,蜂窝结构受惯性效应影响明显,压缩过程中出现局部密实化,蜂窝结构的比动能和比内能都显著增大。

关键词： TPU 蜂窝结构动力学能量吸收

高弹性MXene/TPU纳米纤维纱线的制备及其应变传感性能

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精细化工 2022年第1期39卷 80-85页

作者：郑贤宏胡侨乐聂文琪王宗乾李长龙夏文安徽工程大学纺织服装学院安徽芜湖241000 东华大学化学化工与生物工程学院上海201620

采用静电纺丝技术制备了热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纳米纤维膜,并通过"Biscrolling"的方法制备高弹性过渡金属碳化物/氮化物(Ti_(3)C_(2)Tx MXene)改性TPU纳米纤维纱线。通过SEM、电阻测试、传感性能测试等对复合纳米纤维纱线进行结构和... 详细信息

采用静电纺丝技术制备了热塑性聚氨酯弹性体(TPU)纳米纤维膜,并通过"Biscrolling"的方法制备高弹性过渡金属碳化物/氮化物(Ti_(3)C_(2)Tx MXene)改性TPU纳米纤维纱线。通过SEM、电阻测试、传感性能测试等对复合纳米纤维纱线进行结构和性能表征。结果显示,随着MXene负载量的增加,复合纱线的强度先增加后降低,断裂伸长率可达459%以上,展现出优异的弹性和弹性回复性;MXene片可在纳米纤维纱线表面及内部形成连续导电薄膜,赋予复合纱线较好的导电性[电阻(76±16)Ω/cm]。纱线的应变传感性能测试表明,MXene/TPU纳米纤维纱线的传感系数可高达477.86,线性度高达0.995,高于绝大多数文献报道的纱线传感器,并且在监测人体的各种运动状态上展现出较好的应变传感性能。

关键词： MXene TPU 静电纺丝纳米纤维纱线应变传感器灵敏度功能材料

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TPU对PET力学性能及电镀性能的影响

包装工程 2022年第11期43卷 70-74页

作者：郭彬许云川温浩宇蒲祖文普拉斯包装材料有限公司四川宜宾644007

目的为拓展聚对苯二甲酸(PET)在表面喷涂或电镀包装领域的应用提供一种可行的研究方法。方法从PET韧性、表面电镀性能差等自身特性出发,采用弹性体热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和聚乙烯辛烯共弹性体(POE)对PET进行共混改性,提升PET的韧性和... 详细信息

目的为拓展聚对苯二甲酸(PET)在表面喷涂或电镀包装领域的应用提供一种可行的研究方法。方法从PET韧性、表面电镀性能差等自身特性出发,采用弹性体热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和聚乙烯辛烯共弹性体(POE)对PET进行共混改性,提升PET的韧性和表面极性。结果当TPU和接枝POE的质量分数分别达到3%和20%时,PET的缺口冲击强度可达到31.49 kJ/m^(2),提升了5倍,且PET制品的表面达因值由原来的32提升到了40。结论弹性体TPU和接枝POE的引入,改变了PET分子链的内部排列结构,使得支链增加,且增加了PET表面的极性基团,从而提升了其表面能。

关键词： TPU POE 冲击强度极性基团表面能

柔性石墨烯/聚氨酯导热复合薄膜的制备与性能

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应用化工 2022年第S01期51卷 1-4页

作者：于富豪陈龙刘泉方泽余鹏祥张建安安徽大学化学化工学院安徽合肥230601 安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽合肥230601 安徽省水基高分子材料高性能化工程实验室安徽合肥230601

以鳞片石墨为原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用液相剥离法,获得了稳定的石墨烯(GN)分散液,以其为导热填料,制备了柔性石墨烯/热塑性聚氨酯(GN/TPU)导热复合薄膜。采用紫外可见光谱(UV-vis)、透射电镜(TEM)和拉曼光谱(Raman)对剥离... 详细信息

以鳞片石墨为原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用液相剥离法,获得了稳定的石墨烯(GN)分散液,以其为导热填料,制备了柔性石墨烯/热塑性聚氨酯(GN/TPU)导热复合薄膜。采用紫外可见光谱(UV-vis)、透射电镜(TEM)和拉曼光谱(Raman)对剥离的GN进行了表征,并对柔性复合薄膜的力学性能和导热性能进行了测试。结果表明,所制备的GN分散液具有优异的稳定性,GN为少层结构(4~5层)。当GN用量为0.5%时,所得柔性GN/TPU复合薄膜拉伸强度达到最大值为61.4 MPa、垂直方向导热系数达到最大值为0.86 W/(m·K),较纯TPU分别提高了12.8%和300%。

关键词：石墨烯液相剥离 TPU 导热复合薄膜

TPU与APAO复合改性沥青及其混合料性能研究

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TPU与APAO复合改性沥青及其混合料性能研究

作者：袁建湖南大学

学位级别：硕士

热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU(Thermoplastic Polyurethane)是由二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)/甲苯二异氰酸酯(TDI)与扩链剂构成的硬链段和高分子多元醇构成的软链段交替形成的嵌段线性聚合物。凭借强度高、耐磨、耐低温等特性,TPU已被广泛... 详细信息

热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU(Thermoplastic Polyurethane)是由二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)/甲苯二异氰酸酯(TDI)与扩链剂构成的硬链段和高分子多元醇构成的软链段交替形成的嵌段线性聚合物。凭借强度高、耐磨、耐低温等特性,TPU已被广泛应用于制鞋业、服装等领域。此外,TPU还具有塑料和橡胶的双重特性。因此,将TPU作为沥青改性剂用于道路工程领域是一种新颖有效的方法。TPU改性沥青具有良好的低温性能,但其储存稳定性和高温性能欠佳。作为一种低分子量的非晶态塑性体材料,APAO(Amorphous Poly Alpha Olefin)可以降低沥青的温度敏感性,且有效改善了沥青的高温抗变形能力及储存稳定性。基于这两种改性剂的特点,本文期望通过APAO的加入弥补TPU改性沥青高温性能及储存稳定性欠佳的缺陷,并通过一系列室内试验对TPU/APAO复合改性沥青及其混合料的性能进行测试。主要内容如下:通过正交试验、常规性能和流变性能试验,探究TPU/APAO复合改性沥青的最佳制备工艺和改性剂不同掺量对沥青的改性效果。结果表明:将基质沥青与TPU/APAO在190℃、5000 rpm的条件下剪切搅拌60 min后制备而成的改性沥青具有较优的性能。沥青中掺入TPU/APAO后,针入度和延度减小,软化点、弹性恢复和黏度增大。此外,在不损害TPU单一改性沥青低温PG等级的基础上,APAO的加入进一步改善了其弹性、高温抗永久变形能力、温度敏感性及抗老化能力。综合考虑各掺量改性剂的改性效果,推荐TPU和APAO的最佳掺量分别为2%和6%。通过储存稳定性、荧光显微镜及傅里叶红外光谱试验对改性剂与沥青之间的相容性和作用机理进行分析。结果表明:APAO能够改善TPU在沥青中的分布状态,进一步提升了改性沥青的储存稳定性。此外,APAO与沥青为物理混溶,但TPU分子中的游离异氰酸酯和基质沥青中的极性羧基会发生化学反应,其产物与1750 cm处PU键的形成密切相关。将最佳TPU掺量下的2%TPU、2%TPU+2%APAO、2%TPU+4%APAO、2%TPU+6%APAO与70#沥青分别制备混合料,并通过一系列室内试验探究不同沥青混合料的性能。结果表明:APAO能够改善沥青混合料的高温性能,且掺量越大效果越显著。而TPU相较于APAO更有利于沥青混合料的抗疲劳性能。此外,2%TPU+6%APAO复合改性沥青混合料表现出优越的高温抗车辙能力、低温抗开裂能力、抗水损害能力及抗老化能力。综上,将TPU与APAO复合改性沥青混合料应用于铺筑沥青路面具有一定的可行性。

关键词： TPU APAO 复合改性沥青高低温性能储存稳定性沥青混合料

基于分子动力学模拟的TPU改性沥青相容性及其与集料黏附性研究

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基于分子动力学模拟的TPU改性沥青相容性及其与集料黏附性研究

作者：吕欣大连海事大学

学位级别：硕士

近年来,热塑性聚氨酯弹性体(TPU)作为一种高性能的塑料材料,因其具有良好的弹性、韧性、耐磨性以及制备配方灵活等优点,开始被用作改性剂应用于改性沥青的性能研究中。但是国内外对于TPU改性沥青的研究大多停留在宏观试验以及微观表征... 详细信息

近年来,热塑性聚氨酯弹性体(TPU)作为一种高性能的塑料材料,因其具有良好的弹性、韧性、耐磨性以及制备配方灵活等优点,开始被用作改性剂应用于改性沥青的性能研究中。但是国内外对于TPU改性沥青的研究大多停留在宏观试验以及微观表征层面上,无法从根本上揭示TPU与沥青相容性作用机理和TPU改性沥青与集料之间黏附性作用机理。为此,本文借助分子模拟方法,从分子层面探究了TPU与沥青各组分之间的相容性以及TPU和沥青各组分与集料之间的黏附作用,主要的研究内容如下:(1)TPU改性沥青制备工艺的研究基于正交设计确定制备TPU改性沥青的试验方案,并运用极差分析法,取针入度、软化点和延度作为试验指标来评价制备参数对TPU改性沥青性能的影响程度。最终发现剪切温度对于TPU改性沥青的性能具有显著影响,并确定最优制备工艺参数:剪切温度为160℃、剪切时间为0.5h和剪切转速为3000r/min。(2)TPU改性沥青分子模型的建立与验证在以四组分十二分子沥青模型为基础上,参考已有的研究资料建立了TPU改性沥青分子模型。并利用分子模拟方法,通过计算得到的TPU改性沥青密度和玻璃化转变温度对模型进行验证,证明了TPU改性沥青分子模型构建的合理性。(3)TPU改性沥青的相容性研究通过计算TPU改性沥青模型的溶解度参数、分子势能、径向分布函数和扩散系数研究了TPU与沥青的相容性作用机理。结果表明,在160℃时,TPU与沥青四组分的相容性最好,同时通过荧光显微镜试验证明了这一结论;并且发现芳香分和沥青质与TPU之间存在聚集现象,其中芳香分与TPU之间的聚集会改善TPU与沥青之间的相容性,沥青质则反之。因此选用芳香分含量高、沥青质含量低的基质沥青会改善TPU与沥青的相容性。(4)TPU改性沥青与集料界面黏附性分析构建了TPU改性沥青与集料的界面模型,通过黏附能、扩散系数和相对浓度探究了温度和集料类型以及集料各向异性对TPU改性沥青与集料之间的黏附性的影响,并建立了TPU改性沥青内各组分相互作用和TPU改性沥青与集料黏附性之间的联系。结果表明,TPU改性沥青与方解石各个表面的黏附性均要比石英各个表面的好,其中TPU改性沥青与方解石(018)和石英(101)的黏附性最好。而温度对TPU改性沥青和集料之间的黏附性影响较小,总的来看低温时TPU与集料之间黏附性较好;对TPU改性沥青与石英之间起黏附作用的主要是胶质、饱和分和芳香分,胶质和芳香分可以改善方解石各个表面与TPU改性沥青的黏附强度。

关键词：分子动力学 TPU 改性沥青相容性黏附性

热塑性聚氨酯/石墨烯纳米复合材料的制备及性能研究

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功能材料 2021年第8期52卷 8174-8178页

作者：李晓燕丁富传福建师范大学化学与材料学院福州350007

采用热剥离法和甲苯二异氰酸酯(TDI)改性制备了功能化氧化石墨烯(iGO),并以iGO作为填料制备了热塑性聚氨酯/石墨烯(TPU/iGO)纳米复合材料。采用扫描电镜(SEM)对GO和iGO进行了微观形貌研究;采用XRD衍射仪、拉曼光谱仪和傅里叶红外光谱仪... 详细信息

采用热剥离法和甲苯二异氰酸酯(TDI)改性制备了功能化氧化石墨烯(iGO),并以iGO作为填料制备了热塑性聚氨酯/石墨烯(TPU/iGO)纳米复合材料。采用扫描电镜(SEM)对GO和iGO进行了微观形貌研究;采用XRD衍射仪、拉曼光谱仪和傅里叶红外光谱仪等对复合材料的结构进行了研究;采用精密介电频潜仪测定了复合材料的介电常数和介质损耗因数。结果表明,TDI对iGO材料的插层改性,增大了石墨烯的层间距;TPU-2.0%iGO纳米复合材料的拉曼光谱与纯iGO材料更加相似,而其红外光谱与纯TPU材料更加相似;iGO的掺入,有效提高了复合材料的抗拉强度,当iGO添加量为0.5%(体积分数)时,TPU/iGO纳米复合材料的抗拉强度达到最大,为54.6MPa,比纯TPU基体材料提高了20.5%;在频率为1000 Hz时,TPU-2.0%iGO纳米复合材料薄膜的介电常数最高可以达到308.2,同时介电损耗却很低,在频率>1000 Hz时,其介电损耗在0.2以下。因此,TPU/iGO纳米复合材料可作为有效的EMI屏蔽和ESD材料。

关键词： TPU iGO 纳米复合材料力学性能介电性能

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应用于FDM的形状记忆聚氨酯材料的研究

应用于FDM的形状记忆聚氨酯材料的研究

作者：曾娇武汉工程大学

学位级别：硕士

形状记忆聚合物因其质轻、应变范围大、应用广泛等优点受到越来越多的关注,将形状记忆聚氨酯材料利用熔融沉积成型（FDM）技术打印,能制备出形状复杂的形状记忆成形试样。本论文选择热塑性聚氨酯弹性体（TPU）作为基体材料,多壁碳纳米管... 详细信息

形状记忆聚合物因其质轻、应变范围大、应用广泛等优点受到越来越多的关注,将形状记忆聚氨酯材料利用熔融沉积成型（FDM）技术打印,能制备出形状复杂的形状记忆成形试样。本论文选择热塑性聚氨酯弹性体（TPU）作为基体材料,多壁碳纳米管（MWCNTs）作为增强材料,聚己内酯（PCL）作为共混聚合物,通过熔融共混的方式,制备可应用于FDM打印的形状记忆材料。首先,选择四种常用牌号的TPU,通过拉伸性能和形状记忆性能测试,筛选出两种综合性能优异的TPU拉丝打印,并进行DMA测试,综合地选择了1185A牌号的TPU进行进一步的探究,研究了打印速度对TPU丝材性能的影响。结果表明,打印速度对TPU成形试样的影响较大,速度为20 mm/s时,TPU成形试样的拉伸强度和硬度最高,打印速度继续增加,性能发生突降。为了获得力学性能更优异的复合材料,采用了两种MWCNTs改性的方法制备MWCNTs/TPU复合材料,研究MWCNTs含量对复合材料性能的影响。添加MWCNTs提高了TPU材料的硬度、电导率和形状固定率,形状恢复率略有下降。随MWCNTs含量的增加,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均呈现先增大后减小的趋势。实验结果表明,当KH-550改性MWCNTs的质量分数为2 wt%时,MWCNTs/TPU复合材料的拉伸强度最高为41.71 MPa,质量分数为0.5 wt%时,断裂伸长率最大为709.05%。KH-550改性MWCNTs的效果要略比FS-50改性MWCNTs的效果好。将含2 wt%MWCNTs-KH-550的复合材料进行单螺杆挤出拉丝,设计正交试验探究打印参数对成形试样拉伸性能的影响,结果表明,影响程度最大的因素为打印流量,最佳的打印条件为:打印温度为230℃,打印速度为20 mm/s,打印流量为120%。为了提高TPU材料的形状固定率,选择将PCL与TPU熔融共混,研究了PCL含量对TPU/PCL共混材料拉伸性能、形状记忆性能和硬度的影响。结果表明,PCL的添加提高了TPU材料的拉伸强度、断裂伸长率、形状固定率和硬度,材料的形状恢复率略有减小。当PCL含量为30 wt%时,TPU/PCL共混材料有相对较好的综合性能。通过正交试验研究了打印参数对TPU/PCL打印试样拉伸性能的影响,打印流量的影响最大,最佳的打印条件为,打印温度为210℃,打印流量为120%。为了增强TPU/PCL共混材料的拉伸性能和导电性能,添加MWCNTs,研究MWCNTs的添加含量对TPU/PCL共混材料性能的影响,并探究含MWCNTs的TPU/PCL共混材料是否具有通过电驱动产生形状记忆效应的可能。结果表明,当MWCNTs含量为1 wt%时,TPU/PCL共混材料具有最高的拉伸强度和断裂伸长率,分别为38.23 MPa和700.21%,和未添加MWCNTs的共混材料相比,断裂伸长率提升了11.66%。随MWCNTs含量的增加,材料的电导率增大,有制备出电、热双驱动型形状记忆材料的应用前景。

关键词：熔融沉积成型形状记忆材料 TPU MWCNTs PCL 打印参数

CNTs填充TPU/ABS复合材料的制备及性能研究

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CNTs填充TPU/ABS复合材料的制备及性能研究

作者：王海波南昌大学

学位级别：硕士

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)由于自身一些优良性能被用来做保险杠。但随着社会发展,传统的ABS已经不能满足需求。人们对保险杠的抗冲击性要求更高,同时其外观也是人们购买汽车的一个因素,良好的流动性是加工成型的重要因素,所以对材料的... 详细信息

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)由于自身一些优良性能被用来做保险杠。但随着社会发展,传统的ABS已经不能满足需求。人们对保险杠的抗冲击性要求更高,同时其外观也是人们购买汽车的一个因素,良好的流动性是加工成型的重要因素,所以对材料的流动性有更高的要求。热塑性聚氨酯(TPU)具有良好的抗冲击性、流动性,加入到ABS中可以提升抗冲击性、流动性等,但会使复合材料变软,强度和硬度下降,从而容易发生断裂而达不到材料要求。CNTs是一种优良的增强材料,具有高强度、高硬度等性能,加入到材料中能提升力学性能,所以向TPU/ABS复合材料中加入CNTs以提高其强度和硬度,但是加入CNTs后会导致复合材料冲击性能和流动性下降,从而影响产品质量。通过实验探求三种材料混合性能相对最优比,以实现材料改性达到产品需求。因此,本文通过研究CNTs/TPU/ABS复合材料的力学和流变性能,结合扫描电镜、XRD等进行综合分析,找到相对性能最佳的比例,为今后的实际生产提供一些参考。本文通过熔融共混方法先制备TPU含量为5 wt%,10 wt%,15 wt%,20 wt%的TPU/ABS复合材料。然后注塑成型出标准样条。通过拉伸实验,材料拉伸强度先上升后下降,在TPU为5 wt%时,拉伸强度最大,增长幅度较小;通过冲击实验,材料冲击强度先增后减,总体得到提升,在TPU为10wt%时最大,且增长幅度最大;通过硬度实验,材料硬度随着TPU含量增加而减小;通过熔融指数测试,材料流动性随着TPU含量增加而增加。选择上述实验中性能最优比例的复合材料加入CNTs进行实验,通过熔融共混方法制备CNTs含量为1 wt%、3 wt%、5 wt%的CNTs/TPU/ABS复合材料。将复合材料注塑成标准样条,通过拉伸实验,CNTs含量为3 wt%,拉伸强度最大,但增长幅度明显减小;通过冲击实验,材料的冲击性能先增后减,在1 wt%时最大,后开始减小;通过硬度实验,复合材料硬度先增后减,在1 wt%时最大。通过XRD和DSC实验,加入CNTs后,复合材料的玻璃化温度升高,CNTs在基体材料中异相成核,改善了基体材料的结晶度。通过熔融指数、流变性实验,加入CNTs后,复合材料的熔融指数减小,储能模量、损耗模量、复数黏度也均升高,流动性下降。

关键词： ABS TPU 碳纳米管流变性能力学性能