Kokkuvõte:
Kasutades põhitoorainena veeldatud MDI-d ja polükarbonaatdiooli (PCDL), vahuainena vett, katalüsaatoritena trietüülamiini ja dibutüültinadilauraati, sünteesiti polükarbonaat-tüüpi kujumäluga polüuretaanvahud (SMPUF). Veesisalduse mõju vahu jõudlusele uuriti tiheduse testimise, kokkusurumise testimise, diferentsiaalse skaneeriva kalorimeetria testimise ja kujumälu jõudluse testimise abil. Tulemused näitavad, et SMPUF-i kuju taastamise määr ja kuju fikseerimise määr on kuni 100 protsenti ning lühim kuju taastamiseks vajalik aeg on 9 sekundit. Üha kõrgemale ja kõrgemale.
Kujumäluga polüuretaanvaht (SMPUF) on kujumälumaterjalide eriklass. Võrreldes kujumäluga polüuretaanelastomeeriga [1] on SMPUF-i eelised: madal tihedus, hea energia neeldumine, ilmne kuju taastamise efekt ja seda saab kiiresti vormida kindla kujuga [2], nii et seda kasutatakse laialdaselt kosmose- ja biomeditsiinis. , nafta jne. Kaevandamisel ja muudel valdkondadel võib olla rakenduspotentsiaali [3-4]. Sellegipoolest on kujumäluga polüuretaanvahtude kohta väga vähe uurimisaruandeid.
Kang jt[5] sünteesisid mitmeseinalised süsinik-nanotorud/polüuretaanvahud, mille tooraineks oli polüeeterpolüool ja 4,4'-difenüülmetaandiisotsüanaat (MDI) ning vahuainena vesi. Mitme seinaga süsinik-nanotorude lisamine võib oluliselt suurendada polüuretaanvahtude mehaanilist tugevust ja kujumälu omadusi. Chung et al. [6] kasutas polüuretaani sünteesimiseks üheetapilisel meetodil MDI-d, polükaprolaktoondiooli (PCL) ja 1,4-butaandiooli (BDO) ning seejärel lahustas polüuretaani tetrahüdrofuraanis, et valmistada polüuretaan soola leostumise meetodil. Vaht, selle kuju fikseerimise määr ja taastumismäär on üle 98 protsendi. SMPUF-il on laiem arendusruum kui polüuretaanelastomeeridel ning selle valmistamise protsessi ja struktuuri ja omaduste seose uurimist on vaja tugevdada, et laiendada selle rakendust erinevates valdkondades.
Antud uuringus valmistati SMPUF, kasutades peamise toorainena polükarbonaatdiooli (PCDL) ja veeldatud MDI-d ning puhumisainena vett ning uuriti veekoguse mõju kujumäluga polüuretaanvahu omadustele.
Katseosa 1.1 Peamised reaktiivid ja instrumendid Polükarbonaatdiool, kaubamärk PD2000, tööstuslik kvaliteet, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; veeldatud MDI (MM103), ettevõte BASF; 1,4-tsükloheksaandimetanool (CHDM), analüütiline puhastus, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietüülamiin, analüütiline puhastus, Tianjin Fucheni keemiliste reaktiivide tehas; Dibutüültina dilauraat, analüütiline kvaliteet, Tianjini Guangfu peenkemikaalide instituut.
XWW-20Universaalne materjali testimismasin, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 diferentsiaalse skaneeriva kalorimeetria (DSC) instrument, Saksamaa Netzsch Company.
1.2 Katseprotsess
Lisage PCDL kuiva kolmekaelalisesse kolbi, mis on varustatud termomeetri, segisti ja vaakumotsikuga, ning kuivatage see vaakumdehüdreerides 1,5–2 tundi temperatuuril 105 kraadi ja -0.1 MPa. Kui niiskusesisaldus on alla 0,1 protsendi, lõpetage tolmuimemine, jahutage temperatuurini 50 kraadi ja hoidke kuni kasutamiseni suletud anumas. MDI eelkuumutati elektrilises kiirkuivatusahjus 50 kraadi juures 1 tund kuni kasutamiseni.
Kaaluge PCDL, CHDM, vesi, trietüülamiin ja dibutüültinadilauraat, segage ja segage neid suurel kiirusel, seejärel doseerige veeldatud MDI komponendid, segage ühtlaselt suurel kiirusel, valage vormi, vahutamisreaktsioon toimub 15 s jooksul pärast valmimist proove vanandati enne testimist 7 päeva. Katses muudeti ainult isotsüanaadi ja vee kogust (PCDL koguse suhtes 100 g), R väärtus oli 1,05 ja vaht veekogusega ag registreeriti kui SMPUF-a, näiteks SMPUF-0. 5 tähendab, et vee kogus on 0,5 g.
1.3 Testimine ja iseloomustamine
Vahu tihedust testitakse vastavalt GB/T 6343-2009; survetugevust testitakse 20 kraadi juures GB/T 8813-2008 meetodil.
DSC katsetingimused: N2 atmosfäär, temperatuurivahemik 25 ~ 125 kraadi, kuumutamiskiirus 20 kraadi /min.
Rakumorfoloogia test: valgusmikroskoop, 40x, ristlõige, sulfonüülrodamiini B värvimine.
Kujumälu test: kõik proovid on kuubikud mõõtmetega 25 mm × 25 mm × 25 mm ja märgistusjoonte vaheline kaugus on L0; Kuumutage proove 60 kraadini (või 80 kraadi , 100 kraadini), rakendage kokkusurumiseks välist jõudu 20 protsendini ja tegelik kõrgus on märgitud. Jahutage 0 kraadini, hoidke kuju 10 minutit, asetage 30 minutiks toatemperatuurile, mõõtke kõrgus, registreerige see L2-na; Kuumutage proov temperatuurini 60 kraadi (või 80 kraadi, 100 kraadi), registreerige taastatud kõrgus kui L3 ja registreerige taastumine kõrgeima kõrguse jaoks vajaliku aja t-ni. Arvutatakse järgmise valemi järgi:
Kuju fikseerimise määr Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ] × 100 protsenti
Deformatsiooni taastumise määr Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100 protsenti
2 Tulemused ja arutelu
2.1 Veeannuse mõju vahu survetugevusele
Selles katses uuriti veeannuse mõju SMPUF-i survetugevusele ja tulemused on näidatud tabelis 1.
Tabelist 1 on näha, et veesisalduse suurenemisel 0.5 g-lt 3.0 g-ni SMPUF-i tihedus järk-järgult väheneb ning survetugevus esmalt suureneb ja seejärel väheneb. Selle põhjuseks on asjaolu, et vesi reageerib isotsüanaadiga, moodustades uurea rühmad, ja mõned uurearühmad võivad edasi reageerida, moodustades biureedrühmi. Karbamiidirühmade ja biureedirühmade kohesioonienergia on suurem kui uretaanrühmadel, seega veetarbimise suurenemisega tekib veekoguse suurenemine aga ka SMPUF-i sees rohkem tühimikke, suureneb vahu läbimõõt, väheneb materjali tihedust ja seega vähendada materjali tugevust. Seetõttu veetarbimise suurenemisega SMPUF-i survetugevus esmalt suureneb ja seejärel väheneb ning maksimaalne väärtus on 0,49 MPa.
Lisaks vaadeldi mikroskoobiga proovi rakustruktuuri. Vee hulga suurenedes muutub raku läbimõõt suuremaks ja ebaühtlasemaks. Seda seetõttu, et rakkudes olev gaas koosneb peamiselt süsihappegaasist, mis tekib vee ja isotsüanaadi keemilisel reaktsioonil [7]. Vee hulga suurenedes suureneb gaas ja väheneb tihedus.
2.2 Veeannuse mõju vahu soojuslikele omadustele
Joonisel 1 on näidatud SMPUF proovi DSC spekter.
Jooniselt 1 on näha, et veesisalduse suurenemisega tõuseb SMPUF pehme segmendi sulamistemperatuur (Tm) järk-järgult (vastavalt 37 kraadi, 43 kraadi, 47 kraadi, 50 kraadi ja 54 kraadi). Selle põhjuseks on asjaolu, et uurea rühm on polaarsem kui uretaanrühm [8] ja veekoguse suurenemine põhjustab SMPUF-is rohkemate uurearühmade moodustumist, mis suurendab polümeeri molekuli liikumise steerilist takistust. kett. Tm suureneb.
2.3 Veesisalduse mõju vahu kujumälu omadustele
Tabelis 2 on näidatud erinevate veekogustega erinevatel temperatuuridel valmistatud SMPUF-proovide kujumälu omadused.
Tabelist 2 on näha, et erinevate veedoosidega erinevatel temperatuuridel valmistatud SMPUF proovide kuju fikseerimise määr Rf on kõik 100 protsenti; samal temperatuuril suureneb veeannuse suurendamisega vahu kuju taastumise kiirus Rr ja kuju taastumise aeg t. Mõlemad vähenesid järk-järgult; temperatuuri tõusuga suurenes järk-järgult vahu kuju taastumise kiirus ja järk-järgult vähenes kuju taastumise aeg.
PCDL, mis moodustab SMPUF-i pehme segmendi, on kristalliline. Pärast SMPUF-i temperatuuri tõusu ja temperatuuri langetamist "külmub" PCDL-i pehme segmendi molekulaarne ahel temperatuuri langusega. Seetõttu on sellel SMPUF-il hea kuju fikseerimise määr [9]. SMPUF-i kuju taastamise kiirust mõjutab vahu tihedus. Mida väiksem on tihedus, seda väiksem on vaigu osa mahuühiku kohta ja seda väiksem on kõva segmendi sisaldus. Seega, kui temperatuur on konstantne, muutub vahu kuju taastamise efekt veetarbimise suurenedes halvemaks, 60 SMPUF-3 kuju taastamise määrad.0 kraadi juures , 80 kraadi ja 100 kraadi olid vastavalt 93,2 protsenti, 96,0 protsenti ja 98,0 protsenti. Mida suurem on SMPUF-rakkude pooride suurus, seda suurem on vahtskeleti deformatsioon, seda suurem on salvestatud energia ja seda suurem on molekulaarse ahela taastumise stress [10]. Seega, kui temperatuur on fikseeritud, väheneb vahu kuju taastumise aeg järk-järgult koos veetarbimise suurenemisega. , on SMPUF-3.0 kuju taastamise ajad 60 kraadi , 80 kraadi ja 100 kraadi juures vastavalt 26 s, 18 s ja 9 s.
Samuti on tabelist 2 näha, et SMPUF-3.0 taastumismäär suureneb ja kuju taastumise aeg väheneb temperatuuri tõustes. Seda seetõttu, et mida kõrgem on temperatuur, seda rohkem energiat molekulaarne segment saab, seda tugevam on segmendi liikumine ja seda täielikum on pehme segmendi ja kõva segmendi liikumine.
3 Järeldus
(1) Kujumäluga polüuretaanvaht valmistati edukalt, kuju taastumise ja kuju fikseerimise määr olid kuni 100 protsenti (veeannustega 0,5 g ja 1 g) ning kuju taastumisaeg oli nii lühike kui 9 s (vee annus oli 3,0 s). g, temperatuur on 100 kraadi).
(2) Veesisalduse suurenemisega vähenes kujumäluga polüuretaanvahu tihedus järk-järgult, survetugevus esmalt suurenes ja seejärel vähenes ning Tm suurenes järk-järgult.
