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聚氨酯固—固相变材料的制备与表征

作　者: 高毅
导　师: 王建华；田春蓉
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 应用化学
关键词: 聚氨酯相变热性能力学性能相变机理
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚氨酯固-固相变材料(polyurethane phase change material,简写为PUPCM)是当前相变材料研究领域的一个重要课题。本论文从分子链结构设计出发,采用预聚体法分别制备了聚乙二醇(PEG)基PUPCM、聚己二酸己二醇酯(PAA)基PUPCM和聚乙二醇/聚己二酸己二醇酯(简写为PEG/PAA)复合软段PUPCM,通过傅立叶红外光谱仪(FTIR)确定材料元素组成；热重分析(TG)分析其热循环稳定性、同时对其导热性能进行表征；通过动态力学性能(DMA)测试、硬度测试、拉伸强度测试等手段考察了材料力学性能并就软段对PUPCM性能的影响进行详细分析；通过偏光显微镜(POM)、X射线衍射谱(XRD)、原子力显微镜(AFM)等手段观察PUPCM微相分离结构,初步研究PUPCM的相变机理。研究表明：1.以PEG为软段的PUPCM具有良好的储能能力与热稳定性。此体系中,PEG分子量在2000以上时,所制备的PUPCM才具有相变功能。当PEG含量高于91%时,PUPCM呈现固-液相变,软段含量在50%～91%时,PUPCM呈现固-固相变并具有较高的相变焓。PUPCM的相变温度与相变焓随PEG分子量或含量增加而增加；PEG含量增加,PUPCM的硬度降低,拉伸强度降低。多种分子量PEG按不同比例混合可制备不同相变焓和相变温度的PUPCM。2.PAA基PUPCM相变焓小于相同软段含量的PEG基PUPCM,硬度、拉伸强度高于PEG基PUPCM,动态力学性能优于PEG基PUPCM。PAA基PUPCM热扩散率、比热容和导热系数随软段含量变化趋势与PEG基PUPCM类似。温度低于相变温度时,PAA基PUPCM导热系数高于相同软段含量PEG基PUPCM,温度高于相变温度时,PAA基PUPCM导热系数低于相同软段含量PEG基PUPCM。3. PEG/PAA复合软段PUPCM中,PEG与PAA不相容导致材料出现分层,呈非均匀体系。其热性能和力学性能介于PEG基和PAA基PUPCM之间。4.分析PUPCM相变实质是软段材料结晶态-无定型态之间的转变,由于硬段对软段的束缚作用,材料宏观呈现固-固相变。5. PUPCM具有储能大、强度高、耐磨、耐腐蚀等优点,可直接作为结构嵌件运用于军事领域特殊场合。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-16
  1.1 相变材料概述  8
  1.2 国内外高分子固-固相变材料研究概况  8-11
    1.2.1 物理共混法制备高分子固-固相变材料  9-10
    1.2.2 化学交联/接枝法制备高分子固-固相变材料  10-11
  1.3 聚氨酯固-固相变材料研究背景、概况及研究意义  11-14
    1.3.1 聚氨酯固-固相变材料的结构特点  11-12
    1.3.2 聚氨酯固-固相变材料的研究概况  12-14
    1.3.3 研究聚氨酯固-固相变材料的意义以及本课题的提出  14
  1.4 本论文的研究思路与研究内容  14-16
    1.4.1 研究目的和思路  14-15
    1.4.2 主要研究内容  15-16
第二章聚乙二醇基PUPCM的合成及表征  16-32
  2.1 前言  16
  2.2 实验部分  16-19
    2.2.1 实验原料与设备  16
    2.2.2 样品配方设计与制备  16-18
    2.2.3 样品表征  18-19
  2.3 结果与分析  19-31
    2.3.1 元素结构分析  19-20
    2.3.2 PEG分子量对PUPCM的影响  20-23
    2.3.3 PEG含量对PUPCM的影响  23-26
    2.3.4 PEG对PUPCM热传导性能的影响  26-29
    2.3.5 热性能分析  29-31
  2.4 小结  31-32
第三章聚己二酸己二醇酯基PUPCM制备与表征  32-41
  3.1 前言  32
  3.2 实验部分  32-33
    3.2.1 实验原料与设备  32
    3.2.2 样品制备  32-33
    3.2.3 样品表征  33
  3.3 结果与分析  33-40
    3.3.1 FTIR分析  33-35
    3.3.2 热性能分析  35-38
    3.3.4 力学性能分析  38-40
  3.4 小结  40-41
第四章 PEG/PAA基PUPCM制备与表征  41-46
  4.1 前言  41
  4.2 实验部分  41-42
    4.2.1 实验原料与设备  41
    4.2.2 样品制备  41
    4.2.3 样品表征  41-42
  4.3 结果与分析  42-45
    4.3.1 结构分析  42
    4.3.2 热性能分析  42-44
    4.3.3 POM分析  44-45
  4.4 小结  45-46
第五章 PUPCM相变机理  46-56
  5.1 前言  46
  5.2 实验部分  46
  5.3 结果与分析  46-54
    5.3.1 PUPCM微相分离结构观察  46-48
    5.3.2 PUPCM相变行为分析  48-54
  5.4 小结  54-56
第六章结论及展望  56-58
  6.1 结论  56
  6.2 展望  56-58
参考文献  58-62
攻读硕士期间发表的论文  62-63
致谢  63

聚氨酯固—固相变材料的制备与表征

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