基于二硫交换反应和悬挂链协同作用的可控宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料的制备

Aimed at resolving the common scientific issues of weak damping temperature range controllabililty, poor mechanical properties as well as insufficiently tailored molecular structures in high damping elastomer, this project proposes a combination of aromatic disulfides as chain extenders (cross-linker) and unique structured polymers as dangling chains in synthesis of polyurethane elastomer series, in which disulfide exchanges are bound to refine damping properties above room temperature while dangling chains can improve damping features above glass transition temperature. In this way, the high controllabililty of damping temperature range is achieved from the minimum to the maximum service temperature due to the synergistic effect, striking a balance between high controllabililty of damping temperature range and mechanical properties. Based on further investigation on how exactly aromatic disulfide exchanges and how the dangling structure, main chain structure, micro-phase separation and crystallization affect the damping properties, we are dedicated to demonstrate the relationship between mechanical properties and damping performances from a multilevel structure perspective, such as molecular structure and aggregation state, so as to reveal the mechanism for enhanced damping properties, thus providing a theoretical basis and technical reference in the development of novel high-damping materials. .In this project, the problem of contradictory forces between damping and mechanical performances, along with temperature range controllabililty in traditional damping elastomers, has been explicitly addressed in an innovative way through the complex damping effect resulted from disulfide metathesis and dangling chains. With a solid foundation of preliminary, our project possesses advanced research ideas and feasible technical routes, showing a significant value of both theoretical research and practical application.

针对目前阻尼弹性体材料普遍存在阻尼温域可控性差，力学性能低，分子结构设计不足等共性科学问题，本项目拟设计采用芳香族二硫化合物为扩链（交联）剂，特殊结构大分子为悬挂链，制备含少量悬挂链的系列聚氨酯弹性体，利用芳香族二硫交换反应提高室温以上的阻尼性能，悬挂链改善玻璃化转变温度以上阻尼的特性，通过协同作用拓宽材料高阻尼温域范围从最低使用温度至最高使用温度，实现材料阻尼温域的高度可控、阻尼与力学性能的平衡。深入研究二硫交换反应、悬挂链和主链结构、微相分离、结晶等对阻尼性能的影响规律，力争阐明此类弹性体链结构、聚集态结构等多层次结构与材料阻尼性能关系，揭示提高阻尼的机理，为发展高性能新型阻尼材料提供理论依据和技术借鉴。. 本项目利用二硫交换反应和悬挂链的复合阻尼作用解决了传统阻尼弹性体的弊端，创新性突出。项目前期研究基础扎实，研究思路和技术路线先进、可行，具有重要理论研究和实际应用价值。

针对目前阻尼弹性体材料普遍存在的阻尼温域窄，力学性能低等共性科学问题，本项目通过端基交联，制备以不同聚合物（聚酯、聚醚和聚硅氧烷）为悬挂链，并在主链结构中引入二硫结构的聚氨酯类弹性体，通过调节不同悬挂链结构，悬挂链链长分布、悬挂链含量及不同软硬段结构和交联结构，制备得到一类结构可控、宽温域范围内阻尼性能和力学性能均衡的新型结构阻尼弹性体。在此基础上，我们设计了一种含聚酯悬挂链链长梯度分布的聚氨酯弹性体，这种拓扑结构聚合物克服了常规弹性体材料多种性能倒置的共性难题，取得了力学性能，阻尼性能和自修复性能的同步增长。.通过系统研究，优化了悬挂链制备、主链预聚物制备、端基交联等各步反应, 给出基于芳香族二硫交换反应和悬挂链协同作用的可控宽温域高阻尼聚氨酯弹性体材料的制备方法和反应条件参数; 探究了芳香族二硫交换反应、悬挂链、主链结构与弹性体阻尼变化的规律, 利用含二硫小分子化合物建立二硫交换反应模型，确立了加速芳香族二硫交换反应动态平衡建立的催化体系；建立悬挂链结构、链长、数量及主链结构对阻尼、松弛时间和强度、自由体积等粘弹性质的影响规律；阐明弹性体网络结构(不同悬挂链及含量，悬挂链梯度分布、不同软硬段结构，超支化交联等）、相形态（微相分离，结晶）等多层次结构与材料阻尼性能和力学性能的关系，从而揭示此类弹性体提高阻尼的机理，实现对弹性体结构形态与性能的调控，使材料具有良好的综合性能。所制备阻尼弹性体材料在其服役温度范围内tanδ>0.3，最高有效阻尼温域180℃，材料的拉伸强度最高近30MPa，同时含聚酯悬挂链结构的弹性体还具有良好自修复性能。并对二硫交换反应在自修复方面应用做了较为深入的拓展研究。.通过项目研究，培养多名硕士学位研究生，研究成果获得2项授权专利，在SCI和EI收录期刊发表相关研究论文13篇。.通过此类新型结构阻尼弹性体的研究和开发，希望为发展高性能新型阻尼材料提供理论依据和技术借鉴。