本發(fā)明涉及有機高分子合成領(lǐng)域，特別是一種聚氨酯阻尼材料及其制備的方法。

背景技術(shù)：
阻尼材料是一種阻止機械構(gòu)件受外力產(chǎn)生振動和噪音的材料，它能將固體振動的機械能轉(zhuǎn)換成熱能耗散掉，因而具有緩沖、減振、隔音等性能。阻尼材料要求具有足夠的強度和剛度、及較高的阻尼損耗因子tanδ，能有效吸收振動產(chǎn)生的能量。聚氨酯（PU）是國內(nèi)外研究時間最早、研究最深入的高分子阻尼材料之一，聚氨酯是嵌段共聚物，其分子結(jié)構(gòu)是由氨基甲酸酯為結(jié)構(gòu)單元的硬鏈段和在硬鏈段上的若干軟鏈段組成，根據(jù)軟鏈段結(jié)構(gòu)的不同分為聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯兩類。由于分子中存在大量極性基團，在分子內(nèi)和分子間形成氫鍵，進而形成物理交聯(lián)。這些結(jié)構(gòu)特點使得聚氨酯具有強度高、耐磨、耐撕裂、耐油性好等優(yōu)點，是一種高性能的阻尼材料。高分子阻尼材料在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)，大分子鏈段產(chǎn)生的運動受到鏈段之間摩擦阻力的影響，需要很大外應(yīng)力才能產(chǎn)生形變，表現(xiàn)出良好的阻尼性能。一般將阻尼材料的玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)即tanδ（損耗因子，δ為損耗角）值大于0.4的溫度區(qū)域稱為阻尼溫域，此區(qū)域溫度范圍為實際使用時的環(huán)境溫度時才具有實際的應(yīng)用價值。不同地域的氣候溫度相差迥然，因此不同區(qū)域使用的阻尼材料類型也有所區(qū)別。聚氨酯阻尼材料可以通過設(shè)計其交聯(lián)密度、分子結(jié)構(gòu)中軟硬段的種類和比例、填料的種類和含量等手段獲得符合應(yīng)用要求的聚氨酯阻尼材料。如中國專利ZL200910073985.X中介紹了聚己二酸新戊二醇酯和聚丁二酸新戊二醇酯為軟段合成的聚酯型聚氨酯阻尼材料及制備方法，其特點是聚酯型聚氨酯阻尼材料的分子主鏈具有同碳二甲基結(jié)構(gòu)，其阻尼因子tanδmax對應(yīng)的溫度在10℃以上，而且tanδ＞0.4的阻尼溫域在-4℃～34℃之間（阻尼溫域△t=38℃），阻尼溫域較窄。中國專利ZL201010604832.6對上述專利技術(shù)進行了改進，阻尼溫域有所拓寬，tanδ＞0.4的阻尼溫域△t大于72℃，但是聚氨酯阻尼材料的阻尼因子tanδmax所對應(yīng)的溫度也在10℃以上。以上技術(shù)方案的不足之處在于阻尼溫域?qū)?yīng)的溫度較高，這樣就限制了阻尼材料在低溫寒冷地區(qū)的使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料及其制備方法，該阻尼材料具有較高的阻尼損耗因子，且tanδmax所對應(yīng)的溫度在0℃左右，適宜在寒冷地區(qū)使用。本發(fā)明的技術(shù)問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料，所述的含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的分子主鏈上含有同碳二甲基與丙氧基、甲基丙氧基連接的結(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)為：其中：p=0或1；0≤m≤50，1≤n≤50。一種含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，包括如下步驟：a、含醚鍵聚酯二醇的合成：在裝有攪拌器、溫度計、氮氣的四口瓶中加入醚二醇、有機二元酸和催化劑，通入氮氣保護，溫度160～250℃的條件下反應(yīng)，待酸值降到0.7mgKOH/g以下，抽真空1小時，得到含醚鍵聚酯二醇；b、含醚鍵聚酯型聚氨酯的制備：在裝有攪拌器和溫度計的三口瓶中加入上述制得的聚醚酯二醇，抽真空脫水1-2小時；加入二異氰酸酯，溫度60～90℃反應(yīng)2小時，真空脫除氣泡，制得預(yù)聚體；將預(yù)聚體和擴鏈劑混合進行擴鏈反應(yīng)，經(jīng)硫化后制得含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料。上述含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，步驟a中的醚二醇為丙氧基新戊二醇或甲基丙氧基新戊二醇。上述含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，步驟a中的有機二元酸為丁二酸、己二酸、3,3-二甲基戊二酸中的一種或其混合物。上述含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，步驟a中的催化劑為鈦酸四異丁酯或鈦酸四異丙酯，其加入量為反應(yīng)物總質(zhì)量的0.001%～0.30%。上述含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，步驟a中醚二醇的加料方式為將醚二醇分兩次或三次加入到反應(yīng)容器中，其中醚二醇與有機二元酸的摩爾比為1.01～1.5:1。上述含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，合成的聚醚酯二醇的數(shù)均分子量為1000～5000。上述含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，步驟b中二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯中的一種或其混合物，反應(yīng)物中-OH與-NCO摩爾比為1：2。上述含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，所述擴鏈劑為3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷、1,4-丁二醇、新戊二醇中的一種或其混合物；擴鏈反應(yīng)中，-NCO與擴鏈劑的-NH2或-OH摩爾比為1：0.6～1.2。上述含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的制備方法，硫化過程為室溫放置七天或100℃活化4小時后室溫放置七天。本發(fā)明提供的含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料，分子鏈上含有同碳二甲基和丙氧基或甲基丙氧基的結(jié)構(gòu)，在聚酯型聚氨酯的基礎(chǔ)上引入醚鍵，利用聚氨酯阻尼材料中聚醚型和聚酯型的優(yōu)勢互補，使該阻尼材料既具有聚酯型強度高、耐磨、耐油性好的特點，又具有聚醚型的耐水解、耐撓曲、耐低溫性能優(yōu)良的特點。本發(fā)明阻尼材料具有較高的阻尼因子，tanδ的平均值在0.7以上，且tanδ＞0.4的阻尼溫域較聚酯型聚氨酯阻尼材料的阻尼溫域溫度偏低10℃以上，tanδmax所對應(yīng)的溫度在0℃左右，最低tanδmax溫度達到-8℃，使得本發(fā)明的阻尼材料適宜在低溫寒冷地區(qū)使用。本發(fā)明用含有醚鍵的丙氧基新戊二醇或甲基丙氧基新戊二醇與二元酸制備含醚鍵聚酯二醇，再以此單一原料與二異氰酸制備預(yù)聚體，預(yù)聚體經(jīng)擴鏈得到含醚鍵聚酯型聚氨酯。本發(fā)明過程工藝簡單，產(chǎn)生的副產(chǎn)品少，產(chǎn)率高。附圖說明圖1為實施例1含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的動態(tài)力學(xué)譜圖；圖2為實施例2含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的動態(tài)力學(xué)譜圖；圖3為實施例3含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的動態(tài)力學(xué)譜圖；圖4為實施例4含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的動態(tài)力學(xué)譜圖；圖5為實施例5含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的動態(tài)力學(xué)譜圖；圖6為實施例6含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的動態(tài)力學(xué)譜圖；圖7為實施例7含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料的動態(tài)力學(xué)譜圖。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。實施例1a、含醚鍵聚酯二醇的合成：加料方法為三步法，分三次加入丙氧基新戊二醇。（1）在裝有攪拌器、溫度計、氮氣的四口瓶中加入丙氧基新戊二醇136g、丁二酸119g，通氮氣、冷凝水，并升溫，分餾出水后于180℃±5℃反應(yīng)4小時。通入冷凝水的目的是是產(chǎn)物水分餾出來，并保證反應(yīng)物仍然保留在四口瓶中繼續(xù)反應(yīng)。（2）將反應(yīng)液降溫至150℃，加入62g丙氧基新戊二醇，200±5℃反應(yīng)6小時。（3）反應(yīng)液降溫至150℃，加入55g丙氧基新戊二醇和0.075g鈦酸四異丙酯，200℃±5℃反應(yīng)8小時，定時取樣監(jiān)測反應(yīng)液的酸值和羥值，待酸值降到0.7mgKOH/g以下時，在真空度0.095MPa下抽真空1小時，再測酸值和羥值，分別為0.3mgKOH/g和71.7mgKOH/g，得到數(shù)均分子量1560的含醚鍵聚酯二醇即聚丁二酸丙氧基新戊二醇酯。b、含醚鍵聚酯型聚氨酯的制備：（1）在裝有攪拌器和溫度計的三口瓶中加入150g上述含醚鍵聚酯二醇，在溫度120℃±5℃，真空度0.095MPa的條件下抽真空2小時；然后降溫至60℃以下，加入甲苯二異氰酸酯（TDI-100）33.98g，于80℃±5℃反應(yīng)2小時，在溫度85℃、真空度0.095MPa的條件下抽真空、脫除氣泡，制得聚氨酯預(yù)聚體備用。（2）將擴鏈劑24g1,4-丁二醇加熱熔融，與預(yù)熱的聚氨酯預(yù)聚體混合均勻，澆注到預(yù)熱模具中，在100℃下固化4h，然后室溫條件下固化7天，得到含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料。使用動態(tài)熱機械分析儀（DMA），采用拉伸模式測定阻尼性能，升溫速率為1℃/min，測試頻率1Hz，動態(tài)力學(xué)譜圖如圖1所示。測試所得最大阻尼因子tanδmax＝0.6，tanδmax對應(yīng)溫度8℃，tanδ＞0.4的阻尼溫域在-5℃-28℃，溫域范圍△t為32℃。實施例2a、含醚鍵聚酯二醇的合成：加料方法為二步法，分二次加入丙氧基新戊二醇。（1）在裝有攪拌器、溫度計、氮氣的四口瓶中加入丙氧基新戊二醇207.5g，3,3-二甲基戊二酸加入量為120.2g，通氮氣保護，于200℃±5℃反應(yīng)8小時。（2）反應(yīng)液降溫，加入48.7g丙氧基新戊二醇和0.085g鈦酸四異丁酯，220℃±5℃反應(yīng)8小時，定時取樣監(jiān)測反應(yīng)液的酸值和羥值，待酸值降到0.7mgKOH/g以下時，在真空度0.095MPa下抽真空1小時，測酸值和羥值分別為0.3mgKOH/g和61.9mgKOH/g，得到數(shù)均分子量1800的含醚鍵聚酯二醇即聚二甲基戊二酸丙氧基新戊二醇酯。b、含醚鍵聚酯型聚氨酯的制備：（1）在裝有攪拌器和溫度計的三口瓶中加入150g上述聚醚酯二醇，在溫度120℃±5℃，真空度0.095MPa的條件下抽真空2小時；然后降溫至60℃以下，加入29.64g二苯基甲烷二異氰酸酯，于60℃±5℃反應(yīng)2小時，在溫度85℃、真空度0.095MPa的條件下抽真空、脫除氣泡，制得聚氨酯預(yù)聚體備用。（2）將擴鏈劑16.79g3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷加熱熔融，與預(yù)熱的聚氨酯預(yù)聚體混合均勻，澆注到預(yù)熱模具中，用與實施例1相同的條件固化成型。得到含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料。用與實施例1相同的條件測試其阻尼性能，測試所得最大阻尼因子tanδmax為0.57，對應(yīng)溫度7℃，tanδ＞0.4的阻尼溫域在-3℃～25℃，溫域范圍△t為28℃，動態(tài)力學(xué)譜圖如圖2所示。實施例3a、含醚鍵聚酯二醇的合成：加料方法為三步法，分三次加入丙氧基新戊二醇。（1）在裝有攪拌器、溫度計、氮氣的四口瓶中加入丙氧基新戊二醇149g、己二酸124.8g，通氮氣保護，餾出水后于160℃±5℃反應(yīng)4小時。（2）、將反應(yīng)液降溫，加入72g丙氧基新戊二醇，200±5℃反應(yīng)6小時。（3）反應(yīng)液降溫，加入45g丙氧基新戊二醇和0.019g鈦酸四異丁酯，230℃±5℃反應(yīng)7小時，待酸值降到0.7mgKOH/g以下時，在真空度0.095MPa下抽真空1小時，再測酸值和羥值，分別為0.4mgKOH/g和49.9mgKOH/g，得到數(shù)均分子量2230的含醚鍵聚酯二醇。b、含醚鍵聚酯型聚氨酯的制備：（1）、在裝有攪拌器和溫度計的三口瓶中加入150g上述聚醚酯二醇，在溫度120℃±5℃，真空度0.095MPa的條件下抽真空2小時；然后降溫至60℃以下，加入23.76g異佛爾酮二異氰酸酯，于80℃±5℃反應(yīng)2小時，在溫度90℃、真空度0.095MPa的條件下抽真空、脫除氣泡，制得聚氨酯預(yù)聚體備用。（2）將擴鏈劑16.53g新戊二醇加熱熔融，與預(yù)熱的聚氨酯預(yù)聚體混合均勻，澆注到預(yù)熱模具中，用與實施例1相同的條件固化成型。得到含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料。用與實施例1相同的條件測試其阻尼性能，測試所得最大阻尼因子tanδmax為0.78，對應(yīng)溫度-4℃，tanδ＞0.4的阻尼溫域在-18℃～26℃，溫域范圍△t為44℃，動態(tài)力學(xué)譜圖如圖3所示。實施例4用與實施例1相同的方法合成含醚鍵聚酯二醇和聚氨酯預(yù)聚體，不同之處為合成含醚鍵聚酯二醇時丙氧基新戊二醇的的加入量分別為145.6g、69.4g和32g，丁二酸加入量為121.9g，測定的酸值和羥值分別為0.4mgKOH/g和49.9mgKOH/g，所得含醚鍵聚酯二醇的數(shù)均分子量2850。合成聚氨酯預(yù)聚體時，加入23.76g甲苯二異氰酸酯（TDI-100），擴鏈劑為16.53g3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷。用與實施例1相同的條件固化成型。采用實施例1的方法測試其阻尼性能，測試所得最大阻尼因子tanδmax為1.23，對應(yīng)溫度-8℃，tanδ＞0.4的阻尼溫域在-17℃～30℃，溫域范圍△t為47℃，動態(tài)力學(xué)譜圖如圖4所示。實施例5用與實施例1相同的方法合成含醚鍵聚酯二醇和聚氨酯預(yù)聚體，不同之處為二元酸為己二酸，合成含醚鍵聚酯二醇時丙氧基新戊二醇的加入量分別為160g、85.8g和10.4g，己二酸加入量為151.4g，測定的酸值和羥值分別為0.4mgKOH/g和50.6mgKOH/g，所得含醚鍵聚酯二醇的數(shù)均分子量2200。合成聚氨酯預(yù)聚體時，加入36.13g甲苯二異氰酸酯（TDI-100），擴鏈劑為23.15g3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷。用與實施例1相同的條件固化成型。采用實施例1的方法測試其阻尼性能，測試所得最大阻尼因子tanδmax為0.65，對應(yīng)溫度-6℃，tanδ＞0.4的阻尼溫域在-18℃～8℃，溫域范圍△t為26℃，動態(tài)力學(xué)譜圖如圖5所示。實施例6用與實施例3相同的方法合成數(shù)均分子量1560的含醚鍵聚酯二醇和聚氨酯預(yù)聚體，不同之處為固化條件為室溫固化7天，得到含醚鍵聚酯型聚氨酯阻尼材料。用與實施例1相同的條件測試其阻尼性能，測試所得最大阻尼因子tanδmax為0.6，對應(yīng)溫度10℃，tanδ＞0.4的阻尼溫域在-2℃～28℃，溫域范圍△t為30℃，動態(tài)力學(xué)譜圖如圖6所示。實施例7用與實施例1相同的方法合成數(shù)均分子量1500的含醚鍵聚酯二醇和聚氨酯預(yù)聚體，不同之處為合成含醚鍵聚酯二醇時原料選用甲基丙氧基新戊二醇，加入量分別為120.3g、60.1g和57.2g，丁二酸加入量為89.44g，所得含醚鍵聚酯二醇的酸值和羥值分別為0.4mgKOH/g和74.4mgKOH/g。合成聚氨酯預(yù)聚體時，加入35.32g甲苯二異氰酸酯（TDI-100）和21.27g3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷擴鏈劑。用與實施例1相同的條件固化成型。用與實施例1相同的條件測試其阻尼性能，測試所得最大阻尼因子tanδmax為0.79，對應(yīng)溫度13℃，tanδ＞0.4的阻尼溫域在3℃～31℃，溫域范圍△t為34℃，動態(tài)力學(xué)譜圖如圖7所示。