基于小角散射技术研究高湿环境下聚氨酯弹性体的松弛行为与机制

The relaxation properties of polyurethane elastomer will be deteriorated under high moisture exposure, which would endanger the whole system safety and reliability. Therefore, how to evaluate the deteriorated mechanism of polyurethane relaxation properties is one of the most considerable problems for the development of advanced military equipments. However, most of them focus on the macroscopic relaxation properties, and little attention is given to the microstructure under high moisture exposure. In this project, small angle scattering techniques will be used to investigate the influence of absorbed water on the microphase separation structure. The influence of water on the evolution of microphase separation structure during relaxation process will be studied via the in-site relaxation experiment/small angle scattering techniques. The deteriorated mechanism of relaxation properties will been described through building the relationship between moisture, microphase separation structure and relaxation properties. The research results can provide theoretical basis for the design and preparation of high performance polyurethane elastomers, and further improve the stability and reliability of weapon systems in complex environments.

高湿环境下，聚氨酯弹性体宏观松弛性能将发生显著变化，严重危及相关系统的安全性和可靠性，因此，如何有效评估高湿环境下聚氨酯弹性体松弛性能劣化的内在机制成为发展先进武器装备迫切需要解决的问题。但目前研究主要关注宏观松弛性能，而极少有研究关注高湿环境对其微观结构的影响。本项目拟利用小角散射技术研究高湿环境下吸附水对聚氨酯弹性体微相分离结构的影响，并结合原位松弛实验/小角散射联用技术，研究松弛过程中微相分离结构的演化规律，进而构建吸湿特性、微相分离结构与松弛性能之间的关系，解析高湿环境下宏观松弛性能劣化的内在机制。本项目的研究结果可为高性能聚氨酯弹性体的设计及制备提供理论依据，进一步提升武器系统在复杂环境下的稳定性和可靠性。

高湿环境下，聚氨酯弹性体宏观松弛性能将发生显著变化，严重危及相关系统的安全性和可靠性，因此，如何有效评估高湿环境下聚氨酯弹性体松弛性能劣化的内在机制成为发展先进武器装备迫切需要解决的问题。但目前研究主要关注宏观松弛性能，而极少有研究关注高湿环境对其微观结构的影响。.本项目利用小角散射技术研究高湿环境下吸附水对聚氨酯弹性体微相分离结构的影响，并结合原位松弛实验/小角散射联用技术，研究松弛过程中微相分离结构的演化规律，进而构建吸湿特性、微相分离结构与松弛性能之间的关系，解析高湿环境下宏观松弛性能劣化的内在机制。具体工作如下：.设计并制备了具有不同软段分子结构和硬段含量的聚氨酯弹性体材料。系统考核了软段分子结构及硬段含量等对吸湿性能的影响规律。聚氨酯弹性体的吸湿动力学过程非常符合Fick模型，拟合结果可以定量获取水分子扩散系数。结果显示，硬段含量越高，吸湿率越低，扩散系数越低。.基于二维红外相关光谱、小角散射及介电谱研究分析了吸湿机制：水分子首先与软段相发生了相互作用；然后，部分无定型的硬段微区与水发生作用，发生了无定型硬段相微区的瓦解；同时，与软段相/硬段相界面区域的极性链段发生了相互作用。.吸水导致聚氨酯弹性体的拉伸性能出现显著的下降，这不仅是由于水分子与聚醚型聚氨酯弹性体的软段相发生了增塑作用，而且水分子也与部分硬段相微区发生了作用，导致了部分硬段相微区瓦解。聚氨酯弹性体的应力松弛行为的结果表明，吸水显著加速了聚氨酯弹性体的应力松弛行为，使应力松弛率显著增加。