环保型仲胺扩链剂在双组分聚脲防水涂料中的应用

仲胺扩链剂是双组分聚脲防水涂料配方体系中的关键原材料,其分子结构中的位阻基团可有效降低反应活性、改善操作性,提高配方容忍度,同时改善材料性能。本文重点介绍了3类环保型液体仲胺扩链剂在双组分喷涂聚脲防水涂料(芳香族、脂肪族)、双组分涂刷聚脲防水涂料(天冬聚脲、新型、黏弹型)共5个不同配方体系中的应用。

改性埃洛石纳米管在聚脲基防火涂料中的应用研究

为了提高聚脲基防火涂料的防火性能,探究埃洛石纳米管对聚脲基涂料防火性能的影响,通过表面改性的方法,用甲基三甲氧基硅烷改性埃洛石纳米管,并将改性埃洛石纳米管引入到聚脲膨胀型防火涂料中,采用锥形量热仪、红外光谱分析仪、导热系数仪、场发射扫描电镜、透射扫描电镜、防火性能测试装置等对其进行表征分析。研究发现:添加质量分数为5%的改性埃洛石纳米管的涂料样品的热释放峰值为95.89 kW/m^(2),相较未添加的样品降低了38.48%;总的热释放量为7.20 MJ/m^(2),相较未添加的样品降低了76.50%;总的烟释放值为4.32 m^(2),相较未添加的样品降低了40.98%;常温下导热系数为0.067 W/(m·K),相较未添加的样品降低了17.30%;燃烧后样品残留物表面更加致密,强度更高,对烟热的释放有更好的抑制作用,表现出了优异的防火性能。实验结果表明,改性埃洛石纳米管在降低复合材料导热系数和基体树脂催化成炭方面起到了双重作用,对聚脲基防火涂料防火性能的提高起到了重要作用。

爆炸荷载下聚脲涂覆含局部缺陷油气管道的失效判定研究

通过埋地静爆试验,对经聚脲弹性体材料加固的含局部缺陷埋地油气管道抗爆性能及损伤评价进行研究,同时结合所得试验数据进行数值模拟,建立了浅埋爆炸荷载下聚脲弹性体材料加固含局部缺陷埋地油气管道损伤失效评估准则。结果表明:在折合距离为0.23 m/kg 1/3试验条件的浅埋爆炸荷载作用下,含局部缺陷普通管道与含局部缺陷聚脲管道迎爆面均发生了明显凹陷变形,含缺陷聚脲管道凹陷变形量较前者降低28.87%,且管道迎爆面及端部连接处易于遭受损伤;含局部缺陷普通管道迎爆面超压高于含局部缺陷聚脲管道且变形响应时间早于后者,表明聚脲材料可以有效降低爆炸冲击波压力峰值和推迟爆炸冲击波的作用时间。在进行爆炸荷载作用下管道的损伤失效判定时引入衡量管道横截面变形的截面临界椭圆度指标,最终建立了基于管道截面临界椭圆度的聚脲涂覆含局部缺陷埋地油气管道的超压-冲量损伤准则及判定公式。

聚脲甲醛缓释肥减量深施对小麦和玉米产量及氮肥吸收率的影响

为了探究聚脲甲醛缓释肥(PF)减量深耕对小麦和玉米作物产量、氮肥利用效率以及矿质养分迁移的影响,设置对照(CK)、尿素+旋耕(OPTX)、尿素+深耕(OPTS)、PF+旋耕(PFX)和PF+深耕(PFS)5个处理,在豫南砂姜黑土小麦、玉米农田开展大区试验。结果表明,对比传统尿素(OPT)处理,PF处理小麦、玉米产量显著高于OPT处理,尤其PFS处理较OPTX处理小麦和玉米季产量分别高12%和6.4%,较OPTS处理分别高3.4%和1.8%;与产量不同,PFS处理仅显示玉米季氮肥利用率(NUE)高于OPTX和OPTS处理,而小麦季NUE甚至低于OPTS处理,这可能与PF在小麦季深耕条件下养分释放速度慢有关。对比两种耕作方式,发现PFS处理小麦季产量与PFX处理产量无显著差别,而玉米季产量显著高于PFX处理;与产量不同,PFS处理小麦季NUE显著低于PFX处理,而玉米季无显著差别,这可能与玉米季更适宜的气象条件和小麦季PF养分的后续释放有关。对比土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)残留量和总氮浓度,发现作物收获后,PFS处理0~30和30~60 cm土层NH_(4)^(+)-N残留量与PFX处理无显著差异,NO_(3)^(-)-N残留量显著低于PFX处理,而总氮含量略高于PFX处理,这可能与PF处理在小麦季深耕条件下氮素未释放完全有关。总而言之,依据作物的产量和氮肥利用效率,聚脲甲醛缓释肥在深耕条件下显示出更高的产量效益和增产潜势,尤其玉米季作物吸氮量、产量和NUE有了显著提升,值得被推荐。

聚脲涂覆大型钢制储罐抗冲击性能数值仿真

为提高大型钢制储罐抗冲击性能,开展聚脲涂覆大型钢制储罐冲击响应的数值模拟和理论分析研究。基于前期工作已验证的数值模型,建立聚脲涂覆钢罐的有限元模型。数值模拟结果表明:将聚脲涂覆于罐体外表面能有效降低冲击载荷作用下局部塑性变形,在冲击体撞击角度为45°时能避免罐体穿孔破坏;聚脲涂层的主要防护机制为降速和垫层作用;提高喷聚脲涂厚度能增加罐体最大吸能值和面密度吸能值;当涂层厚度为15 mm时罐体不产生穿透破坏,满足英国储罐设计规范要求。根据罐体冲击响应特征和聚脲涂层作用机制,建立预测罐体断裂临界冲击速度的理论公式,能较精确预测涂覆罐的最大吸能值,可为聚脲涂覆钢制储罐抗冲击防护设计提供科学参考依据。

聚脲润滑脂稠化剂对球轴承疲劳寿命的影响

采用光干涉法、动态击穿电压测试对3种聚脲润滑脂样品润滑膜厚进行了表征,同时测试了3种样品的轴承疲劳寿命和温升特性,对比研究了聚脲润滑脂稠化剂对润滑状态的影响,结果表明:聚脲润滑脂稠化剂在摩擦副表面吸附形成垫层,阻碍了润滑脂乏油润滑引起的润滑膜厚持续减小;聚脲润滑脂稠化剂的类型、含量对表面起源型剥落的轴承疲劳寿命有显著影响,合理的稠化剂配方可显著延长轴承疲劳寿命,这可能与聚脲润滑脂稠化剂的回流特性相关。

考虑多种作用效应的表面防渗聚脲涂层非线性分析及设计

聚脲与聚氨酯相比,具有绿色环保、耐久性好、力学性能优异、施工面适应性强等优势,聚脲基防渗层被广泛应用于水工结构中。鉴于防渗聚脲尚无成型的结构设计计算理论,惯常采用的经验性设计可能会导致不安全、不合理、不经济的设计结果,本研究通过探讨聚脲基表面防渗涂层非线性分析的关键理论,基于有限单元法建立了非线性数值模型。在涂层基面开裂、水压荷载作用、伸缩缝变形等不同受力工况下,通过对材料的受力变形行为、剥离行为、破坏模式等分析,总结了涂层受力变形规律,并基于分析结果,提出表面防渗聚脲设计流程。研究表明:对于水压作用下的涂层基面开裂工况,涂层最大应力随水压荷载、粘结强度增大而增大,随开裂宽度变化不显著,涂层剥离长度随粘结强度增大而减小,随开裂宽度增大而增大;对于伸缩缝变形工况,涂层剥离长度均随涂层厚度增大而增大,涂层剥离长度随伸缩缝变形量增大而增大,随粘结强度增大而减小,剥离长度随水压荷载变化趋势不显著;涂层最大应力随涂层厚度增大而减小,随粘结强度增大而增大,随水压荷载增大而逐渐增大。最终基于数值分析结果提出了考虑伸缩缝变形工况下的聚脲涂层结构设计方法,形成设计流程并计算机软件化。

接触爆炸下聚脲涂层增强钢板的抗爆性能

为满足装甲车等武器装备在接触爆炸下的防护需求,通过实验与数值模拟开展单层钢板及迎/背爆面聚脲增强钢板接触爆炸下的抗爆性能研究,分析不同面密度、不同聚脲涂覆位置下钢板的破坏模式及防护机理,探究在一定面密度下钢板-聚脲厚度比对复合结构抗爆性能的影响。研究结果表明:背爆面涂覆等厚度聚脲能够有效减小钢板背面穿孔及拉伸破坏,降低结构残余位移,迎爆面涂覆等厚度聚脲能够显著增强结构抗爆能力,使接触爆炸下的钢板损伤大大降低;相同面密度下,聚脲吸能性能与聚脲厚度正相关,但是聚脲过厚会导致复合结构变形加大,稳定性降低;综合考虑聚脲增强钢板结构的破坏变形、速度衰减以及能量吸收情况,在研究范围内,钢板迎爆面涂覆厚度比为1∶0.78的聚脲层具有最佳的抗爆性能。

喷涂聚脲弹性体及复合结构抗爆抗冲击性能研究进展

防护结构的抗爆抗冲击性能是生命安全的重要保障,材料和结构是提高防护性能的2种主要途径。喷涂聚脲弹性体凭借良好的力学性能和耗能特性被广泛运用于抗爆抗冲击防护领域。从喷涂聚脲弹性体的抗冲击性能出发,介绍了不同试验方法下喷涂聚脲弹性体优异的爆炸冲击防护性能,分析喷涂聚脲弹性体在不同应变率和环境下良好的适应性,发现涂层厚度和涂层构造会对材料抗冲击性能产生影响;从材料微观层面以及阻抗失配的角度综述了喷涂聚脲弹性体的抗冲击机理,最后阐述了抗冲击复合结构的耗能机理以及优化方法,指出了喷涂聚脲弹性体以及复合结构尚存在的部分问题以及发展方向。

石墨烯对聚脲脂高温流变和摩擦学性能的影响

目的保证轴承体系的安全性和可靠性,研究轴承润滑脂在不同工作温度下的摩擦学性能和流变学性能。方法用机械剥离法制备的石墨烯作为聚脲脂的润滑添加剂,通过四球摩擦试验机、旋转流变仪,研究石墨烯在不同工作温度下对聚脲润滑脂流变行为和摩擦学性能的影响,并通过三维轮廓仪、扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对磨斑形貌和结构进行分析。结果添加石墨烯润滑添加剂使聚脲润滑脂的高温硬化现象明显改善,同时提高了聚脲润滑脂的结构稳定性和抗剪切能力。工作温度为75、150℃时,与空白聚脲润滑脂相比,含1.0%(质量分数)石墨烯的聚脲润滑脂润滑下的轴承钢摩擦副的摩擦系数和磨斑直径分别降低49%、20%和10%、20%。随着工作温度的升高,含石墨烯的聚脲润滑脂样品在钢滑动表面形成的沉积膜的结构有序化碳的含量稍有下降,但与空白聚脲润滑脂相比,石墨烯-聚脲润滑脂沉积膜的结构有序化碳含量高得多。结论结构有序化碳的形成对提高基础脂的减摩抗磨性能起至关重要的作用,石墨烯润滑添加剂还可以有效改善聚脲润滑脂的高温硬化性能、胶体稳定性以及稠化剂的结构稳定性。

异氰酸酯硬段对聚脲弹性体性能的影响

异氰酸酯的分子结构对聚脲弹性体的理化性能影响巨大,为探究异氰酸酯分子结构的变化对聚脲弹性体自修复效率和力学强度的影响规律,选择了4种不同分子结构的异氰酸酯:异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4,4′-二异氰酸酯二环己基甲烷(HMDI)、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI),通过和聚醚胺反应得到了具有不同硬段结构的弹性体:SPU-IP、SPU-HM、SPU-M和SPU-H。通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、动态热机械分析(DMA)和黏度等测试研究了异氰酸酯的分子结构对聚脲弹性体性能的影响机理。结果表明,具有刚性芳香和结晶硬片段的SPU-M和SPU-H,具有紧密的硬段结构域,材料力学强度更高,SPU-IP中不对称的脂环结构提供了足够的链迁移率,材料自修复性能更好。而SPU-M和SPU-IP自修复效率相当,由于SPU-M中苯环位阻较大,导致氢键化羰基大多以无序形式存在,增强了材料的自修复效率。

IPDI型高硬度单组分聚脲的制备及性能研究

为满足高硬度和轻量化的需求,以异氰酸酯为硬段,多元醇和端羟基聚醚为软段,潜固化剂为扩链剂,并加入催化剂、水解促进剂和其他外加剂等制备了IPDI型高硬度单组分聚脲。通过对固化时间、黏度、硬度、力学性能等进行测试,研究了原料组成和配方设计对单组分聚脲性能的影响;采用红外光谱表征了该涂层的微观结构和氢键形成情况,并通过水接触角和吸水率试验评估其防水性能。结果表明:随—NCO含量的增加,单组分聚脲的固化时间和力学性能均逐渐提高,特别是以聚酯多元醇为软段制备的涂层综合性能表现更为优异。此外,涂层力学性能随潜固化剂用量的增加呈先增大后减小的趋势,N—H和C=O吸收峰的偏移表明了涂层中有氢键形成。所制备的IPDI型高硬度单组分聚脲能够满足目标应用需求。

聚脲材料动态力学性能试验研究

应用低阻抗分离式霍普金森压杆和拉杆试验装置开展了聚脲材料动态力学性能的试验研究。分别开展了聚脲8380材料常温条件(T=18℃)下的动态压缩和动态拉伸试验,以及高温(50、80℃)和低温(-40、-20℃)条件下的动态压缩试验,研究了该种材料的动态压缩和动态拉伸性能,并研究了应变率和温度对材料动态力学性能的影响规律。研究结果表明:在不同温度下,聚脲8380材料的动态力学性能均呈现出显著的应变率效应;随着加载应变率的增大,材料的强度、变形能力和耗能能力均有不同程度的提升;聚脲8380材料的动态力学性能具有明显的温度相关性,高温和低温条件下材料的动态压缩性能呈现出不同的变化规律;高温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能发生劣化,其动态抗压强度较常温条件下有较大幅度的降低,随着温度的升高,材料的动态抗压强度降低;低温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能有显著的改善与提升,其动态抗压强度和耗能能力较常温条件下有大幅度的提高,随着温度的降低,材料的动态抗压强度提高。

酸碱盐腐蚀下聚脲静动态力学性能劣化规律

将聚脲材料浸泡在质量分数为5%的H_(2)SO_(4)、NaOH和NaCl三种溶液中,考察了极端条件下聚脲的力学性能和防护性能。利用GL-028型试验机与分离式霍普金森压杆进行力学性能试验,得到其在不同应变率下的应力-应变曲线,分析了聚脲材料在不同环境中浸泡前后的力学性能变化规律。结果表明:聚脲材料具有优良的耐盐、碱性能,对酸性环境比较敏感,经过酸性环境浸泡后,其拉伸强度与峰值应力分别降低了34.45%与20.3%;随着浸泡时间延长,聚脲材料的弹性模量与应力值呈增长趋势,表现出一定的依时性效应。形貌观察结果表明,其未发现明显破坏,显示出优异的耐腐蚀性能。

基于酰基氨基脲和脲键协同作用的自愈合聚脲材料的制备及性能

[目的]制备具有优异力学性能和室温自愈合能力的材料具有极大的挑战性。[方法]以间苯二甲酰肼(IPDH)和硫脲为扩链剂,通过在聚合物硬段中引入酰基氨基脲和脲键基团来制备室温自愈合聚脲材料,分析了不同氢键密度下聚合物的化学结构、热学性能、力学性能和自愈合性能。[结果]以IPDH与硫脲的物质的量比3∶2所制备的材料显示了较好的综合力学性能:拉伸强度19.33 MPa,断裂伸长率929.6%,韧性52.69 MJ/m^(3)。聚合物中存在的多种氢键作用赋予了材料优异的自愈合能力。断裂试样经25℃修补5 h后断裂面基本消失,36 h后拉伸强度和断裂伸长率均恢复了至少80%。[结论]该材料可以在温和的条件下愈合,在智能保护材料方面有潜在的应用前景。

基于时温等效的聚脲动态粘弹特性及抗冲击性能研究

通过准静态力学性能实验和动态热机械实验研究Q411T聚脲材料的基本力学性能和动态热机械性能;基于时温等效原理(TTS)拟合Q411T聚脲的损耗模量、储能模量主曲线,研究Q411T聚脲吸能特性。采用4 kg钢球进行落球冲击试验,通过DH5960动态信号测试分析系统采集钢板在冲击荷载作用下的应变时程曲线,分析有无防护涂层的钢板抗冲击防护效果。结果表明:Q411T型聚脲材料具有良好的力学性能和抗冲击能力,材料的玻璃化转变温度为-20℃,损耗因子的峰值为0.18,在常温状态下材料的损耗因子大于0.12,具有一定的吸能特性;落球冲击试验表明,在钢板迎撞面喷涂2 mm Q411T涂层可以有效抑制结构变形,试样挠度下降45%,钢板抗冲击性能显著提高。

天门冬氨酸酯聚脲的制备和性能研究

为了获得聚合反应速率可调、同时具有强韧力学性能的聚脲材料,采用脂肪族异氰酸酯和天门冬氨酸酯为原料室温下合成了系列聚脲材料,并探究了其结构的变化、流变特性和力学性能。研究结果表明:当聚合反应凝胶时间为930 s时,该聚脲材料具有较好的施工性;产物中氢键发生具有脲基特征的红移;聚脲硬链段与软链段混合呈现强而硬(PUA984)到软而韧(PUA980)的力学性能。实验结果为优化聚脲材料结构,调节其力学性能和反应速率,增强耐候性和可操作性,提供了重要的数据支撑。

聚脲弹性体在高端领域的研究进展

总结了聚脲弹性体的发展,详细介绍了聚脲弹性体在航空航天、军事、可穿戴设备及医疗等高端领域的国内外研究情况,指出了目前研究中的一些不足之处和未来的发展方向,旨在为聚脲弹性体后续的研究提供一定的帮助。

聚脲涂覆油箱抗冲击仿真研究

为提高车载油箱抗冲击能力、降低结构变形和损伤程度,以聚脲涂覆油箱为研究对象,通过材料试验获取Air1608型聚脲弹性材料力学性能参数。在普通油箱表面均匀喷涂5 mm厚聚脲材料,分别开展普通油箱和聚脲涂覆油箱在5 m高度自由跌落工况的有限元仿真计算和试验,仿真结果与试验结果有较好的一致性,聚脲涂覆油箱局部结构最大变形量与涂覆前相比降低约32%。同时开展在油箱内侧和双侧均匀喷涂聚脲情况下的仿真计算,研究发现双侧喷涂聚脲对油箱结构的弹性变形有良好的限制作用,能够减小油箱塑性变形,抗冲击性能较好。

钨球对聚脲铝板结构的侵彻效应

为研究软质聚脲涂覆对2024铝板抗破片冲击性能的增强效应,通过弹道试验加载球形破片撞击不同聚脲涂覆复合结构,分析喷涂聚脲厚度和相对位置对复合板的抗冲击性能影响,基于高速相机和数字图像方法分析复合板的动态破坏,采用CT技术检测局部损伤和界面脱粘。结果表明:双面、背面涂覆聚脲均有效地提高铝板的抗冲击性能,低速度段到中速度段降低幅度大,超过50%,中速度段到高速度段降低幅度小,仅10%左右,涂覆方式对铝板抗冲击性能增强效应影响较小,且增强效应随着破片初速增大而降低;在527 m/s初速冲击下,10Al/2P和10Al/6P结构下破片速度衰减分别为75.5%和79.6%,随着涂层厚度的增加,复合材料板吸收更多的冲击动能;复合结构承受1000 m/s冲击载荷时,4和6 mm涂层厚度下速度衰减分别为20%和21.2%。