2. 1 力學(xué)性能

    選用聚醚多元醇 ( PTMG1000) 、二苯基甲烷二異氰酸酯 ( MDI) 和 1，4－丁二醇 ( BDO) 為基礎(chǔ)體系，探究了芳綸短纖維含量在 0%、0. 1%、0. 3%、 0. 5%、0. 7%、0. 9% 時(shí)，對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響。

    由表 1 可知，隨著纖維含量的增加，材料的硬度和撕裂強(qiáng)度明顯增大，斷裂伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)槔w維本身的硬度、模量遠(yuǎn)高于聚氨酯彈性體，材 料經(jīng)過纖維復(fù)合后硬度明顯增大。分散在聚氨酯基體中的纖維雜亂堆疊，在受到外力作用時(shí)起到傳遞分擔(dān)應(yīng)力的作用。而對(duì)于短纖維復(fù)合材料來說，材料的破壞往往要先經(jīng)過纖維的脫拔才能實(shí)現(xiàn)，極性芳綸短纖和極性的聚氨酯基體間有良好的相互作用，界面黏結(jié)力強(qiáng)，從而使材料的拉伸強(qiáng)度增大。另一方面纖維的加入延緩了撕裂過程中裂紋的擴(kuò)展，使材料的撕裂強(qiáng)度大幅度提高。未加入纖維的聚氨酯彈性體具有不錯(cuò)的應(yīng)變承受能力，而芳綸纖維的加入破壞了材料的均勻性，可能導(dǎo)致斷裂伸長(zhǎng)率降低。

2. 2 耐低溫性能

    聚氨酯彈性體的耐低溫性能可以用 Tg 來表征， 而影響其 Tg 大小的主要因素是分子間作用力和主鏈柔順性。芳綸纖維的加入對(duì)材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影 響如圖 1 所示。由圖 1 可知，纖維的加入使材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降，耐低溫性能變好。這可能是因?yàn)閷?duì)位芳綸纖維分子鏈中的酰胺基團(tuán)與聚氨酯分子鏈產(chǎn)生氫鍵作用，改變了原有的物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使分子鏈柔順性相對(duì)增加。從圖中還可以看到，隨著纖維含量的增加，材料 Tg呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)，但是影響不大。

2. 3 動(dòng)態(tài)性能

    聚氨酯復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)性能可以用損耗因子來表征，材料的損耗因子越大，阻尼減震性能越好。芳綸纖維含量對(duì)材料損耗因子的影響如圖 2 所示。由圖 2可知，隨著纖維含量的增加，材料的損耗因子逐漸減小，損耗峰溫度小幅度移向高溫，材料的阻尼減震性能變差。這可能是因?yàn)榉季]短纖維的加入加快了應(yīng)力在材料內(nèi)部的傳導(dǎo)，應(yīng)變的響應(yīng)并不再單一的依賴分子鏈的運(yùn)動(dòng)，從而使材料在外力作用下引起的能量?jī)?nèi)耗減少，損耗因子減小。另外，纖維在材料基體內(nèi)的分布不均也可能會(huì)造成材料動(dòng)態(tài)性能的下降。

2. 4 老化性能影響

2. 4. 1 老化形貌

    聚氨酯材料在日常使用中難免受到熱水、熱空氣 等環(huán)境因素的影響而發(fā)生不同程度的老化現(xiàn)象，對(duì)材料的形貌和性能產(chǎn)生巨大影響。如圖 3 所示，未老化 試樣的顏色隨著纖維含量的增加而加深，由乳白半透明逐漸加深到米黃色。熱空氣老化實(shí)驗(yàn)后試樣顏色加深變?yōu)橥咙S色，材料發(fā)生老化。這主要是由異氰酸酯 苯環(huán)上的亞甲基發(fā)生氧化進(jìn)而生成發(fā)色基團(tuán)造成的。熱水老化試驗(yàn)后試樣顏色加深變?yōu)楹稚?，?duì)材料形貌影響嚴(yán)重。試樣顏色的變化與材料的水解有關(guān)。

2. 4. 2 熱空氣老化性能

    由圖 4 可知，熱空氣老化后試樣的拉伸強(qiáng)度下 降，斷裂伸長(zhǎng)率增大。隨著纖維含量的增加，拉伸強(qiáng) 度保持率減小，斷裂伸長(zhǎng)率保持率增大。這可能是因 為老化破壞了纖維與基體間的氫鍵作用，材料物理交聯(lián)點(diǎn)減少，從而使拉伸強(qiáng)度下降。而斷裂伸長(zhǎng)率保持率的增加表明纖維的加入使材料在應(yīng)力作用下的可形 變量增加，老化后材料具有更好的延伸性。

2. 4. 3 熱水老化性能

    由圖 5 可知，試樣熱水老化后拉伸強(qiáng)度普遍下降，斷裂伸長(zhǎng)率明顯增大。隨著纖維含量的增加，拉 伸強(qiáng)度保持率呈下降趨勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)率保持率呈上升趨勢(shì)。這與熱空氣老化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相似。這是因?yàn)闊崴匣^程中水分子擴(kuò)散到材料內(nèi)部起到了增塑的作用，削弱了大分子間作用力，分子鏈活動(dòng)性增加，材料拉伸強(qiáng)度下降，斷裂伸長(zhǎng)率增大。

2. 5 耐磨性能

    由圖 6 可知，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的纖維含量對(duì)材料耐磨性能并沒有明顯影響。理論上具有高模量和高耐磨性的芳綸纖維復(fù)合彈性體后，在材料磨損過程中會(huì)對(duì)材料表面起到保護(hù)作用，從而提高材料整體的耐磨性。由于實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)芳綸纖維含量在 0 ～ 0. 9%之間，并不涉及高填充量芳綸纖維對(duì)耐磨性能的影響，所以對(duì)于較高纖維填充量對(duì)材料耐磨性的影響還需要進(jìn)一步探究。