聚氨酯基复合材料的结构与流变性能研究(2)
近年以来，关于HTPB（端羟基聚丁二烯）推进剂的报道越来越多，导弹技术也越来越受重视。端羟基聚丁二烯（HTPB）具有很多优异的特性，使其在符合固体推进剂中有着非常广泛的应用。HTPB为透明的结构，它的粘度也比较低，并且加工性能好、耐老化与低温性能都比较优异，它可以与扩链剂、交联剂发生反应，能够生成三文网状的固化物。它可以与甲苯二异氰酸酯(TDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)等发生交联反应生成各种各样性能优异的聚氨酯复合材料，在各个领域中都有着非常广泛的应用，特别是在军事应用中，可以制成固体复合推进剂，这种推进剂的能量比较高，并且其价格低廉，机械性能以及可加工性能好，在很多军事方面得到了广泛的应用，如战术武器与航天型号。而硼粉的单位体积与单位质量的热值较高，其燃烧比较洁净，为固体复合推进剂的第一个考虑的高能燃料。而正如上述所说，HTPB的粘度较小，而在固体复合推进剂中必须要考虑可加工性能，而考虑到HTPB可加入的填料较多，在推进剂中必然需要高填充量的燃料，所以在HTPB聚氨酯中添加硼粉是综合考虑之后的一个理想搭配。
1.1 聚氨酯弹性体简介
1.1.1 聚醚型弹性体的分类
聚氨酯弹性体的分类方法主要有按基础原料分类和按加工方法分类两种方法。在此处，我们只按基础原料成分分类，可分为聚烯烃型聚氨酯、聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯三大类。
聚醚多元醇是制作聚氨酯制品的主要原料。四氢呋喃均聚醚大部分用于生产聚醚共聚弹性体、聚氨酯弹性纤文和聚氨酯弹性体。聚醚型聚氨酯弹性体不但有伸长率大、强度高、回弹力好以及硬度范围宽等良好的力学性能，而且还有着耐疲劳性、低温性能、耐霉菌性、耐水性能、耐磨性、耐酸碱性等优良性能。因此，聚醚型弹性体广泛用于各种领域，如机械、煤矿、汽车、石油等领域，在这些领域中，聚氨酯制品有着多种多样的形状，根据其不同的特性在所用领域内发光发热 [2-5]。
与聚醚型弹性体相比较而言，聚酯型弹性体耐磨耐热性好、强度高，但是也有它本身固有的缺点，如它有预聚体黏度大、不易于操作、不耐水解等缺点。然而聚醚型聚氨酯氢键含量高，而氢键与材料的力学性能有很大关联，所以聚酯型聚氨酯的力学性能方面要比聚醚型聚氨酯表现的更为优良 [6]。
聚烯烃型弹性体是三种弹性体中综合而言性能最好的聚氨酯弹性体，因为它综合了聚氨酯弹性体的良好的性能与天然橡胶的优异特性，它在很多领域都有着广泛的应用，比如在电子、建筑方面的应用。聚烯烃型这种优良的综合性能使其具有更加广泛的应用前景。
1.1.2 聚氨酯弹性体的结构与性能
弹性体在受到外力时，它会发生明显的形变，而当外力被撤出后，其形变能够很快恢复，并且其性能基本不会发生变化[7]。聚氨酯弹性体的应用比较广泛，除了与它性能比较优异的特点有关外，还与它的合成方法以及合成工艺有着密切的关系，合成方法与合成工艺的不同，使得它的性能千差万别，这也就不难解释聚氨酯弹性体的应用领域会如此之宽了[8]。聚氨酯弹性体能有优良的特性，结构决定性能，其优异的性能与其结构密不可分。聚氨酯化学结构的特征是其大分子主链中有重复的氨基甲酸酯链段，如下
聚氨酯的一个非常重要的相关术语是软段和硬段，一般来说，软段又称为柔性链段或软链段，而硬段又被称为刚性链段或硬链段，软段与硬段是相对于室温来说的。顾名思义，软段就是在室温下比较柔顺，其玻璃化温度比室温低，分子链呈现无规排布状态；相反的，硬段就是在室温下比较僵硬，其玻璃化温度比室温高，分子链呈有序排列。多羟基化合物(如聚酯多元醇、聚醚多元醇等)构成软链段，软链段的玻璃化温度比室温低。聚氨酯大分子中的聚烯烃、聚醚、聚酯链段等非常柔顺，呈现无规则卷曲的状态，这就是我们所说的软段（或柔性链段）。因为软链段的相对分子量较大，链段也较长，并且在软链段中均含有C-C单键和C-O单键，所以靠着单键的不停内旋，软链段可以形成各种各样的构象。正是由于软链段的这种柔顺性，使得聚氨酷具有优异的弹性。而硬链段是由多异氰酸酯和低分子扩链剂(二醇、二胺等)反应而成，它们的玻璃化温度高于室温。因为硬段相对分子质量小，链段比较短,但硬链段分子间含有强极性的脲基、氨基甲酸酯基、芳香基等基团,所以硬链段间能够依靠强作用力缔合在一起,很难改变自己的构象，在常温状态下伸展成为棒状，难以改变其构型构象，此种链段比较僵硬，由二异氰酸酯和低分子二胺或二醇等扩链剂反应而生成，因此硬链段也决定弹性体的硬度和耐磨性。