聚氨酯基复合材料的结构与流变性能研究(3)
高分子材料的流变性能与其可加工性能有着非常非常密切的关系，在进行流变性能研究时，要观察聚合物的粘度以及剪切应力随着剪切速率变化的趋势。从聚合物的流变性能来说，聚合物可分为牛顿流体与非牛顿流体。而辨别其为牛顿流体还是非牛顿流体则要依靠其具体的流变曲线进行分析。所以，为了获得低成本以及高性能的新型聚合物材料，对聚合物共混体系的流变行为的研究非常重要[9]。
流变性能主要通过材料在不同温度、剪切速率的情况下，剪切应力以及剪切黏度的变化，以此来表征材料的可加工性能,并指导工艺条件的拟定。高分子聚合物材料的剪切黏度受很多因素的影响，包括：物料结构及成分(配方成分)，实验条件与生产工艺条件(温度、压力、剪切应力或剪切速率等) [10]。
聚氨酯具有一般高分子聚合物的流变特性，而聚合物黏度对剪切速率或温度的敏感性高低则随聚合物的黏流活化能的大小而有所不同。
1.1.3 聚氨酯的合成方法
以最终使用性能为目的是聚氨酯弹性体设计的初衷，在对其进行配方设计的过程中，应该主要考虑合成工艺的可操作性，这样期望能够满足制品的热稳定性、力学性能、耐低温性能等要求。聚氨酯弹性体的合成工艺主要是预聚体法、一步法和半预聚体法。一般使用预聚体法和一步法，半预聚体法使用较少。
在制备聚氨酯弹性体时应考虑产品的制备工艺与应用要求，由此来选择比较适宜的加工方法。如HTPB聚氨酯弹性体的合成工艺主要是一步法和预聚体法。一般而言，预聚法合成的HTPB弹性体力学性能要优于一步法合成的HTPB弹性体。但由于固体推进剂中需要填充大量的固体填料，预聚法所合成的预聚物粘度较大，难以填充大量的固体填料，因而工业生产中一般采用一步法法合成HTPB聚氨酯复合材料。
1.2 聚丁二烯型聚氨酯弹性体
1.2.1 端羟基聚丁二烯（HTPB）聚氨酯弹性体的合成
端羟基聚丁二烯(简称HTPB或丁羟胶)其最大的特点是分子主链两端带有活性羟基官能团，是一种遥爪聚合物。HTPB是合成聚丁二烯型聚氨酯弹性体的重要原料之一，合成HTPB主要有自由基聚合法和阴离子聚合法两种方法。不同聚合方式得到的HTPB分子结构与性能也存在有较大的差距。HTPB分子主链主要由顺式1,4-结构（ )、反式1,4-结构（ )等重复单元和羟基官能团等组成。
多异氰酸酯的种类很多,但产量最大的只有两种，即甲苯二异氰酸酯（TDI）和二苯甲基二异氰酸酯（包括PADI与MDI）。TDI的应用于发展比MDI早，在相当长一段时间内消耗大量TDI。在我们这次试验中所用的多异氰酸酯为IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯），它的耐光性同HDI一样好。IPDI的售价比HDI高，但比HMDI低。
1.2.2 端羟基聚丁二烯(HTPB)弹性体主要控制因素
和其它高聚物一样,聚丁二烯型聚氨酯弹性体的性能与分子间作用力、分子量、交联、链段的柔顺性、分子体积和分子极性等因素有着密切的关系，而且力学性能主要取决于大分子的主价力、化学结构的规整性、大分子链的柔顺性和分子间作用力，作为交联网络聚合物来说，人们更关注其交联网络结构与力学性能关系的研究。
HTPB聚氨酯弹性体的性能取决于其结构，而其主要是由端羟基聚丁二烯（HTPB）、多异氰酸酯与扩链剂合成的，所以HTPB聚氨酯弹性体的结构与性能必然与这些原料有关。除此之外，还有软硬段含量、固化参数R值等参数有关。
软段与硬段在上文中均有所涉及，现在介绍一下固化参数R值。固化参数R又称为异氰酸酯指数，是-NCO的物质的量与羟基的物质的量的比值。固化参数R值对聚氨酯弹性体的性能有着非常重大的影响。当0<R<1时,分子间发生的是扩链反应，得到端羟基聚氨酯，可用于混炼型聚氨酯弹性体生胶与聚氨酯胶粘剂的主剂等；当R=1时,理论上应生成分子量无穷大的高聚物；当R＞1时,这时反应得到预聚体。因此控制固化参数R值对聚氨酯弹性体的制备具有非常重要的意义。应针对所需弹性体的性能选择合适的R值，也就是说，R值对聚氨酯制备条件的研究具有非常重要的指导意义