摘要
聚氨酯材料有优异的力学性能、耐磨性能、高承载性能等，可广泛应用于海洋装备中，例如潜艇发射缓冲装置、海洋防护板、船尾轴轴承以及管缆保护套等。但随着海洋资源开发的深入和海洋工况日益的复杂以及周边诸多环境的限制，海洋工程装备的性能也面临着巨大的挑战。而且近年来，人们对海洋工程装备提出了轻量化的要求，因此可以引入纳米粒子作为增强相，可赋予聚氨酯基复合材料新的性能，对于聚氨酯基复合材料具有广泛的应用前景。 本文通过调研选择适用于本文聚氨酯体系的纳米粒子，并制备在同一质量分数下的聚氨酯基复合材料，以实验法对复合材料的力学性能和物理性能进行测试。分析不同种类的纳米粒子对材料性能的影响，筛选出适用于本聚氨酯体系的增强相。对复合材料制备工艺以浇注成型的基础上进行优化，制备在不同工艺参数下的聚氨酯基复合材料，通过力学性能的测试对比，筛选力学性能最佳的工艺参数。制备不同质量分数下的聚氨酯基复合材料，并对其进行力学性能测试，探讨纳米粒子含量对聚氨酯基体的影响。基于复合材料模型公式对聚氨酯基复合材料的弹性模量进行理论预测，并与实验测得的数值进行对比分析。论文得出主要结论如下： （1）二氧化硅（SiO2）和埃洛石纳米管（HNTs）分别制备的复合材料相比于聚氨酯（PU），拉伸强度分别提高了约14%和10%，断裂伸长率分别提高了约32.2%和29.7%。刚性纳米颗粒对聚氨酯硬度的影响比较小。经过20天的紫外老化后，PU/HNTs复合材料的拉伸性能下降约21%；PU/SiO2复合材料的拉伸性能下降约10%。 （2）调整MDI（二异氰酸酯）加入多元醇中的用量，解决制备工艺中固化不完全的情况。调整MDI的用量，筛选出多元醇和MDI的最佳混合比，即100：110。需要往MDI原料中添加多余的5g用量。通过化学计量法计算出实验下需要加入多余MDI的用量，即为0.465g。 （3）研究了纳米SiO2和HNTs含量对聚氨酯基体的影响，即当纳米二氧化硅的含量达到1.3wt%时，复合材料的拉伸性能达到最高值，约为57MPa，比纯聚氨酯提高了约14%。当埃洛石纳米管含量在1wt%时，拉伸性能达到最大值，为57MPa。比纯聚氨酯提高约14%。通过理论模型分别计算出的埃洛石纳米管和纳米二氧化硅的弹性模量与实验结果进行了对比，实验结果与理论模型差异较大，侧面证明复合材料中粒子增强相含量的增多会导致理论模型中的假设条件不适用于实际。
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