关键词：异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、正辛醇、异氰酸酯封端聚氨酯预聚物、侧链二醇扩链剂、常规侧链型聚氨酯（PPU）

Low-Frequency Vibration Damping Polyurethane Elastomers with High Mechanical Robustness via Constrained Pendant Chains

Advanced Functional Materials，15 October 2026

https://doi.org/10.1002/adfm.79116

一、研究背景

振动与噪声控制在精密仪器制造、轨道交通工程、建筑隔振、航空航天等诸多工程领域均具有重要研究意义。聚氨酯弹性体因具备可调控的高分子网络结构，是当前应用最为广泛的阻尼材料之一。高分子材料的阻尼性能源于外力作用下高分子链的松弛耗散过程，低频减振需求要求分子松弛过程处于秒级时间尺度。传统改性方法若单纯延长链段松弛时间，极易引发材料蠕变与塑性变形，导致材料力学强度与尺寸稳定性显著下降，形成阻尼性能与力学性能此消彼长的权衡难题。

常规侧链型聚氨酯（PPU）通过引入游离侧链可一定程度提升阻尼性能，但该结构缺少对侧链根部的约束，在外载荷作用下易发生大范围滑移，导致材料力学稳定性不足。为打破这一矛盾，本研究设计了受限侧链拓扑结构，在侧链根部构建氢键型可逆缔合网络，实现对侧链动力学松弛行为的调控，在保留末端烷基柔性链的能量耗散功能的同时，利用根部氢键网络锁定侧链根部、抑制主链滑移，可同步实现优异的低频阻尼性能与力学性能。

二、材料与方法

以异氰酸酯封端聚氨酯预聚体为原料，搭配含多羟基、脲基结构的扩链剂，通过扩链反应合成带有受限侧链的聚氨酯（CPPU）；同时制备纯PU、普通侧链型PPU作为两组对照样品。采用红外光谱表征材料的氢键相互作用；通过动态力学分析（DMA）测试材料损耗因子tan δ，对低频阻尼特性进行评价；开展单轴拉伸测试表征材料的拉伸强度与断裂伸长率；结合微观网络模型，阐明受限侧链的分子松弛机制，对比PU、PPU、CPPU三者在网络结构以及阻尼-力学性能方面的差异。

三、结果与讨论

1、受限侧链聚氨酯分子网络构筑

在分子结构设计层面，本研究在侧链根部引入脲键与氨基甲酸酯基团，使相邻侧链单元之间形成密集的可逆氢键，构筑动态物理交联网络，对侧链根部产生空间约束；侧链末端保留柔性烷基链段，在外场振动作用下可发生局部运动，耗散振动能量。普通侧链PPU的侧链无根部约束，链段松弛过程不受限，因此阻尼性能提升但力学稳定性较差；纯PU缺少可运动侧链，低频阻尼能力较弱；而CPPU通过氢键缔合网络锁住侧链根部，仅释放末端烷基链进行松弛耗散，实现了分子动力学的精准调控。

2、低频阻尼性能

DMA测试结果表明，CPPU可将高分子特征松弛峰移至低频区间，在1 Hz条件下损耗因子高达0.98，在低频振动条件下具备优异的能量耗散能力。振动振幅-频率测试证实，CPPU在低频区间具有更强的振动衰减效果，与传统PU与PPU相比，CPPU在保持高阻尼性能的同时不会产生明显蠕变。

3、力学性能

受限氢键网络可抑制高分子主链滑移，赋予CPPU优异的力学性能，其拉伸强度可达60.2 MPa。拉伸应力-应变曲线表明，CPPU在大形变条件下仍可维持结构稳定，克服了传统阻尼材料强度低、易发生永久变形的缺陷。

4、机理阐释

氢键形成的动态缔合网络发挥双重调控作用：①对侧链根部产生动力学约束，延长链段松弛时间，使损耗峰落在低频区域；②作为物理交联点，限制主链滑移，抵抗外力引发的不可逆形变，解决了阻尼性能与力学性能之间的固有矛盾。

四、结论

本文提出了受限侧链分子拓扑设计策略，制备得到兼具高力学稳定性与优异低频减振性能的聚氨酯弹性体。通过在侧链根部构筑可逆氢键缔合网络，约束侧链根部运动，可将链段松弛过程调控至低频区间，制备的CPPU在1 Hz下损耗因子可达0.98，同时拉伸强度达到60.2 MPa。该分子工程策略打破了阻尼性能与力学性能之间的权衡关系，为高性能低频减振高分子弹性体提供了全新设计思路，在精密设备隔振、交通降噪、柔性防护等减振场景具有广阔的应用前景。

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