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聚氨酯弹性体(PUE)因其优异的性能被广泛应用于国民经济与国防军工等各个领域。而随着应用领域的不断拓宽,其对PUE的性能要求也越来越苛刻。与其他材料一样,聚氨酯弹性体的性能与其多变、特殊的结构密不可分,因此为了弹性体材料的进一步开发和应用,掌握其结构与性能之间的关系至关重要。本文在高顺式端羟基聚丁二烯(HTPB)型聚氨酯弹性体的基础上,分别考察了软段及硬段结构对弹性体性能的影响,以期获得更全面的特性数据,扩展聚丁二烯型聚氨酯弹性体的应用范围。首先,以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1,4-丁二醇(BDO)为硬段,对比了聚四氢呋喃二醇(PTMG)、聚己内酯二醇(PCL)、HTPB和自由基聚合的端羟基聚丁二烯(FHTPB)为软段的聚氨酯弹性体的综合性能。发现低温条件(-30℃)下的韧性、刚性及弹性均优于室温(25℃),这不仅与低温下软段结晶所产生的自增强效应有关,也与软硬两段的微相分离程度增大有关。另外,两种温度条件下,HTPB-PUE的断裂伸长率均优于其他三种弹性体,低温下的弹性恢复能力同样最好,但机械强度则较低。HTPB-PUE拥有优异的低温性能,其玻璃化转变温度(Tg)为-103.3℃(DSC),比 PTMG-PUE 和 FHTPB-PUE 低 20℃ 左右,比PCL-PUE低60℃左右。但由于HTPB分子结构中不含极性基团,氢键作用力弱,因此其初始分解温度仅有240℃,热稳定性不如其他三种弹性体。接着,为了改善HTPB-PUE较差的机械强度和热稳定性,以PCL与HTPB的混合物为软段,与MDI、BDO反应合成出一系列聚氨酯弹性体,并研究HTPB/PCL不同的质量配比对弹性体综合性能的影响。发现PCL的加入有效地增加了氢键数目,提高了分子间作用力,从而提高了弹性体的机械强度和热稳定性,但降低了断裂伸长率、低温弹性恢复能力和微相分离程度。当HTPB/PCL为1:1时,弹性体在常温和低温下的力学性能相对较好。此时,在DSC谱图中可观察到两个玻璃化转变点,分别在-102℃和-43.8℃,对应两种不同的软段结构。最后,仍以HTPB为软段,BDO为扩链剂,考察不同的硬段结构参数对弹性体性能的影响。先使用MDI与之反应,研究不同硬段含量的影响。然后,在硬段含量不变的情况下,研究由MDI、甲苯二异氰酸酯(TDI)以及六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)合成的PUE的性能差异。发现,硬段含量的增加使得氢键化程度及微相分离程度提高,继而提升了弹性体的刚性和强度,但断裂伸长率和低温弹性恢复能力下降。DSC、TGA结果显示,硬段含量高的弹性体低温性能和热稳定性均有所提升,但变化不大。而MDI和TDI的使用使得样品拥有最高的拉伸强度和弹性模量。IPDI型聚氨酯弹性体在两种温度条件下的断裂伸长率最高,可达600%以上。脂肪族HDI由于结构对称,所得PUE的Tg可低达-104℃,而初始分解温度(244℃)最高。总的来说,硬段结构对力学性能影响较大,而对低温性能则影响较小。