非平面环是与平面的苯环相对应的一些脂环,脂杂环结构,通常可以存在几种构象,并且几种构象间可以互相转换。本研究围绕硬段含非平面环的聚氨酯其分子链一级结构对其二级结构及宏观性能的影响展开,并探讨其形变回复能力存在差异的原因。首先合成基础聚氨酯化合物,以对苯二异氰酸酯(PPDI)和对苯二酚二羟乙基醚(HQEE)为硬段,以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为软段。在第一种变化中,保持HQEE的使用,用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)逐步替换PPDI,直到所有PPDI被替换为IPDI。在第二种变化中,保持PPDI的使用,用1,4-环己烷二甲醇(CHDM)或者螺环乙二醇(SPG)逐步替换HQEE,直到HQEE完全被取代。一方面,用AFM单分子力谱对基础聚氨酯聚合物以及一系列被逐步替换的聚合物进行单分子链拉伸模量和库恩链长度的测量。可以发现,不同非平面环取代苯环后,各自的库恩链长受到的影响比较小,而各自的单分子链模量影响比较大。此外,分子链模量的演变规律并不是简单的模量叠加,各种类型的结构对模量的影响规律各不相同。由于受到分子链结构的影响,一系列聚合物的微相分离和宏观性能也发生了显著的变化。通过本研究,可以清楚地看到微观结构的改变对微观和宏观性能的多尺度影响。另一方面,对IPDI系列样品500%应变的拉伸及回复过程进行研究。结果表明,不同非平面环含量的聚氨酯样品表现出截然不同的硬段相及分子链取向的演变过程。我们提出了两种相形貌的演化模型,从微相区尺度解释了聚氨酯回复性能存在差异的原因。第一种模型中,非平面环含量低的样品其硬段能够规整排列成层状硬段相,在拉伸过程中,层状硬段相破裂并形成拉伸诱导结晶,导致最终的形状回复性能较差;而第二种模型中,非平面环含量高的样品,形变后基本能回复到原始状态,可能是硬段中含较多非平面环阻碍了硬段的堆积,只能形成规整性较差的纤维状硬段相,纤维状硬段相在拉伸过程中不会破裂,而软段相基体均匀形变,导致最终较好的形变回复能力。