硬质聚氨酯泡沫的制备及长纤维注射增强研究

论文摘要

硬质聚氨酯泡沫具有重量轻、比强度大、绝热性及与其他材料粘结性能好等特点,因此广泛应用在建筑、运输、包装及家具等行业,但是作为结构材料时,还要求其具有高的抗冲击性能、拉伸强度及压缩强度等。玻璃纤维作为一种常见的增强材料对提高硬质聚氨酯泡沫的硬度、强度及热稳定性等具有十分明显的作用,但是在传统的纤维增强硬质聚氨酯泡沫制备工艺中,因受玻璃纤维的添加量和长度的限制,其增强效果并不理想。长纤维注射工艺是近几年来快速发展的一种聚氨酯成型技术,它是将纤维切割成一定长度后与聚氨酯原料一起注射到模具中,因而可以不受纤维长度及添加量的限制,达到很好的增强效果。本文首先以水为发泡剂制备了高性能硬质聚氨酯泡沫,并对其进行长纤维注射增强改性,讨论了硬质聚氨酯泡沫配方中各因素、工艺条件对其性能的影响,考察了硬质聚氨酯泡沫的结构特征和热稳定性;研究了不同纤维长度和含量下增强泡沫的机械性能、泡孔结构、热稳定性及阻燃性能。通过讨论聚醚种类、发泡剂水的用量、异氰酸酯指数、硅油、催化剂等对材料性能的影响,制备出了LFI-RPUF用聚氨酯原料配方:聚醚4110X 80份,聚醚YD303 20份,水0.3份,硅油1.5份,催化剂YT-01 2.5份,阻燃剂YT-11 4份,异氰酸酯指数为1.1;对成型工艺条件分析表明,选取聚醚多元醇和异氰酸酯温度分别为37℃和45℃,模具温度为50℃,泡沫材料的性能最佳。LFI-RPUF复合材料的密度、拉伸性能、弯曲性能及冲击性能随着玻纤含量的增加而增加;长纤维对RPUF的泡孔结构产生较大的影响,玻纤与PRUF界面结合处泡孔发生变形,玻纤聚集处看不到明显的泡孔结构;束状长玻纤在气流的作用下被分散成了单丝、小束及大束状态;玻纤与RPUF有着较强的界面粘结作用;长玻纤有利于提高RPUF的热稳定性;随着长纤维量的增加,复合材料的燃烧速率减小,氧指数（OI）、烟密度和发烟速率增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 硬质聚氨酯泡沫
• 1.1.1 硬质聚氨酯泡沫的定义及特点
• 1.1.2 硬质聚氨酯泡沫的结构与性能的关系
• 1.1.3 硬质聚氨酯泡沫的应用
• 1.2 增强硬质聚氨酯泡沫的研究
• 1.2.1 纤维增强硬质聚氨酯泡沫
• 1.2.2 微粒增强硬质聚氨酯泡沫
• 1.2.3 互穿聚合物网络（IPN）
• 1.2.4 复合增强硬质聚氨酯泡沫
• 1.3 聚氨酯反应注射成型技术
• 1.3.1 反应注射成型（RIM）
• 1.3.2 增强反应注射成型（RRIM）
• 1.3.3 结构反应注射成型（SRIM）
• 1.3.4 长纤维注射（LFI）成型
• 1.4 本课题研究内容及意义
• 第2章 硬质聚氨酯泡沫（RPUF）的制备与性能
• 2.1 引言
• 2.2 原料与设备
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 硬质聚氨酯泡沫材料的合成原理
• 2.4 实验内容
• 2.4.1 硬质聚氨酯泡沫材料的制备
• 2.4.2 测试与表征
• 2.5 RPUF 的配方影响因素讨论
• 2.5.1 聚醚多元醇
• 2.5.2 发泡剂和异氰酸酯指数
• 2.5.3 泡沫稳定剂
• 2.5.4 催化剂
• 2.5.5 阻燃剂
• 2.6 RPUF 的成型工艺条件分析
• 2.6.1 料温
• 2.6.2 模温
• 2.7 RPUF 的红外图谱分析
• 2.8 RPUF 的泡孔结构
• 2.9 RPUF 的热重分析
• 2.10 本章小结
• 第3章 长纤维注射增强硬质聚氨酯泡沫（LFI）复合材料
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料和设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 主要设备
• 3.3 实验内容
• 3.3.1 样品的制备
• 3.3.2 测试与表征
• 3.4 LFI-RPUF 复合材料力学性能分析
• 3.5 LFI-RPUF 复合材料的泡孔结构
• 3.6 LFI-RPUF 复合材料的热稳定性分析
• 3.7 LFI-RPUF 复合材料的阻燃性能分析
• 3.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢