玻纤增强硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展.pdf

玻纤增强硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展朱海静杨伟李忠明杨鸣波(四川大学高分子材料科学与工程学院成都610065)王建华罗陈雷芦艾田春蓉(中国工程物理研究院化工材料研究所绵阳610003)摘要主要介绍近年来玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑料的成型方法、力学性能及形态结构等方面的研究进展探讨了玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑料的增强机理详细讨论了玻璃纤维的长度、含量对增强硬质聚氨酯泡沫塑料力学性能的影响。关键词聚氨酯泡沫塑料玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料是一种应用广泛的工程材料是使用特殊的发泡工艺制作而成的具有相对密度低比模量、比强度高以及较好的绝热、隔音、耐化学腐蚀性受到工程界的普遍重视。作为一种理想的轻质结构材料它广泛用于航空结构件、航海结构件及体育运动器材等方面；作为一种很好的能量吸收材料它经常用作各种防撞缓冲包装或衬垫材料；此外较高密度的聚氨酯泡沫塑料还可以作为工程结构材料使用。不过聚氨酯泡沫塑料强度较低在许多特殊的工作条件下达不到使用要求所以很多研究工作者都开展了对聚氨酯泡沫塑料增强的研究。增强聚氨酯泡沫塑料是一种新型的复合材料自20世纪70年代末注模成型技术出现后这种材料得到了迅速发展。1玻纤增强聚氨醋泡沫塑料的成型方法随着机械设备的发展和改进玻纤(GF)增强聚氨酯泡沫塑料成型方法呈现多样化的趋势典型的有浇注成型、注射成型等。浇注成型是用搅拌器将GF分散到组合聚醚中分散均匀后加入一定配比的异氰酸酯快速搅拌迅速进行浇注固化。这种成型方式成本较低模具装置简单但循环周期较长不方便连续化作业而且制品的性能不易得到保证主要是由于空气排除性差和模具的不密封性造成制品中存在空气气泡在制品的后处理过程中可能发生泡沫不稳定现象。聚醚和异氰酸酯在搅拌时要进行真空脱气以减少制品中空气空隙。但抽真空降低了生产效率限制了其工业化生产。增强反应注射成型(BRIM)是将纤维和聚醚搅拌混合分别通过不同的管道将异氰酸酯和聚醚的混合物按一定比例输送到模具中成型。在1976年lsham提出了使用传统的反应注射成型RIM)设备进行粉末GF增强RIM加工的可能性。这种方法反应速度快(一般凝胶时间2.5~4s)生产周期短(3min左右)生产效率高且制品致密性能优越质量易得到保证故这种成型方式发展很快并在工业上得到广泛应用。但它也存在空气气泡的问题而且GF的含量越高泡沫不稳定的情况越严重。另外由于GF的引入对机械设备磨损严重而且在物料输送过程中容易发生沉淀和管路堵塞现象。目前流行的方法是将GF直接加入混合头而不经过管路如意大利CANNON公司最新的Intwet型RRIM设备德国的Krauss-Mafei和Henneke公司也有对应的型号。结构性反应注射成型(SRIM)是20世纪80年代中期在RIM技术基础上完善和发展起来的它是将长GF制成毡、网或其它形状在反应注射前预先放置在金属模具中然后再进行反应注射成型的一门新兴的聚合物加工技术。与RRIM相比SRIM的GF含量可高达60％大大高于一般的RRIM所能达到的最大含量(25％)。在RIM体系中由于受到流动方向的影响很难控制GF的定向。但在SRIM体系中GF的方向不受树脂在充模时流动的影响。2GF增强对聚氨醋泡沫塑料力学性能的影响2．1纤维增强机理Methven等H对GF增强泡沫塑料拉伸性能的研究表明当GF长度小于临界纤维长度时在拉伸载荷作用下。泡沫内的裂纹扩展裂纹遇到GF时终止、转向最终GF被拔出、树脂被拉断破坏。对这种失效方式的解释为：由于GF和树脂的模量不同因此GF和树脂之间存在剪切应力当剪切力超过泡沫基体的极限剪切强度时GF周围的树脂首先被破坏GF被拔出。当GF长度大于临界纤维长度时GF被拉断破裂裂纹