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Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2019年第21期·31·文章编号：2095－6835（2019）21－0031－03聚氨酯泡沫原料改进的探究蔡照贤（福建省建筑科学研究院有限公司；福建省绿色建筑技术重点实验室，福建福州350025）摘要：聚氨酯硬泡体是一种具有保温与防水功能的新型合成材料，其导热系数低，仅0.022～0.033W/（m*Κ），相当于挤塑板的一半，是目前所有保温材料中导热系数最低的。
目前，硬质聚氨酯泡沫塑料主要应用于建筑中的保温和防水以及一些建筑隔热等环节。
聚氨酯泡沫由聚醚多元醇与异氰酸酯发生亲核加成反应得到。
而聚醚多元醇是石油工业的一种产品，聚氨酯泡沫的大量生产和利用将加重能源负担。
化石能源是全球消费的最主要的能源。
随着化石能源的大量消费，一系列的环境问题随之而来。
而且能源枯竭的危机日益明显，全球的目光都慢慢转移到了可再生能源。
目前国内一直在探寻着用生物多元醇代替石油制品中的多元醇。
关键词：生物多元醇；聚氨酯泡沫；原料改进；生物质液化中图分类号：TQ328文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2019.21.0111研究背景人类发展离不开能源。
自改革开放以来，中国形成了煤炭、电力、石油天然气以及新能源和可再生能源供应体系。
但由于受中国社会发展的刚性需求的影响，因受化石能源开发利用方式的制约，能源约束趋紧，环境污染严重，生态系统退化等问题日益加重[1]。
2013年，中国能源消费总量37.5亿吨标准煤，同比增长3.7%，在全年能源消费中，能源消费结构进一步优化，清洁能源比重提高近一个百分点[2]。
而据有关部门统计，中国每年可利用的生物质能源总量约为5亿吨标准煤[1]。
在全球能源危机的背景下，中国作为一个农业大国，提高生物质能源利用率已经是刻不容缓的事。
玉米芯、玉米秸秆以及竹木等生物质材料由于其组分的结构特点受到了人们的关注。
聚氨酯研究进展范文聚氨酯是一种重要的聚合物材料，具有优异的力学性能、耐热性、耐候性和耐化学性。
近年来，对聚氨酯的研究得到了广泛的关注和深入的探索。
下面将对聚氨酯研究的进展进行详细介绍。
首先，就聚氨酯的合成方法而言，传统的合成方法主要是预聚体法和共聚法。
预聚体法是将聚酯多元醇与异氰酸酯做反应，得到聚氨酯预聚体，再通过添加链延长剂和交联剂进行聚合反应得到聚氨酯。
而共聚法则是在聚酯多元醇与异氰酸酯反应的同时，添加烯醇或二官能基醇进行共聚反应。
这些合成方法在传统材料中已经得到广泛应用，但是其中存在着废酸、噪音、能源消耗大等不足之处。
为了克服传统方法的不足，近年来研究人员提出了一些新的合成方法，如催化剂法、生物法、溶剂法等。
催化剂法是在聚酯多元醇和异氰酸酯反应中添加催化剂，可以加速反应速度，降低反应温度和催化剂的用量。
生物法则是利用微生物来合成聚氨酯，这种方法可以减少环境污染，具有较好的可持续性。
溶剂法是在合成过程中添加合适的溶剂，可以改善反应均匀性，提高产率和产品质量。
这些新的合成方法为聚氨酯的生产提供了新的思路和途径。
其次，聚氨酯的改性研究也在不断的进行中。
通过改变聚氨酯的结构和添加适当的添加剂，可以改善其性能，拓展其应用领域。
例如，在聚氨酯中引入硅氮化物结构单元可以显著提高其力学性能和耐热性，使得聚氨酯具有更广泛的应用前景。
此外，添加纳米填料如纳米粒子、纳米纤维等，可以增强聚氨酯的力学性能、导电性能和抗烧蚀性能。
这些改性方法使得聚氨酯的性能得到了进一步提升，适应了更为严苛的应用环境。
最后，聚氨酯在新领域的研究也在不断进行中。
例如，在医学领域，聚氨酯可以作为可降解的植入材料，用于骨修复、软组织修复等方面。
在能源领域，聚氨酯可以作为储能材料应用于超级电容器、锂离子电池等方面。
此外，聚氨酯还可以用于涂料、胶粘剂、弹性体等领域。
对于这些新领域的研究有助于拓展聚氨酯的应用范围，满足不同领域的需求。
总之，聚氨酯作为一种重要的聚合物材料，近年来得到了广泛的研究和应用。
低密度长玻璃纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料及制备方法概述材料背景低密度长玻璃纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料是一种应用广泛的复合材料，具有良好的阻燃性能和机械性能。
它结合了聚氨酯发泡材料的轻质、绝热和吸震性能，以及玻璃纤维增强材料的高强度和高温稳定性。
因此，低密度长玻璃纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料在航空航天、汽车、建筑和电子等领域有着广泛应用的前景。
研究目的本文旨在研究低密度长玻璃纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料的制备方法，以提高其性能和使用范围。
通过深入探讨该材料的合成工艺、特性测试以及应用前景，为相关领域的科研人员和工程师提供参考和借鉴。
低密度长玻璃纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料制备方法原材料准备1.聚氨酯预聚体：选择适当的聚氨酯预聚体作为基体材料，确保其具有较好的可流动性和成型性。
2.玻璃纤维增强剂：选择具有较好机械性能和高温稳定性的长玻璃纤维作为增强剂，控制纤维长度和含量以达到预期的增强效果。
3.阻燃剂：选择符合阻燃标准的阻燃剂，并考虑其对聚氨酯发泡性能的影响。
材料制备步骤1.预处理玻璃纤维：将玻璃纤维经过去油、去浸渍等处理，以提高纤维与聚氨酯的结合性能。
2.预热聚氨酯预聚体：将聚氨酯预聚体加热至一定温度，以降低其粘度，提高其可流动性。
3.混合材料：将预处理的玻璃纤维与预热的聚氨酯预聚体充分混合均匀，确保纤维分散均匀。
4.添加阻燃剂：将符合要求的阻燃剂适量加入到混合材料中，进行再次混合，以确保阻燃剂充分分散。
5.发泡：将混合材料注入模具中，在一定的温度和压力条件下进行发泡，以获得所需的材料密度。
6.固化：将发泡后的材料进行固化处理，使其获得较好的机械性能和热稳定性。
低密度长玻璃纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料的特性测试密度测试使用密度计或称量法对材料的密度进行测试，以确定其密度符合预期要求。
机械性能测试1.抗拉强度测试：按照国际标准将样品制备为标准试样，使用万能试验机进行拉伸测试，测定抗拉强度和断裂伸长率。
2.弯曲强度测试：将样品制备为标准试样，使用弯曲试验机进行弯曲测试，测定弯曲强度和弯曲模量。
第16卷1999年 第4期10月复 合 材 料 学 报A CTA M A T ER I A E COM PO S ITA E S I N I CA V o l .16 N o.4O ctober 1999 收修改稿、初稿日期:1998212220,1998207215玻璃纤维增强灌注型聚氨酯泡沫塑料的拉伸、压缩性能和破坏机理闻荻江 陈再新 李国忠3(苏州大学材料工程学院,苏州215021) (3山东建材学院)摘 要 研究了用短切玻璃纤维对硬质聚氨酯泡沫体的增强效果及拉伸、压缩的破坏行为。
结果表明当纤维长为12mm 时,6w t %纤维含量的增强效果为最好,可以使泡沫体的拉伸强度提高75%,压缩强度提高25%,压缩模量增加约30%。
纤维增强的泡沫体拉伸产生的裂纹扩展时,遇到纤维可能终止扩展(应力不大时),也可能发生偏转(应力较大时);泡沫破坏时,可能出现纤维拉出、拉断等不同的破坏形式。
增强泡沫体在压缩破坏时,主要是泡沫结构的支柱弯曲、扭转变形引起泡壁破裂和支柱失稳,并导致材料的破坏。
关键词 玻璃纤维,聚氨酯,增强泡沫体,破坏机理中图分类号 TB 332 泡沫塑料的最大优点是质轻、隔热保温、吸音及缓冲抗震性优良,故得到广泛的应用,但作为结构材料的配套材料,还缺乏一定的强度和刚度。
纤维增强泡沫塑料为树脂基体、纤维及气体所组成的一种三相复合材料。
利用玻璃纤维增强泡沫塑料进入结构材料的应用,是技术领域的一个新趋势,也是泡沫塑料的一个重要研究课题。
以纤维增强泡沫塑料,使原泡沫基体的强度、蠕变阻尼、变形、热扭曲温度及其它物理性能有明显的改善[1]。
因此,很有必要对其物理机械性能和拉伸破坏机理进行探索和研究。
本文作者根据国内的灌注成型的聚氨酯泡沫,利用短切玻璃纤维增强,考察了其物理机械性能和拉伸破坏机理。
1 实 验1.1 原材料 树脂:组合聚醚(Θ0.04 50,含发泡剂)、PA P I (均由常州向阳化工厂提供) 玻璃纤维:中碱45s1.2 玻璃纤维的预处理 将纤维切短为12mm ,干燥待用。
工 程 塑 料 应 用ENGINEERING PLASTICS APPLICATION第44卷，第8期2016年8月V ol.44，No.8 Aug. 2016124doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.08.027硬质聚氨酯泡沫压缩性能增强研究进展*鲍铮，刘钧，张鉴炜，边佳燕(国防科学技术大学航天科学与工程学院，长沙 410073)摘要：从纤维增强、粒子增强、混杂增强3个角度介绍了不同增强体对硬质聚氨酯泡沫压缩性能的增强改性效果，阐述了各类增强体的增强机理与特点，讨论了表面改性对增强效果的影响，并对不同增强体提高硬质聚氨酯泡沫压缩性能的发展趋势作出展望。
关键词：硬质聚氨酯泡沫；增强体；改性；压缩性能中图分类号：TQ328.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2016)08-0124-05Research Progress on Reinforcement for Compressive Property of Rigid Polyurethane FoamsBao Zheng ， Liu Jun ， Zhang Jianwei ， Bian Jiayan(College of Aerospace Science and Engineering ， National University of Defense and Technology ， Changsha 410073， China)Abstract ：The reinforced effects of different reinforcements ，including fiber reinforcing ，particle reinforcing and hybrid rein-forcing ，on the compressive properties of the rigid polyurethane foam were reviewed. The reinforcing mechanisms and characteristics for the different reinforcements were expounded ，and the in fluences of the surface modi fication of reinforcements on the reinforcing effects were also discussed. Finally ，an outlook for the developing trends of the reinforcements on improving compressive properties of the rigid polyurethane foams were given.Keywords ：rigid polyurethane foam ；reinforcement ；modi fication ；compressive property 聚氨酯是一类由多元羟基化合物与多元异氰酸酯反应制备的主链具有氨基甲酸酯重复单元的聚合物，最早由德国I. G. Farben 公司的O. Bayer 合成而得[1]。
玻纤增强聚氨酯泡沫的研制魏建国㊀马端人㊀柳佳㊀胡俊（洛阳科博思新材料科技有限公司㊀河南洛阳４７１０００）摘㊀要：制备了长玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫复合材料㊂研究了发泡剂水和ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ对纯泡沫内部温度的影响，以及玻纤增强复合材料体系的固化时间和异氰酸酯指数（Ｒ值）对其力学性能的影响㊂结果表明，以ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ为发泡剂的体系放热量比水作发泡剂的放热量低，体系达到的最高温度较低㊂当异氰酸酯指数为１ ０５时，玻纤增强聚氨酯硬泡有较高的压缩强度，达到８３ ３ＭＰａ㊂关键词：硬质聚氨酯泡沫塑料；复合材料；玻璃纤维增强中图分类号：ＴＱ３２８ ３㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００５－１９０２（２０２０）０１－００３３－０３㊀㊀纤维增强聚氨酯（ＰＵ）复合材料具有优异的性能，已被广泛用于交通等行业㊂国内外在玻纤增强聚氨酯领域研究和应用较多㊂例如，Ｃｏｔｇｒｅａｖｅ等［１］对短切纤维增强聚氨酯泡沫塑料的形态和断裂行为进行研究㊂王建华等［２］通过对玻纤长度㊁玻纤含量及整体密度进行研究，探索压缩强度及模量的变化规律㊂刘远中等［３］介绍了一种具有较好的机械性能和耐热性能的聚氨酯原液㊂曹铖等［４］研究了长玻璃纤维注射工艺（ＬＦＩ）玻纤切割长度㊁含量对制品各项性能的影响㊂张蔚等［５］研究了玻纤含量和模具温度对复合材料性能的影响㊂赵庆波等［６］研究了连续玻纤增强聚氨酯复合材料的操作工艺和玻纤含量对性能的影响㊂１９８０年由日本铁道综合技术所进行开发的由连续玻纤增强聚氨酯泡沫复合成的轨枕，经过长期验证，可取代轨道木枕／水泥枕或土木结构工程中盾构开挖隧道混凝土挡土墙［７］㊂在合成较厚的玻纤增强聚氨酯硬泡时易出现开裂和烧芯等问题㊂本研究从基体配方㊁发泡剂种类和长玻纤增强聚氨酯泡沫３个方面对材料力学性能和放热量进行研究，为其连续稳定生产奠定了基础㊂１㊀实验部分１ １㊀主要原料聚醚多元醇Ａ（羟值４６０ｍｇＫＯＨ／ｇ，ｆ＝４ ２ ４ ５）㊁聚醚多元醇Ｂ（羟值４１５ｍｇＫＯＨ／ｇ，ｆ＝３ ８ ４ ２）㊁聚醚多元醇Ｃ（羟值２６０ｍｇＫＯＨ／ｇ，ｆ＝２ ３ ８），河北亚东化工集团有限公司；聚醚多元醇Ｄ（羟值３８０ｍｇＫＯＨ／ｇ，ｆ＝３ ６ ４ ２），山东一诺威聚氨酯股份有限公司；阻燃剂ＴＣＰＰ，丰通化工有限公司；匀泡剂ＣＧＹ⁃３，扬州晨化新材料股份有限公司；防老剂１１３５，石家庄翼马化工有限公司；紫外光吸收剂２９２，龙口市金熊精细化工有限公司；二氯一氟乙烷（ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ），浙江三美化工股份有限公司；多亚甲基多苯基多异氰酸酯（Ｓｕｐｒａｓｅｃ５００５），亨斯迈化工有限公司；玻璃纤维，欧文斯科宁公司㊂１ ２㊀试样制备聚氨酯硬泡的发泡配方见表１㊂表１㊀不同种类发泡剂的聚氨酯泡沫（Ａ组分）配方原料名称质量／ｇ配方１配方２多元醇Ａ１１５９１１５９多元醇Ｂ６９５６９５多元醇Ｃ２３４２３４多元醇Ｄ３４８３４８阻燃剂ＴＣＰＰ２４０２４０匀泡剂ＣＧＹ⁃３９３９３防老剂１１３５６６紫外光吸收剂２９２６６ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ０４４５水９ ７０㊀按配方将各原料混合均匀，得到组合聚醚，即Ａ组分㊂Ｂ组分为Ｓｕｐｒａｓｅｃ５００５㊂１ ２ １㊀不同发泡剂发泡泡沫的内部温度测定根据表１配方，按异氰酸酯指数（Ｒ值）为１ １㊃３３㊃２０２０年第３５卷第１期２０２０．Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１聚氨酯工业ＰＯＬＹＵＲＥＴＨＡＮＥＩＮＤＵＳＴＲＹ进行发泡，控制泡沫密度为３５０ｋｇ／ｍ３，分别将含发泡剂ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ或水的Ａ料与Ｂ料混合均匀，倒入尺寸为５００ｍｍˑ２５０ｍｍˑ１４０ｍｍ的模具内，并将线式温度计测温线头放入物料中间位置，盖上盖板并加紧夹具，将其整体移入预热至５０ħ的鼓风烘箱内，比较发泡过程物料内部聚集热量㊂１ ２ ２㊀玻纤增强聚氨酯泡沫材料制备以表１配方２的１４１ｂ体系配方按Ｒ值１ １ １ ２将Ａ料和Ｂ料混合并将其浇注于长玻纤上，以手工揉搓（或多次浇筑㊁手工揉搓）的方式实现树脂均匀分散并涂覆于纤维表面，将揉搓均匀的玻纤（玻纤上带树脂）放入５００ｍｍˑ２５０ｍｍˑ２０ｍｍ的４５＃钢制模具内（模具于５０ħ下预热４０ｍｉｎ），并加压锁紧，分别在５０ħ下固化３０ｍｉｎ或６０ｍｉｎ后将其取出，放置于室温下２４ｈ后进行性能测试㊂制备得到的材料玻纤含量相同，密度均为８１０ｋｇ／ｍ３，板材的纤维方向与长度方向一致㊂１ ３㊀性能测试压缩强度采用ＧＢ／Ｔ１４４８ ２００５标准，用中诺仪器公司的ＷＤＷ⁃２００ＫＮ型拉力试验机测试；红外光谱委托黎明化工研究设计院有限责任公司进行测试㊂２㊀结果与讨论２ １㊀发泡剂对硬泡内部温度的影响聚氨酯体系所采用的发泡剂主要有化学发泡剂与物理发泡剂，化学发泡剂通过化学反应产生气体，物理发泡剂一般通过吸热气化产生泡孔㊂本实验采用化学发泡剂（水）与物理发泡剂ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ按表１配方和１ ２ １小节做对比实验，比较其内部放热量，结果见图１㊂图１㊀不同种类发泡剂对纯泡沫体系内部温度的影响由图１可见，ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ发泡体系最高温度比水发泡体系的低㊂这是由于水参与化学反应属于放热反应，放热较快，导致短期聚热量较多所致㊂２ ２㊀发泡剂对玻纤增强ＰＵ硬泡压缩强度的影响本组实验按Ｒ值１ １将Ａ料和Ｂ料混合，以手工揉搓的方式实现树脂均匀分散并涂覆于玻璃纤维表面，玻纤增强聚氨酯在５０ħ模具中固化时间为６０ｍｉｎ，考察发泡剂对复合材料压缩强度的影响，结果见表２㊂表２㊀不同发泡剂对复合材料压缩强度的影响发泡体系ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ水压缩强度／ＭＰａ７４ ５７８ ２㊀由表２可见，１４１ｂ发泡体系与水发泡体系相比，制得的玻纤增强ＰＵ硬泡材料压缩强度相差不大，这是因为玻纤含量较高（约４０％ ７０％），复合材料密度较大所致㊂２ ３㊀固化时间对玻纤增强ＰＵ硬泡压缩强度的影响固化时间反映了活性基团间化学反应的快慢㊂在玻璃纤维含量相同㊁玻纤铺层方向一致的情况下，玻纤增强硬泡材料的力学性能主要受固化时间的影响㊂本实验采用ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ配方，按Ｒ值１ １将Ａ料和Ｂ料混合，以手工揉搓的方式实现树脂均匀分散并涂覆于纤维表面，固化温度５０ħ，考察固化时间对复合材料压缩强度的影响，结果见表３，不同固化时间的红外谱图见图２㊂表３㊀不同固化时间的力学性能对比固化时间／ｍｉｎ４０６０压缩强度／ＭＰａ６０ ２７４ ５㊀图２㊀不同固化时间复合材料的红外谱图㊃４３㊃聚氨酯工业㊀㊀㊀㊀㊀第３５卷由表３可看出，固化４０ｍｉｎ的复合材料的压缩强度明显低于固化６０ｍｉｎ的㊂这是因为随着反应进行，分子链延长，活性基团的活性会逐渐降低，时间过短不利于交联结构的形成㊂由图２可知，固化６０ｍｉｎ产品的异氰酸酯基团峰值明显小于固化４０ｍｉｎ产品的异氰酸酯基团峰值（２２７９ｃｍ－１）㊂这表明固化时间短的产品内部反应不充分，树脂基体强度以及纤维与树脂之间的结合强度均较低，从而导致整体的强度偏低㊂２ ４㊀Ｒ值对玻纤增强ＰＵ硬泡压缩强度的影响异氰酸酯指数是反应体系中异氰酸酯基与羟基的摩尔比㊂本实验采用ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ发泡配方，分别调节Ａ料和Ｂ料混合时的Ｒ值为１ ００㊁１ ０５㊁１ １０㊁１ １５和１ ２０，采用多次浇注㊁手工揉搓的方式实现纤维与树脂的全部浸润，于５０ħ下固化６０ｍｉｎ，考察Ｒ值对复合材料压缩强度的影响，结果见图３㊂图３㊀Ｒ值对玻纤增强硬泡压缩强度的影响由图３可见，在Ｒ为１ ０５时，复合材料压缩强度最高，达８３ ３ＭＰａ，在此Ｒ值下形成的树脂内的交联结构以及树脂与纤维结合强度最佳㊂适当增加异氰酸酯含量可有效消耗体系内多余的水分，促进树脂交联网状结构形成㊂异氰酸酯含量偏低或偏多，均对体系的交联结构产生不利影响，从而降低整体强度㊂３㊀结论（１）ＨＣＦＣ⁃１４１ｂ发泡体系比水发泡体系达到的最高温度略低㊂（２）５０ħ固化６０ｍｉｎ得到的玻纤增强聚氨酯硬泡的压缩强度较固化４０ｍｉｎ的好㊂（３）Ｒ指数在１ ０５时，得到的复合材料力学性能最高，压缩强度达８３ ３ＭＰａ㊂参㊀考㊀文㊀献［１］㊀ＣＯＴＧＲＥＡＶＥＴＣ，ＳＨＯＲＴＡＬＬＪＢ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅ⁃ｍｅｎｔｏｆｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍｂｙｈｉｇｈ⁃ｍｏｄｕｌｕｓｃｈｏｐｐｅｄｆｉｂｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，１９７７，１２（４）：７０８－７１７．［２］㊀王建华，芦艾，周秋明，等．短切玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑料的压缩性能［Ｊ］．高分子材料科学与工程，２００１，１７（３）：１５０－１５２，１５６．［３］㊀刘远中，杜俊超，张宏娟．低密度纤维增强反应注射成型聚氨酯材料［Ｊ］．聚氨酯工业，２００２，１７（１）：２３－２６．［４］㊀曹铖，赵军，沈沉，等．长玻纤注射成型工艺制备的聚氨酯复合材料性能研究［Ｃ］．上海：中国聚氨酯工业协会第十八次年会论文集，２０１６：４５２－４５７．［５］㊀张蔚，陈丰，孙宇，等．低密度长玻纤增强聚氨酯复合材料的力学性能［Ｊ］．工程塑料应用，２０１１，３９（２）：２４－２７．［６］㊀赵庆波，赵春丽，冯曼，等．连续玻纤增强聚氨酯树脂复合材料制备及性能研究［Ｊ］．聚氨酯工业，２０１６，３１（３）：５－９．［７］㊀赵钰．玻纤增强聚氨酯树脂复材枕木（ＦＦＵ）迎合全球轨道交通开发大时机［Ｊ］．玻璃钢，２０１４（４）：３５－３６．收稿日期㊀２０１９－１０－１０㊀㊀修回日期㊀２０２０－０１－１３ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＬｏｎｇＧｌａｓｓＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅＦｏａｍＣｏｍｐｏｓｉｔｅＷＥＩＪｉａｎｇｕｏ，ＭＡＤｕａｎｒｅｎ，ＬＩＵＪｉａ，ＨＵＪｕｎ（ＬｕｏｙａｎｇＣＢＳＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１６００，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｎｇｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｒｉｇｉｄｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｂｌｏｗｉｎｇａｇｅｎｔｗａｔｅｒａｎｄＨＣＦＣ⁃１４１ｂｏｎｔｈｅｉｎｎｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｒｉｇｉｄｆｏａｍｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｕｒｉｎｇｔｉｍｅａｎｄｉｓｏ⁃ｃｙａｎａｔｅｉｎｄｅｘ（Ｒｖａｌｕｅ）ｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｆｏａｍｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｈｅａｔｒｅｌｅａｓｅｏｆＨＣＦＣ⁃１４１ｂｂｌｏｗｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｗａｔｅｒｂｌｏｗｎｆｏａｍ，ｓｏｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｌｏｗｅｒ．Ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈａｄｈｉｇｈｅｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ８３ ３ＭＰａｗｈｅｎＲｖａｌｕｅｗａｓ１ ０５．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｉｇｉｄｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｆｏａｍ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ作者简介㊀魏建国㊀男，１９６２年出生，高级工程师，长期从事聚氨酯材料研究工作㊂㊃５３㊃第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀魏建国，等㊃玻纤增强聚氨酯泡沫的研制。
增强硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展刘新建 李青山* 刘 卓 罗进成(燕山大学亚稳态材料制备技术与科学国家重点实验室 秦皇岛066004)摘 要:论述了硬质聚氨酯泡沫塑料(RP U)的特点,综述了玻璃纤维、无机填料增强RPU的研究进展,指出了玻璃纤维、无机填料增强RP U的优缺点,玻璃纤维、无机填料混杂添加可作为增强RP U 的最佳工艺。
关键词:硬质聚氨酯泡沫塑料;玻璃纤维;无机填料;增强;混杂硬质聚氨酯泡沫塑料(RP U)是聚氨酯材料体系中最重要的品种之一,RPU的用途主要分为两大类,即绝热材料和结构材料,前者的密度一般在0.1 g/c m3以下,主要用于工业或家用的隔热和制冷,后者的密度一般大于0.1g/c m3,主要用于汽车工业和建筑结构件,因为其密度小,比强度高,也为航空和航天应用领域所关注。
聚氨酯硬泡塑料的最大优点是质轻、隔热保温性好、吸音及缓冲抗震性优良;同时合成RPU的主原料聚酯或聚醚多元醇结构多变,使其性能变化范围广泛,而且加工方式灵活,既可以自由发泡,又可以模塑成型,还可以现场喷涂,因此RPU受到了普遍重视而发展迅速。
与其它材料相比,硬质聚氨酯泡沫塑料的弯曲强度和冲击强度等技术指标不能满足使用要求,因而限制了它的广泛应用。
当前,提高聚氨酯硬泡塑料的力学性能大致有2种方法,即提高聚氨酯硬泡塑料的密度和加入增强剂。
近年来,对聚氨酯硬泡塑料增强的研究已成为一大热点[1~5],已报道的增强剂有无机填料和增强纤维等,前者主要是S i O2粒子、碳酸钙和中空玻璃微珠;后者为玻璃纤维、有机纤维及碳纤维等。
填料增强RP U的主要目的是提高材料的弹性模量、尺寸稳定性和耐热性能,降低模塑成型过程中的制品收缩率。
由于聚氨酯的主要原料价格较高,加入填料后可降低其成本。
使用填料虽然有很多优点,但对RPU最大的不利影响就是降低了其冲击性能。
从填料发展历史来看,玻璃纤维和中空玻璃微珠一直是增强聚氨酯体系的主要研究对象,其原因在于玻璃纤维和中空玻璃微珠对模量的提高非常明显。
防护用品中纳米改性的增强软质聚氨酯泡沫抗冲击性能研究作者：***来源：《粘接》2023年第10期摘要：软质聚氨酯泡沫因其优良的性能和较高的机械强度，在运动护膝、护背、头盔等防护用品中有着广泛的应用。
为深入研究软质聚氨酯泡沫材料的改性和在体育防护领域的具体应用，提出并优化了纳米增强软质聚氨酯泡沫的制备工艺流程，试验制备了中低密度的聚氨酯泡沫材料。
并对材料的动态冲击性能、落锤冲击性能和冲击波衰减特性进行了测试。
结果表明：纳米微球增强软质聚氨酯泡沫材料具有优异的冲击吸能特性和冲击波衰减特性，应用于体育领域防护用品的设计和生产中，有助于设计出性能更佳的防护用品。
关键词：防护用品；纳米增强改性；软质聚氨酯泡沫；抗冲击性能中图分类号：TQ328.3 文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）10-0101-03Study on impact resistance of nano-modified reinforced soft polyurethane foam in protective equipmentWANG FengAbstract：Soft polyurethane foam has been widely used in sports knee pads，back guards，helmets and other protective equipment because of its excellent properties and high mechanicalstrength.In order to deeply study the modification of soft polyurethane foam and its specific application in the field of sports protection， the preparation process of nano-reinforced soft polyurethane foam was proposed and optimized，and middle and low density polyurethane foam was prepared.The dynamic impact properties，drop hammer impact properties and shock wave attenuation characteristics of the material were tested.The results showed that the nano-spheres reinforced soft polyurethane foam had excellent impact energy absorption and shock wave attenuation characteristics，which could be used in the design and production of protective equipment in the field of sports，and could be helpful for the design of protective equipment with better performance.Key words：protective equipment;nano-modified reinforcement;soft polyurethane foam;impact resistant performance随着体育运动事业的快速发展以及软质聚氨酯泡沫的广泛应用，人们对防护用品的综合性能提出了更高的要求，更加关注材料的缓冲吸能特性。
工 程 塑 料 应 用ENGINEERING PLASTICS APPLICATION第43卷，第6期2015年6月V ol.43，No.6Jun. 2015137doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2015.06.030纤维增强改性聚氨酯泡沫研究进展夏敏，李萍，刘俊聪，韩军慧，林淑红，王丹勇，陈以蔚(山东非金属材料研究所，济南 250031)摘要：对纤维增强改性聚氨酯泡沫的研究情况进行了综述，概述了玻璃纤维、碳纤维、天然纤维及纤维／粒子混杂增强对聚氨酯泡沫增强改性的研究进展。
并对本领域未来改性的研究方向作简单探讨。
指出应大力开发更多种类的增强材料如纤维／粒子混杂改性以及天然纤维增强改性等，制备出综合性能更加优异的聚氨酯泡沫，使其应用领域不断扩大。
关键词：纤维改性；聚氨酯泡沫；发展趋势中图分类号：TQ328.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2015)06-0137-03Research Progress of Fiber Reinforced Polyurethane FoamXia Min ， Li Ping ， Liu Juncong ， Han Junhui ， Lin Shuhong ， Wang Danyong ， Chen Yiwei(Shandong Nonmetallic Institute ， Jinan 250031， China)Abstract ：Researches of fiber reinforced Polyurethane (PUR) foams were reviewed and research progress of fibers such as glass fiber ，carbon fiber and natural fiber ，fiber ／particle hybrid modified PUR foams were concluded. And the future research directions of this field were discussed briefly. It was pointed out that more kinds of reinforced materials such as fiber ／particle hybrid modified and natural fibers reinforced should vigorously be developed ，so polyurethane foam with more excellent comprehensive performance were prepared to make its application field expanding unceasingly.Keywords ：fiber modification ；polyurethane foam ；development trend 聚氨酯(PUR)泡沫是一类性能优异、应用广泛的高分子合成材料，是PUR 材料体系中最重要的品种之一。
由于PUR 泡沫塑料具有多孔性，相对密度低，比弹性模量、比强度高，还具有质轻、隔热保温性好、吸音及缓冲抗震性优良的特点，因此PUR 泡沫已经发展为一种不可缺少的高性能复合材料和工程复合材料，能部分替代木材、金属和其它塑料而广泛应用于工农业、国防军事等诸多领域[l -2]。
但在实际工程应用中，PUR 泡沫的弯曲强度和冲击强度等技术指标不能满足使用要求，限制了它的广泛应用，因此需对其进行增强改性，弥补材料的不足，进一步提高其力学性能。
1 纤维增强改性PUR 泡沫的分类PUR 泡沫作为结构材料使用时，需要有一定的强度、刚度和韧性，因此很多场合下还不能完全满足使用要求，为了制得高强度的结构材料，改善PUR 泡沫的力学性能，需要对其增强改性。
纤维是一种常用的性能优良的增强材料，纤维增强PUR 泡沫的拉伸强度、压缩强度和冲击强度都能得到显著提高。
用于增强PUR 泡沫的纤维很多，根据纤维的不同，可分为玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、天然纤维以及纤维／粒子混杂增强PUR 泡沫[3]。
联系人：夏敏，工程师，主要从事非金属材料相关信息的采集与研究收稿日期：2015-03-281．1 GF 增强PUR 泡沫GF 增强PUR 泡沫具有优异的力学性能而且可以作为功能材料和结构材料使用。
GF 是PUR 泡沫增强中用量最大的纤维品种。
GF 增强PUR 泡沫，主要是提高材料的耐热性能、冲击强度、拉伸强度、尺寸稳定性，降低模塑成型过程中制品的伸长率。
周秋明等[4]研究了短切GF 对硬质PUR(PUR–R)泡沫力学性能的影响。
结果表明，GF 在基体中越分散，物料的黏度越大，反之黏度较低。
GF 在基体中呈小束纤维分散时，其分散均匀性较好，制得的材料泡孔均匀，力学性能较高。
S ．H ．Kim 等[5]采用短切GF 改性PUR–R 泡沫，加入短切GF 不仅使PUR–R 泡沫的力学性能有所提高，热导率和玻璃化转变温度也有所提高。
H. Suhreta 等[1]制备GF 增强PUR 泡沫并对其进行热力学性能测试。
与未使用纤维增强的PUR 泡沫材料相比，GF 增强的PUR 材料在热学、抗氧化性和稳定性等性能方面均有一定程度提高。
工程塑料应用2015年，第43卷，第6期138卢子兴等[6]研究了PUR泡沫和纤维束增强PUR泡沫的准静态拉伸和压缩实验。
实验结果表明，纤维束增强PUR 泡沫的应力–应变曲线具有与普通PUR泡沫相同的特征；纤维束能够有效提高PUR材料的弹性模量和强度；材料密度越大，纤维束和树脂基体的体积含量越高，增强效果越好。
雷文等[7]研究了不同密度PUR硬泡的强度及磨碎玻纤粉粒径及其含量对PUR硬泡材料强度的影响。
结果表明，随着密度的增加，PUR硬泡的各种强度值总体上均呈逐渐增加趋势，其中500 kg／m3的PUR硬泡的拉伸强度比200 kg／m3的提高了104.74%，冲击强度提高了194.84%；38 μm粒径的玻纤粉可使复合材料具有更高的拉伸强度、弯曲强度及压缩强度；GF的加入将降低材料的强度值，但偶联剂预处理可使它们有所改善。
陈丰等[8]采用长GF增强PUR泡沫。
结果表明：纤维含量、混合料温、在模时间和物料配比均对复合材料的冲击强度有显著影响，随着纤维含量的增加，复合材料的冲击强度先增加后降低；复合材料最佳的工艺参数为纤维含量25%、纤维长度25 mm、模具温度45℃、混合料温50℃、在模时间12 min、A料(延迟催化剂)与B料(改性异氰酸酯)质量比1∶1.80。
张蔚等[9]研究了采用长玻纤(LGF)增强反应注塑成型PUR泡沫，并研究了LGF含量对PUR泡沫力学性能的影响。
结果表明，LGF含量越高，PUR泡沫的拉伸强度、弯曲弹性模量越大，当LGF质量分数为30%、模具温度为50℃时，PUR泡沫的力学性能最好。
R. H. Andrew等[10]制备了不同含量GF增强的PUR泡沫并进行了力学性能测试。
结果显示，当GF含量达18.7%时，PUR泡沫的弹性模量提高11.1%。
1．2 CF增强PUR泡沫CF具有优异力学性能，也是良好的PUR泡沫的增强材料，但是纤维的成本和来源可能会限制其应用范围[11]。
CF 一般要用硝酸和过氧化氢进行表面氧化处理，处理后的CF 增强PUR泡沫层间剪切强度得到明显提高。
陈丰等[12]采用浓硫酸和硅烷偶联剂对CF进行表面处理，利用可变纤维注入技术和反应注射成型技术相结合制备了PUR／CF泡沫。
结果表明：随着CF含量的增加，PUR／CF泡沫的弯曲强度、拉伸强度及冲击强度均大幅度提高，分别比纯PUR增加了1.52倍、2.73倍和2.25倍。
余训章[13]研究了短切CF增强PUR–R泡沫的压缩强度和形貌。
探讨了不同短切CF含量对PUR–R泡沫力学性能的影响，利用光学显微镜和扫描电镜观察了不同短切CF 含量情况下，PUR–R泡沫材料泡孔形成情况及试样破坏的微观相貌。
研究结果表明，当短切CF质量分数为30%时，PUR–R泡沫复合材料的压缩强度最大，泡体泡孔均匀致密；当短切CF质量分数超过30%后，开始出现大量闭孔和塌泡，CF与PUR泡孔剥离，力学强度下降。
V. Yakushin等[14]研究了磨碎的CF增强PUR泡沫的压缩性能，当CF质量分数为10%、长度为50～150 μm时PUR泡沫的压缩弹性模量提高30%，压缩强度提高20%。
1．3 天然纤维增强PUR泡沫天然植物纤维如木纤维、亚麻和黄麻、木质素／纤维素纤维等增强PUR–R泡沫，具有较高的比强度、比弹性模量、柔顺性等性能。
与GF等增强材料相比，植物纤维作为增强材料可以有效地改善PUR材料的性能，并且植物纤维具有原料丰富且价格便宜的特点，而且增强后的PUR泡沫易于降解和回收，对环境无污染等优点，因此近年来受到广泛关注[15-16]。
王国杰等[17]采用正交试验分析了黄麻纤维含量、纤维长度和纤维改性处理对PUR泡沫拉伸性能的影响。
结果表明，当黄麻纤维长度25 mm、质量分数15%时，PUR泡沫复合材料的拉伸性能最好。
纤维改性方式为碱液与偶联剂的复合处理方式。
王福玲等[18]采用一种新型的黄麻纤维增强PUR–R结构泡沫。
结果表明，当短切黄麻纤维长度为3 mm、质量分数为3.0%时，其增强效果较好，PUR–R泡沫的压缩强度明显提高，随着黄麻纤维含量和长度的增加，其压缩弹性模量亦随之增大。
盖广清等[19]采用秸秆纤维为增强材料，对PUR–R泡沫进行改性，研究了秸秆纤维掺量对PUR–R泡沫力学性能和导热系数的影响。
结果表明，掺加秸秆纤维可增强PUR–R 塑料的压缩性能，在秸秆掺量为二苯基甲烷–4，4'–二异氰酸酯质量的6%时，可降低PUR泡沫导热系数。
丁友江等[20]采用一步法制备了木质纤维增强PUR–R 泡沫，并研究了木质纤维对PUR–R泡沫力学性能、导热系数和其它性能的影响。
结果表明，当木质纤维长径比为40∶1、含量为10%时，增强的PUR–R泡沫的拉伸、压缩性能达到最佳。
U. S. Darshil等[21]制备天然蚕丝纤维填充PUR泡沫和天然植物纤维增强树脂基复合材料。
热力学性能试验结果显示，前者比后者减重40%～70%；两者密度分别从原来的45 kg／m3提高到60 kg／m3和120 kg／m3，前者强度和弹性模量得以大幅提升。
在PUR的合成过程中适当引入纤维素，不仅可提高力学强度，而且还能改善材料的耐热性能和结构稳定性。
Li Yang等[22]采用木质素多元醇，添加纤维素纳米晶须(CNWs)，制造PUR泡沫复合材料，CNWs的质量分数可达139夏敏，等：纤维增强改性聚氨酯泡沫研究进展5%。
