石英砂_聚氨酯复合耐磨材料研究_陈本琏

聚氨酯/空心玻璃微珠复合隔热材料的制备及性能研究肖玉龙1田华安2（1大连船舶重工集团有限公司，辽宁大连，2中国舰船研究设计中心，湖北武汉）摘要：本文在PPG-TDI-MOCA聚氨酯弹性体材料中添加空心玻璃微珠，制备了聚氨酯/空心玻璃微珠复合材料，研究了空心玻璃微珠对聚氨酯弹性体材料性能的影响。

可以发现经过偶联剂处理后的空心玻璃微珠表面会形成了偶联界面，能够有效改善微珠与聚氨酯基体之间的相容性。

随着空心玻璃微珠用量的增加，复合材料的拉伸强度和扯断伸长率都会降低，且粒径越大降幅越大。

通过观察复合材料断面，可以发现空心玻璃微珠粒径越小，其在复合材料中的分散情况越好。

随着空心玻璃微珠用量的增加，复合材料的热导率呈现下降趋势，且填充同样含量的空心玻璃微珠，粒径越小，复合材料热导率越小，隔热性能越好。

关键词：聚氨酯；空心玻璃微珠；偶联剂空心玻璃微珠（Hollow Glass Microspheres，HGB）是一种无机非金属材料，具有质量轻、体积大、热导率低，抗压强度高、分散性、流动性、稳定好等优点；同时具有低吸油、绝缘、自润滑、隔音、无毒等一些普通材料不具备优异性能[1]。

国外从20世纪70年代开始将其作为一种新型填充材料，在复合材料、石油化工、航空航天、涂料等领域开展了应用研究[2]，近年来国内也对该材料进行了广泛的应用研究[3]。

本文以空心玻璃微珠与PPG-TDI-MOCA液体聚氨酯弹性体材料（PU）为主制备了低热导率的轻质PU/HGB复合材料，分析了空心玻璃微珠填料含量及粒径大小对材料隔热性能、力学性能、分散情况的影响。

1 实验部分1.1 主要原材料PPG-TDI型聚氨酯预聚体：牌号T1178A，异氰酸酯（NCO）含量：2.87%，黎明化工研究院产品；MOCA：3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷（MOCA），江苏化工农药集团有限公司产品；空心玻璃微珠：牌号：QH500、QH550、QH700，秦皇岛秦皇空心玻璃微珠公司产品；硅烷偶联剂：牌号：KH560、KH570，南京全希化工有限公司产品。

与本项目有关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩及目前承担
项目的情况
1、积累的研究工作
本项目依托本人多年从事的“复合材料”研究工作，受国家自然科学基金项目、国家科技重大专项等资助，先后完成了多个课题，研究课题均获得了良好的结果，已于期刊和国际会议上发表多篇论文，在材料领域具有一定的影响。

2、承担的研究项目
（1）2017年受国家自然科学基金委资助的项目《复合材料微结构效应研究》；
（2）2016年受国家科技重大专项委资助的项目《复合材料材料结构研究》。

（3）2015年受国家自然科学基金委资助的项目《复合材料新结构设计》。

（4）2014年受国家科技重大专项委资助的项目《复合材料的性能改进》。

本人参与这些项目的研究，力争在材料结构设计和微结构效应方面做出更多的贡献。

第一章前言近年来随着各国环保法规的确立和环境保护意识的增强，传统溶剂型聚氨酯体系中挥发性有机化合物VOC排放越来越受严格限制，开发和应用水性聚氨酯体系已成为今后的发展方向[1]。

与溶剂型相比，目前水性聚氨酯仍存在耐水耐化学性下降、硬度、耐磨性能差等诸多不足，但通过对水性聚氨酯结构性能、乳化、成膜机理的进一步研究，以及依靠聚氨酯分子的可裁剪特性进行改性处理，与其它高聚物和无机材料复合，相信可开发出低VOC排放、性能卓越的产品。

1.1 聚氨酯离聚体概述1.1.1 聚氨酯的微相分离结构工业上，聚氨酯可用于制备胶粘剂、高档涂料、涂饰剂、密封部件等[2-3]。

在生物材料科学领域，聚氨酯以其优良的力学性能、良好的生物相容性和稳定性被用于制造导液管、血液泵、人工心脏瓣膜，以及药物载体，稳定剂等[4-10]。

聚氨酯优异的性能源于它特殊的微相分离结构。

Cooper.S.L.在研究多嵌段聚氨酯时，于1966年首先提出聚氨酯具有微相分离的本体结构。

聚氨酯可以看成是一种含硬链段（由多异氰酸酯和小分子扩链剂组成）和软链段（通常是聚醚或聚酯二醇，聚烯烃或聚硅氧烷）的嵌段共聚物。

软段使得大分子链易于旋转，伸缩和蠕动，降低聚合物的软化点，硬度和机械强度，熵弹性增加；硬段则束缚大分子链的转动，提高软化点，硬度和机械强度，熵弹性减少。

由于软硬段间的热力学不相容性，软段和硬段能够通过分散聚集形成独立的微区，并且表现出各自的玻璃化温度。

聚氨酯弹性体发生微相分离后，硬段微区分布于软段相中起着物理交联点的作用，赋予聚氨酯卓越的耐磨性能和其它特性[11]。

赵长才研究了HTPB／AP推进剂中聚丁二烯聚氨酯弹性体的微相分离结构[12]。

在HTPB／IPDI弹性体中，由于软、硬段溶解度参数的差值较大，因而弹性体存在微相分离。

加入扩链剂增加了硬段的含量和极性，使硬段更容易聚集在一起形成硬段微区，提高了微相分离程度。

研究中发现增加微相分离度能一定程度地提高拉伸强度或伸长率或同时提高拉伸强度和伸长率。

２０１８年中国聚氨酯研究与应用论文题录（五）聚氨酯在水轮机抗空蚀运用中的探讨／王庆书，吴定平，周峰峰，等（中国长江电力股份有限公司葛洲坝电厂）ʊ水电与新能源．－２０１８，３２（３）：１８－２１玻璃基材用聚氨酯底涂剂的合成与性能研究／刘壮壮，林星，林中祥（南京林业大学化学工程学院）ʊ中国胶粘剂．－２０１８，２７（５）：４１－４５含硫交联剂水性聚氨酯的制备及其性能／姚机艳，林强，袁爱宁，等（安徽大学化学化工学院）ʊ精细化工．－２０１８，３５（１）：３６－４２聚氨酯防腐涂层实验室光加速老化对比研究／李倩倩，李晖，李朝阳，等（中国兵器工业集团第五三研究所等）ʊ涂料工业．－２０１８，４８（９）：４６－５１聚氨酯／硅酸盐复合材料的制备及性能研究／蒋婧，蔡源，汤立新（铜陵职业技术学院等）ʊ塑料工业．－２０１８，４６（５）：１０７－１１１有机硅改性丙三醇非异氰酸酯聚氨酯研究／刘贵锋，金灿，吴国民，等（中国林业科学研究院林产化学工业研究所等）ʊ热固性树脂．－２０１８，３３（２）：１－６聚氨酯支撑结构免充气轮胎仿真模拟与优化／王文峰，雍占福，王裕成，等（青岛科技大学）ʊ工程塑料应用．－２０１８，４６（５）：４８－５１，５６有机硅改性聚氨酯海绵的吸声性能分析／张胜强，芮晓丽，朱盼，等（中国汽车技术研究中心汽车试验研究所等）ʊ科学技术与工程．－２０１８（３１）：１４２－１４６聚氨酯材料在人工半月板中的应用／陈尚钧，沈先月，左建林，等（吉林大学中日联谊医院骨科等）ʊ中华老年骨科与康复电子杂志．－２０１８（６）：３７４－３７７多酚改性两性聚氨酯的制备及性能／闫转，王学川，刘新华，等（陕西科技大学轻工科学与工程学院等）ʊ陕西科技大学学报．－２０１８，３６（４）：１２－１６废旧聚氨酯回收制备无卤阻燃泡沫的研究／韩瑞，顾晓华，王贤泽，等（齐齐哈尔大学材料科学与工程学院等）ʊ齐齐哈尔大学学报（自然科学版）．－２０１８（５）：４３－４６双组份聚氨酯复合材料反应特性的研究／姚克俭，张彪，李晓飞（合肥安利聚氨酯新材料有限公司）ʊ安徽化工．－２０１８，４４（４）：４４－４７阻燃剂对聚氨酯阻尼涂料性能的影响／张茂伟，周宏达，邸春阳，等（青岛海洋新材料科技有限公司等）ʊ涂料工业．－２０１８，４８（３）：６９－７２聚醚／聚酯型软质聚氨酯泡沫的合成研究／王萌霞，王香梅，李倩，等（中北大学）ʊ高分子通报．－２０１８（３）：４６－５２聚甲醛／聚氨酯合金的性能及工艺研究／曹绍强，陈锋，叶坤豪，等（金发科技股份有限公司）ʊ广州化工．－２０１８，４６（１０）：１８－２０，５５阻燃型聚氨酯高压电缆接头灌封胶性能研究／杨志星，丁学渊，吴蓁（上海应用技术大学）ʊ聚氨酯工业．－２０１８，３３（１）：２３－２６聚酯型聚氨酯合成革耐水解性能的研究／王海峰（合肥安利聚氨酯新材料有限公司）ʊ安徽化工．－２０１８，４４（２）：６９－７１，７４聚氨酯丙烯酸酯的涂膜制备及性能研究／丁文飞，姜玲梅，王锦艳，等（大连理工大学）ʊ聚氨酯工业．－２０１８，３３（１）：３４－３７二氧化硅气凝胶／聚氨酯隔热材料的研究／田骏，叶丹丹，罗梅杰（海军驻上海江南造船（集团）有限责任公司等）ʊ玻璃钢／复合材料．－２０１８（３）：９６－１００发泡剂对微孔聚氨酯弹性体性能的影响／方雅茹，刘锦春（青岛科技大学）ʊ特种橡胶制品．－２０１８，３９（４）：１５－１８，改善ＭＤＩ型聚氨酯耐黄变性能的研究进展／苗洁，耿瑾（温州市质量技术监督检测院等）ʊ塑料工业．－２０１８，４６（１０）：９－１１，６６聚二甲基硅氧烷⁃水性聚氨酯的合成与性能／张凡军，张玲玉，贺媛媛，等（四川大学高分子科学与工程学院）ʊ高分子材料科学与工程．－２０１８，３４（７）：４１－４７阻燃剂ＴＣＥＰ含量对聚氨酯弹性体性能影响／刘贺，孙希路，马凤国（青岛科技大学）ʊ合成材料老化与应用．－２０１８，４７（２）：１８－２０，８６不同粒径石墨增强硬质聚氨酯泡沫塑料的研究／吕兵，李冠杰（吉林省建筑科学研究设计院建材与节能检测研究所等）ʊ北方建筑．－２０１８（３）：７０－７２氧化石墨烯／聚氨酯复合涂料的制备及其性能／李辉（渤海船舶职业学院）ʊ化学与粘合．－２０１８（５）：３５１－３５４食品软包装塑料凹版印刷聚氨酯油墨的研制／王学林，聂勇，岳长德，等（漯河樱花包装材料有限公司）ʊ广州化工．－２０１８，４６（２）：６９－７１衣康酸酯基聚氨酯乳液的制备及其性能／王阳，张欢欢，解鸿宇，等（青岛科技大学化工学院）ʊ青岛科技大学学报（自然科学版）．－２０１８，３９（Ｓ１）：４１－４５，４８抗氧剂对聚氨酯材料热稳定性的影响／董全霄，谢永江，郑新国，等（中国铁道科学研究院研修学院等）ʊ塑料．－２０１８，４７（４）：６３－６５，８９ＵＶ固化水性聚氨酯油墨的制备及性能研究／汪若冰（桐城师范高等专科学校）ʊ安阳师范学院学报．－２０１８（２）：４２－４５‘聚氨酯工业“编辑部整理。

２０１９年中国聚氨酯研究与应用论文题录（二）界面聚合法聚氨酯微胶囊相变材料性能研究／康永（榆林市瀚霆化工技术有限公司）ʊ橡塑技术与装备．－２０１９，４５（６）：３１－３８形状记忆聚氨酯泡沫的制备与性能研究／李帅，张均，陈建君，等（北京化工大学材料科学与工程学院）ʊ聚氨酯工业．－２０１９，３４（２）：２０－２２无溶剂型双组分聚氨酯接枝环氧树脂胶粘剂的制备及性能／张忠厚，谭延方，韩琳，等（郑州轻工业大学）ʊ中国胶粘剂．－２０１９，２８（５）：１２－１７无氟水性聚氨酯拒水剂的合成及其在棉织物上的应用／翁雨晴，王少飞，李瀚宇，等（江南大学生态纺织教育部重点实验室，江南大学江苏省功能纺织品工程技术研究中心，北京中纺化工股份有限公司）ʊ东华大学学报（自然科学版）．－２０１９，４５（５）：６９５－７０２高锂盐含量聚氨酯基固态电解质的制备与性能／史高健，马沛宇，宋有信，等（安徽大学化学化工学院安徽省绿色高分子重点实验室）ʊ精细化工．－２０１９，３６（４）：７３７－７４３二氧化硅改性聚氨酯树脂的研究进展／靳跃华，宁培森，丁著明（天津渤海精细化工有限公司，天津市合成材料工业研究所有限公司）ʊ热固性树脂．－２０１９，３４（４）：６１－６５，７０聚氨酯增韧改性环氧树脂作为混凝土裂缝快速修补材料的研究／陈杨杰，张雄飞（长沙理工大学化学与生物工程学院）ʊ中外公路．－２０１９，３９（４）：２２９－２３３聚氨酯／氮化硼包覆改性玻璃纤维透湿导热膜的制备与性能研究／王双双，沈惠玲，史亚鹏（天津科技大学化工与材料学院）ʊ塑料科技．－２０１９，４７（１）：３７－４２聚氨酯在人造板行业的应用／季永臣，徐伟涛，张佳彬，等（山东农业大学林学院，国家林业和草原局林产工业规划设计院，黑龙江省木材科学研究所）ʊ林产工业．－２０１９，４６（２）：５４－５８松香改性高分子材料的研究和应用进展／乐碧兰，季慧（山东正安安全环境科技发展有限公司，山东诚泰安全技术咨询有限公司）ʊ化工管理．－２０１９（２３）：１８３－１８４聚氨酯⁃环氧树脂互穿网络聚合物耐蚀阻尼涂料的制备与表征／庄建煌（国网福建省电力有限公司莆田供电公司）ʊ材料保护．－２０１９，５２（１）：６５－６９木质素基聚氨酯的制备及吸附性能分析／陈凤贵，陈相杨，黄露，等（长江师范学院化学化工学院，长江师范学院武陵山片区绿色发展协同创新中心）ʊ华中科技大学学报（自然科学版）．－２０１９，４７（１）：４４－４９功能性聚氨酯在防腐涂料中研究进展／李治韬，程原，赵本波，等（中北大学化学工程与技术学院，化工综合国家级实验教学示范中心）ʊ高分子通报．－２０１９（６）：１０－１７软段结构对聚氨酯弹性体性能的影响／张聪聪，郑梦凯，李伯耿（化学工程联合国家重点实验室，浙江大学化学工程与生物工程学院）ʊ化工学报．－２０１９，７０（１０）：４０４３－４０５１电子行业用反应型聚氨酯热熔胶的研究进展／胡树，孙立民，张利利，等（聚纶材料科技（深圳）有限公司研究开发部，深圳市新纶科技股份有限公司科技创新中心）ʊ粘接．－２０１９，４０（１）：４１－４５改性木质素基多元醇在聚氨酯中的应用／何甜（华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室）ʊ造纸科学与技术．－２０１９，３８（１）：２０－２６生物质聚氨酯研究进展／李娟，刘枫（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心）ʊ当代化工研究．－２０１９（２）：１８７－１８８丙烯酸改性松香基ＴＤＩ型聚氨酯的制备及表征／边峰，余彩莉，陈勇，等（桂林理工大学化学与生物工程学院，大连理工大学精细化工重点实验室，桂林理工大学材料科学与工程学院）ʊ高分子材料科学与工程．－２０１９，３５（１）：２５－３０固态锂离子电池用聚碳酸酯型聚氨酯粘结剂／王超，姜时锋，郭晓艳，等（安徽大学化学化工学院，安徽省绿色高分子重点实验室，水基高分子材料安徽省工程技术研究中心）ʊ精细化工．－２０１９，３６（５）：９５７－９６２聚氨酯／氨基修饰石墨烯泡沫复合材料微孔结构及性能研究／李莹，张晨（北京化工大学材料科学与工程学院，碳纤维及功能高分子教育部重点实验室）ʊ中国塑料．－２０１９，３３（５）：７－１３蓖麻油交联改性对室温自愈合聚氨酯性能的影响／莫汉豪，唐亚丽，卢立新，等（江南大学机械工程学院，江苏省食品先进制造装备技术重点实验室）ʊ功能高分子学报．－２０１９，３２（４）：５０１－５０６聚氨酯／纳米纤维素／聚磷酸铵泡沫的制备与表征／刘建初，王雪，刘志明（东北林业大学材料科学与工程学院）ʊ塑料科技．－２０１９，４７（２）：３５－３９聚乳酸多元醇的制备研究／李朝华，袁明伟，王煜丹，等（云南民族大学，云南省聚乳酸工程技术研究中心）ʊ云南民族大学学报（自然科学版）．－２０１９，２８（１）：３１－３５无溶剂合成革用有机硅改性聚氨酯的性能研究／温荣政，杜俊超，孙海欧，等（国家反应注射成型工程技术研究中心，黎明化工研究设计院有限责任公司）ʊ化学推进剂与高分子材料．－２０１９，１７（１）：４０－４３纳米ＳｉＯ２改性热可逆自修复聚氨酯的修复行为／卞耀辉，冯利邦，于正洋，等（兰州交通大学材料科学与工程学院）ʊ高分子材料科学与工程．－２０１９，３５（５）：４４－５０‘聚氨酯工业“编辑部整理。

石英砂/聚氨酯复合耐磨材料研究陈本琏1 张国辉2 隋肃2(1青岛市城阳区建工质检站,青岛266109;2济南大学,济南250022)摘 要:以石英砂、聚氨酯树脂为主要原料,经特定工艺加工成具有弹性的复合耐磨材料;对材料性能进行了实验研究,并从理论上对复合材料的结合界面进行了分析;利用复合耐磨材料制作成磨机衬板,对其耐磨性能进行了实验研究。

关键词:耐磨材料;石英砂;聚氨酯树脂;磨机衬板中图分类号:T Q172.6+3 文献标识码:A 文章编号:1003-1324(2005)03-0046-031 研究目的在建材行业中,粉磨作业一直以其低效率、高能耗而受到关注,为了提高效率,降低能耗,广大科技人员做了大量的研究工作,使粉磨装备的研究取得了重大进展。

就使用最广的球磨机和振动磨而言,内装衬板材料的研究,一直是提高粉磨效率的重要环节之一。

目前己开发了多种档次和品质的金属衬板、陶瓷衬板和橡胶衬板,取得了可喜的成绩。

但由于材质本身的限制,这些衬板在使用中也同时存在一些缺陷。

如金属衬板重量大,设备负荷高,更换复杂,且只能用于粉磨不怕铁质污染的物料;陶瓷衬板受生产工艺限制,一般价格偏高,在使用中一旦出现破裂,就必须全部更换,材质有效利用率很低,且磨腔容积显著下降,产量低,寿命短;橡胶衬板存在易老化,抗撕裂性差的缺点,特别是在高速硬质物料的冲击下,作业温度较高,磨损速度大大加快。

因此,运用当代复合材料技术,开发一种新型的复合材料衬板,是非常有意义的。

聚氨酯弹性体是一种介于橡胶与塑料之间的高分子材料,它在具备一定弹性的同时,还具有很好的耐磨、耐温性能和抗撕裂能力。

若将该树脂与无机非金属硬质填料结合制成复合材料磨机衬板,既可以增加材料的耐磨强度,又可缓解研磨体对衬板的冲击力,从而提高衬板的使用寿命;随着硬质填料的掺入,可大大降低衬板的成本,提高衬板的市场竞争能力。

依据复合材料的特点,在生产中可根据实际使用要求,掺加不同的硬质填料,以满足不同的使用要求。