毕业设计（论文）-聚氨酯硬泡复合材料研究.doc

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1、 本 科 毕 业 论 文题目玻纤粉/聚氨酯硬泡复合材料性能的研究作 者： 专 业： 高分子材料与工程 指导教师： 完成日期： 2010.05 原 创 性 声 明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 张欢 日 期： 本论文使用授权说明本人完全了解有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）学生

2、签名： 张欢 指导教师签名： 日期： 毕 业 论 文题目： 聚氨酯硬泡/玻纤粉复合材料的研究 姓 名： 指导教师： 专 业：高分子材料与工程2010年5月南通大学毕业论文摘 要本课题通过一步法制备了聚氨酯硬泡/玻纤粉复合材料，主要研究了玻璃纤维粉增强硬质聚氨酯泡沫塑料的成型方法、力学性能。研究表明，当物理发泡剂的用量为1份时，材料的密度最大，材料的综合力学性能最好；当玻纤粉添加量为10份时，材料的压缩强度最好，材料的的拉伸强度，弯曲强度均随玻纤粉添加量的增加而降低。对于相同密度，玻纤粉添加量相同的试样，玻纤粉粒径为较小时，材料的拉伸强度，压缩强度，弯曲强度较好；经硅烷偶联剂处理的玻纤粉的增强效

3、果最佳。关键词：玻璃纤维粉，硬质聚氨酯泡沫，压缩强度，拉伸强度，弯曲强度ABSTRACTThe glass fiber powder reinforced the polyurethane foam plastics produced by one-stage process was researched in this paper. The molding method and mechanical property of glass fiber reinforced polyurethane foam were reviewed in the research. After explori

4、ng, when the amount of physical blowing agent is 1 percentage, the density of the materials is the largest, and the mechanical properties of material is excellent；When the glass powder addition level is 10, the compression strength of the material is superior, and the tensile strength, bending stren

5、gth decreases with the glass powder added volume increases. For the same density, the same amount of glass powder added samples, when the glass powder particle size is smaller, the tensile strength, compression strength, bending strength is best; when the glass fiber powder is dealed with silane cou

6、pler, the tensile strength ,the compressive strength, the bending strength of the material is optimiun.Key words: glass fiber powder, polyurethane foam, tensile strength compressive strength ,bending strength2目 录摘要IABSTRACTII第一章 前言11.1 聚氨酯概况11.1.1聚氨酯简介及其应用11.2 聚氨酯的发展现状及趋势21.3硬质聚氨酯泡沫塑料31.3.1硬质聚氨酯泡沫塑料

7、31.3.2聚氨酯泡沫塑料的制备31.3.3聚氨酯硬泡的应用41.4.1 玻璃纤维粉的界面处理41.4.2成型方法5第二章 实验部分62.1 实验仪器及药品62.2 基本化学反应及泡沫形成原理72.3泡沫合成过程及样品的制备82.4实验测试阶段所用到的计算方法与公式8第三章 结果与讨论103.1物理发泡剂用量的影响103.1.1物理发泡剂用量对材料密度的影响103.1.2物理发泡剂用量对材料密度的影响103.1.3物理发泡剂用量对材料拉伸强度的影响113.1.4物理发泡剂用量对材料压缩强度的影响113.1.2物理发泡剂用量对材料弯曲强度的影响123.2玻纤粉含量对材料性能的影响123.2.1玻

8、纤粉含量对材料拉伸强度的影响123.2.2玻纤粉含量对材料压缩强度的影响133.2.3玻纤粉含量对材料弯曲强度的影响143.3玻纤粉粒径对材料性能的影响143.3.1玻纤粉粒径对材料拉伸强度的影响143.3.2玻纤粉粒径对材料压缩强度的影响153.3.3玻纤粉粒径对材料弯曲强度的影响153.4硅烷偶联剂处理的影响153.4.1硅烷偶联剂处理对材料拉伸强度的影响163.4.2硅烷偶联剂处理对材料压缩强度的影响163.4.3硅烷偶联剂处理对材料弯曲强度的影响17结论.18参考文献.19致谢.21第一章 前言1.1 聚氨酯概况1.1.1聚氨酯简介及其应用聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。凡是在高分子主链上

9、含有许多重复的(-NHCOO-)氨基甲酸酯基团的高分子化合物通称为聚氨酯。一般聚氨酯系由二元或多元有机异氰酸酯与多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互作用而得。根据所用原料官能度数目的不同，可以制成线形结构或体形结构的高分子聚合物。由于聚合物的结构不同，性能也不一样。利用这样的性质，聚氨酯类聚合物可以分别制成塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等。近二十年来，聚氨酯在这几个方面的应用都发展很快，特别是聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯橡胶、聚氨酯涂料发展更加迅速。聚氨酯泡沫塑料具有优良的物理机械性能、电学性能和耐化学性能，尤其是硬质聚氨酯泡沫塑料的热导率特别低，是一种优质的绝热保温保冷材料。聚氨酯泡沫塑料的

10、密度大小及软硬程度均可以随着原料及配方的不同而改变，加上成型施工方面，使其它塑料品种无法与其相比。聚氨酯泡沫塑料又分为软质聚氨酯泡沫塑料和硬质聚氨酯泡沫塑料。软质聚氨酯泡沫塑料，简称聚氨酯软泡，是一种具有一定弹性的柔软性聚氨酯泡沫塑料，它是聚氨酯制品中用量最大的一种聚氨酯产品。长期以来，聚氨酯软泡沫塑料的应用主要作为衬垫及绝热保温材料。现在的趋向是不断扩大应用领域，在农业上用于作物栽培，代替土壤，使农业生产工厂化，改造土壤，疏松土质，吸着肥料，提高肥料的利用率；在运输业上作为车辆的安全防震缓冲材料；在三废回收治理中，作为油类、农药的吸附材料，保护环境；在医药上作为包扎材料，代替石膏；以及一些国

11、防尖端、航空宇宙飞行中的特殊材料。此外，可用作包装材料、过滤材料以及抗菌除臭泡沫等。为了建筑物的节能，建筑部已颁布节能措施，要求采用新型保温绝热材料，聚氨酯泡沫塑料夹层材料是推广应用的主要品种之一，因而将会进一步扩大聚氨酯泡沫材料的发展。聚氨酯软泡聚氨酯软泡多为开孔结构，具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能，主要用作家具垫材、床垫、交通工具座椅坐垫等垫材，工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热材料等。按软硬程度，即耐负荷性能的不同，聚氨酯软泡可以分为普通软泡、超柔软泡、高承载软泡、高回弹软泡等，其中高回弹软泡、高承载软泡一般用于制造座垫、床垫。

12、按生产工艺的不同，聚氨酯软泡又可分为块状软泡和模塑软泡，块状软泡是通过连续法工艺生产出大体积泡沫再切割成所需形状的泡沫制品，模塑软泡是通过间隙法工艺直接将原料混合后注入模具发泡成所需形状的泡沫制品。 聚氨酯软泡的主要用途包括以下几个方面：1.垫材：如座椅、沙发、床垫等，聚氨酯软泡是一种非常理想的垫材材料，垫材也是软泡用量最大的应用领域。2.吸音材料：开孔的聚氨酯软泡具有良好的吸声消震功能，可用作室内隔音材料。3.织物复合材料：玩具，等。1.2 聚氨酯的发展现状及趋势随着我国国民经济的增长，国内近几年聚氨酯业发展也经历了日新月异的变化，其规模也是举世瞩目的，尤其是汽车和电子业的飞速发展使聚氨酯应

13、用领域也实现了更多元化的发展。近年来世界聚氨酯研究比较活跃，主要集中于原料的选择、工艺路线的优化及物性改善等方面。液晶聚氨酯是由刚性致介基因和柔性间隔基团连接而成，是一种在溶体状态下有液晶性能的聚氨酯弹性体。该材料具有良好的机械、热稳定、高弹性、高延伸性能及良好的加工性能。液晶聚氨酯弹性体的合成采取一步或二步聚会的方法加工成型，工艺多样，挤出、注射模塑、涂覆均可。作为一个年均增长率长期高于全球经济增长率的产业，聚氨酯工业迅猛发展的势头有赖于其技术的快速发展及应用领域的不断拓展。随着聚氨酯产品大众化趋势的加剧，开发新产品、拓展新用途对聚氨酯工业能否继续保持良好发展势头变得至关重要。在其他聚氨酯新

14、技术的研发中，降低VOC和中间体游离TDI技术的研究、可降解回收的聚氨酯材料的研制、喷涂聚脲弹性体技术等也是业界关注的焦点，这些技术恰恰也是建立在保护环境、促进经济可持续发展的基础上。而拓展聚氨酯产品新用途和新的应用领域，则是各大公司重点研究方向。1.3硬质聚氨酯泡沫塑料1.3.1硬质聚氨酯泡沫塑料硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是聚氨酯材料体系中最重要的品种之一，它具有密度在大范围内可调，绝热隔音性能较佳，比模量和比强度高，有较好的化学稳定性等优点;同时合成硬质聚氨酯泡沫塑料的原料(主要指聚多元醇)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

15、.因此硬质聚氨酯泡沫塑料受到普遍重视而发展迅速。硬质聚氨酯泡沫塑料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/cm3以下，主要用于工业或家用的隔热和制冷，后者的密度一般超过0.1 g/cm3，主要用于汽车工业和建筑结构件，因为其密度小，比模量和比强度高，也为航空和航天应用领域所关注。硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是指在一定负荷作用下不发生明显形变，当负荷过大发生形变后恢复到初始状态的泡沫塑料。它是一种优良的绝热材料和结构材料，在聚氨酯中的消费量仅次于软质聚氨酯泡沫塑料。硬质聚氨酯泡沫塑料由于成型工艺简单、导热系数低、比强度高、抗辐射、耐腐蚀等优良性能，而广泛用于包装

16、、电子密封、减震等领域中，但弯曲强度和冲击强度稍差一些，为了进一步提高其力学性能，常采用在聚氨酯体系中加入填料，如玻璃纤维、玻璃微球和无机填充物等。采用玻璃纤维对其进行增强是目前国内外采用较多的一种增强手段，己经有比较成熟的工艺及技术途径，其增强效果己被许多文献报道。为了有效提高聚氨酯体系的力学性能，从成型工艺、原材料配方、成品密度等角度对体系进行了各种研究，并取得了一系列的进展。除此以外，目前更倾向于从复合材料界面的角度来分析增强机理，越来越多的研究表明界面结合强度及界面层形成对成品的力学性能有非常大的影响，通过进行界面设计及结构改善，可有效提高玻璃纤维在基材中的分散性能、增加玻璃纤维与基材

17、的结合强度,进一步提高增强效果。1.3.2聚氨酯泡沫塑料的制备发泡聚氨酯硬泡一般为室温发泡，成型工艺比较简单。按施工机械化程度可分为手工发泡及机械发泡；按发泡时的压力可分为高压发泡及低压发泡；按成型方式可分为浇注发泡及喷涂。聚氨酯泡沫塑料在合成过程中伴有复杂的化学变化，影响泡沫结构性能的变化因素非常多。其中不仅涉及异氰酸酯，多元醇与水之间的化学反应，而且也涉及到起泡的胶体化学。泡沫体系的化学反应包括有扩链，起泡与交联等过程。这些反应与参加反应的物质结构、官能度、分子量等均有关系。通常聚氨酯泡沫塑料是通过在液态聚合物中引入气相，然后经加热或化学方法固化来得到。发泡过程分成3个阶段：首先是液态聚合

18、物内小泡的成核;然后是气泡长大到预定的体积;最后是保持泡体结构的稳定性。1.3.3聚氨酯硬泡的应用聚氨酯硬泡主要用途有以下方面：1.食品等行业冷冻冷藏设备：如冰箱、冰柜、冷库、冷藏车等，聚氨酯硬泡是冷冻冷藏设备的最理想的绝热材料。2.工业设备保温：如储罐、管道等。 3.建筑材料：在欧美发达国家，建筑用聚氨酯硬泡占硬泡总消耗量的一半左右，是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上；在中国，硬泡在建筑业的应用还不像西方发达国家那样普遍，所以发展的潜力非常大。4.交通运输业：如汽车顶篷、内饰件等。 5.仿木材：高密度（密度300-700kg/m3）聚氨酯硬泡或玻璃纤维增强硬泡是结构泡沫塑料，又称仿木材，具有强

19、度高、韧性好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高等特点，强度可比天然木材高，密度可比天然木材低，可替代木材用作各类高档制品。6.灌封材料，等等。1.4.1 玻璃纤维粉的界面处理 在纤维增强复合材料中有三种基本单元：纤维、基体以及纤维-基体界面。要使复合材料具有优异的性能，每一种单元都必须有适宜的特性以及个体和联合的功能。而基体的主要作用是将应力传递和分配到各个纤维上，将各孤立的纤维粘接在一起并使之按要求取向。以及使基体有效的将应力通过纤维和基体间界面进行传递。基体亦保护纤维免于与湿空气和其他环境介质直接接触。使用偶联剂可使界面状况改善，因为偶联剂可提高填充剂与界面的结合力，常用的是一种含硅

20、的低分子化合物，其特点是在同一个硅原子上具有两种或两种以上地反应性基团，体树脂与纤维之间的应力传递可用RSiX3表示，其中X代表反应性基团，可与具有亲水性表面的无机填料发生化学反应，生成Si-O-Si化学键。R代表具有反应活性的含碳官能团，在催化剂作用下可与有机聚合物发生反应，变成聚合物的有效部分。界面粘合力必须足以抵抗由诸如纤维和基体热膨胀系数的不同以及固化过程中树脂的收缩等因素所产生的应力。此外，基体最好能耐液体渗透并且无空洞。界面亦有助于基体对纤维的保护作用。1.4.2成型方法随着机械设备的发展和改进，其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。浇注成型即用搅拌器将玻璃纤维

21、分散到聚醚多元醇中，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。由于空气排除性差和模具的不密封性，因而试样中存在空气气泡，在试样的后处理过程中可能发生泡沫不稳定现象.聚醚和异氛酸酯在搅拌时，可以进行真空脱气，以减少试样中空气空隙。但抽真空降低了生产效率，限制了其工业化。本课题研究玻纤粉增强的硬质聚氨酯泡沫塑料，采用一步法将聚醚多元醇、多异氰酸酯、水及催化剂和泡沫稳定剂原料一起加入模具，聚合反应和发泡反应几乎同时进行。经表面处理后的玻纤粉可与某一原料组分，如多元醇组分预先混合，玻

22、纤粉和原料预混合时，混合物的黏度随玻纤粉量的增加而增大。水和异氰酸酯的反应生成二氧化碳气体，泡孔由此在反应体系中成核并生长，发泡反应先于聚合反应，硅油在气液界面上形成粘度高于液体相的表面活性层以保持泡孔的稳定，同时较低的液相粘度有利于液相流动。三乙醇胺对发泡反应和聚合反应均有催化作用，适当调节用量，使气体生成与泡沫体强度形成的进程能够匹配，以保证最终形成稳定的泡沫体。随后将产品制成样品并对其进行性能方面的测试。第二章 实验部分2.1 实验仪器及药品实验仪器： 电子天平 上海天平厂玻璃棒 两根800ml大烧杯 五个 滴瓶 三个400ml小烧杯 两个搅拌器 型号：XSJ-2型，成都晨光科技实业公司

23、旋转粘度计 型号：NDJ-1，上海精科仪器厂电子万能材料试验机， 型号：AG-101TA，日本岛津实验原料：MDI（多苯基多次甲基多异氰酸酯） 烟台万华 NCO含量30%聚醚多元醇 455 金陵石化羟值479mgKOH/g =4.705 25v5 金陵石化 羟值400mgKOH/g=4.761三乙醇胺 德国GOldschmidt公司辛酸亚锡（T-9） Air products化工公司硅油AK-8805 南京德美世创化工有限公司水 市售物理发泡剂HCFC-1416硅烷偶联剂KH560 江都市大江化工厂玻纤粉20 m；40 m 市售表2-1实验基本配方原料名称用量（份）MDI聚醚多元醇45580聚

24、醚多元醇250520三乙醇胺0.6辛酸亚锡0.4硅油AK-880514玻纤粉025水1.0发泡剂HCFC-1416320硅烷偶联剂KH560 2.2 基本化学反应及泡沫形成原理本工作采用一步法水发泡制作，该体系的化学反应过程十分复杂，发泡所需气体来自水和异氰酸酯反应生成的二氧化碳，三乙醇胺既是催化剂又是扩链剂，实验中形成主要化学结构的反应可以用下面的方程式来描述：A. 扩链反应MDI与羟基(聚醚多元醇或三乙醇胺)反应生成聚氨基甲酸酯。 O O nOCN-R-NCO + nHOOH CNH-R-NH-CO n 由于聚氨酯泡沫塑料的合成过程中，异氰酸酯是过量的(即异氰酸酯的用量指数大于l)，因此扩

25、链反应最终产品的末段应为异氰酸酯基团。B.发泡反应异氰酸酯与水先形成不稳定的氨基甲酸，然后分解成胺和二氧化碳。NCO + H2O RNCOOH NH2 + CO2 H氨基进一步和异氰酸酯基团反应生成脲。 H O HNCO + NH2 N C N 2.3泡沫合成过程及样品的制备本工作采用的一步法是将聚醚多元醇、异氰酸酯、水及催化剂和泡沫稳定剂一起加入模具，聚合反应和发泡反应几乎同时进行。水和异氰酸酯的反应生成二氧化碳气体，泡孔由此在反应体系中成核并生长，发泡反应先于聚合反应，硅油在气液界面上形成粘度高于液体相的表面活性层以保持泡孔的稳定，同时较低的液相粘度有利于液相流动。三乙醇胺对发泡反应和聚合

26、反应均有催化作用，适当调节用量，使气体生成与泡沫体强度形成的进程能够匹配，以保证最终形成稳定的泡沫体。将泡沫体放置48小时后，加工成所需试样。2.4实验测试阶段所用到的计算方法与公式1. 密度：将样品切成一定形状大小的立方体，在天平称重后计算其密度。 d=ms/V式中：d-密度 ，ms-试样重量，V-试样体积2.拉伸性能：拉伸试样在强力拉伸机上拉伸至断裂为止，单位面积所受的最大拉伸应力。拉伸强度（MPa）=Fm/(l h)式中：Fm-最大拉力，l-试样宽，h-试样厚度3. 压缩性能：主要指压缩强度和其相对形变压缩强度：在试样上施加压缩载荷至材料发生破坏或产生屈服现象时，单位面积材料所承受的载荷

27、。压缩强度（N/cm2）=P/F式中：P-破坏载荷 F-试样截面积相对形变（%）=（Xm/h0） 100式中：Xm-达到最大压缩力时的位移，h0-试样的初始厚度4 .弯曲强度（或称挠曲强度）是指在规定的实验条件下对标准试样施加静弯曲力矩，直到试样断裂为止。取实验过程的最大载荷P并按下式计算弯曲强度=1.5弯曲模量为E=式中挠度，是试样着力处的位移第三章 结果与讨论3.1 物理发泡剂用量的影响3.1.1物理发泡剂用量对材料密度的影响由图3-1可知随着HCFC-141用量的增加，聚氨酯硬泡的密度逐渐降低。这是由于随着物理发泡剂用量的增加，使得泡孔的数目增加，从而使材料的密度降低。此外，材料密度的降

28、低对材料的力学性能也会产生影响。3.1.2物理发泡剂用量对材料拉伸强度的影响由图3-2可知随着HCFC-141用量的增加，聚氨酯硬泡的拉伸强度逐渐降低。这是由于随着物理发泡剂用量的增加，使得泡孔的数目增加，从而使材料的密度降低，从而使聚氨酯硬泡的拉伸强度降低。3.1.3物理发泡剂用量对材料压缩强度的影响由图3-3可知随着物理发泡剂用量的增加，聚氨酯硬泡的压缩强度逐渐降低。由于HCFC-141的极性大，对聚氨酯具有一定的溶解性，对聚氨酯具有一定的塑化作用，物理发泡剂用量的增加使得其对聚氨酯的塑化作用增加，从而使材料的压缩强度降低。另外，由于物理发泡剂用量的增加，聚氨酯硬泡的密度降低，也使得聚氨酯

29、硬泡的压缩强度降低。3.1.4物理发泡剂用量对材料弯曲强度的影响由图-4可知随着物理发泡剂用量的增加，聚氨酯硬泡的弯曲强度降低。这是由于随着物理发泡剂用量的增加，聚氨酯硬泡的密度降低，从而使得其弯曲强度降低。另外，由于HCFC-141的极性大，对聚氨酯有一定的溶解性，对聚氨酯有一定的塑化作用。物理发泡剂用量的增加，其对聚氨酯硬泡的塑化作用增强，从而使聚氨酯硬泡的弯曲强度降低。3.2玻纤粉含量对材料性能的影响（45g/cm3）本实验中，固定样品的密度为45 g/cm3对不同玻纤粉含量的样品进行力学性能测试。3.2.1玻纤粉含量对材料拉伸强度的影响由图3-5可知随着玻纤粉含量的增加，聚氨酯硬泡的拉

30、伸强度逐渐增强。玻纤粉含量增加后，玻纤粉在混合体系中的分布就不那么均匀，玻纤粉的堆积比较严重，造成局部玻纤粉含量较高，树脂含量较低，加之树脂的沉积效应，在泡沫总密度不变时，树脂含量较低的部分相对密度减少，成了薄弱区域，从而造成试样的拉伸强度降低。3.2.2玻纤粉含量对材料压缩强度的影响由图3-6可知随着玻纤粉含量的增加，聚氨酯硬泡的压缩强度在一定范围内会出现一个最大值，当玻纤粉含量超过一定范围后，聚氨酯硬泡的压缩强度反而下降最后趋于不变。实验表明当玻纤粉添加量为10份时，聚氨酯硬泡的压缩强度达到最佳值。这是由于少量玻纤粉的加入基本不改变泡孔结构，在起到增强支柱作用的同泡孔发生有限密集，强化了支

31、柱的承载，减缓了材料的变形及破坏从而提高其压缩强度，但随着玻纤粉添加量的进一步增大，玻纤粉的堆积比较严重，造成局部玻纤粉含量较高，树脂含量较低，加之树脂的沉积效应，在泡沫总密度不变时，树脂含量较低的部分相对密度减小，成为薄弱区域，所以当玻纤粉含量超过一定范围时，其压缩强度反而下降。3.2.3玻纤粉含量对材料弯曲强度的影响由图3-7可知，随之玻纤粉含量的增加，聚氨酯硬泡的弯曲强度先逐渐降低，当玻纤粉添加量大于15份时，其弯曲强度趋于稳定。这是由于由于随着玻纤粉含量的增加，使得玻纤粉的分布不均，造成局部树脂含量较高，树脂含量较低，加之树脂的沉积效应，从而使得材料的弯曲强度下降。3.3玻纤粉粒径对材

32、料性能的影响（45g/cm3,15%含量） 在本实验中，固定样品的密度为45g/cm3，玻纤粉含量为15%，来测定含不同粒径的玻纤粉的样品的力学性能。3.3.1玻纤粉粒径对材料拉伸强度的影响表3-1玻纤粉粒径对材料拉伸强度的影响(m)2040拉伸强度/（KPa）578506由表3-1可知玻在相同添加量下，纤粉粒径为20m时，聚氨酯硬泡的拉伸强度比粒径为40m时的拉伸强度要好，也就是说，在相同添加量下，在一定范围内，减小所添加的玻纤粉的粒径有利于提高聚氨酯硬泡的拉伸强度。这是由于在一定范围内，所添加玻纤粉的粒径越小，其在混合体系中分散的均匀性越好，其增强效果也就越好。3.3.2玻纤粉粒径对材料压

33、缩强度的影响表3-2玻纤粉粒径对材料压缩强度的影响(m)2040压缩强度/（KPa）445362 由表3-2可知在相同添加量下，玻纤粉粒径为20m时，聚氨酯硬泡的压缩强度比粒径为40m时的压缩强度要好，也就是说，在相同添加量下，在一定范围内，聚氨酯硬泡的压缩强度会随着所加玻纤粉粒径的细化而增强。这是因为玻纤粉与塑料体系的相容性不良，玻纤粉在混合体系中分散性不好，玻纤粉粒径的细化有利于玻纤粉在混合体系中均匀分散，强化了玻纤粉的支承作用，粒径越小，分散效果越好。但是粒径过小时，虽然分散效果好，但由于玻纤粉的粒径太小不能起到增强作用。3.3.3玻纤粉粒径对材料弯曲强度的影响表3-3玻纤粉粒径对材料弯

34、曲强度的影响(m)2040弯曲强度/（KPa）658557由表3-3可知，在相同添加量下，粒径为20m的玻纤粉增强的聚氨酯硬泡的弯曲强度比粒径为40m的玻纤粉增强的聚氨脂硬泡的弯曲强度要好。也就是说，在相同添加量下，玻纤粉粒径的细化有利于提高聚氨酯硬泡的弯曲强度。这是因为玻纤粉粒度的细化有利于强化支承作用，又有利于提高玻纤粉的分散效果，因此硬质聚氨酯硬泡的弯曲强度的到增强。3.4硅烷偶联剂处理的影响（45g/cm3,15%含量）3.4.1硅烷偶联剂处理对材料拉伸强度的影响表3-4硅烷偶联剂处理对材料拉伸强度的影响拉伸强度/（KPa）经KH560处理506未处理425由表3-4可知在相同添加量，

35、相同密度下，添加经过KH560处理的玻纤粉的聚氨酯硬泡的拉伸强度的比添加未经处理的玻纤粉的聚氨酯硬泡的拉伸强度高。这是由于增强剂的增强效果要看其与基体的相容性如何，相容性好，则增强效果好；反之，不但起不到增强效果，反而是试样的某些力学性能下降。由于玻璃纤维的亲水性很强，因此对于未处理的玻纤粉与聚合物形成的样条，水很容易进入界面，并通过扩散到达界面深处，进入界面的水造成纤维与聚合物基体的解吸附，造成界面脱胶，从而是其拉伸强度降低。水对复合材料界面的破坏除使纤维与聚合物基体发生解吸附外，还可以通过树脂的溶胀及基体与纤维热膨胀系数的差异，对镶嵌在树脂中的纤维产生一个沿纤维方向的剪应力，当这个剪应力大

36、于见面粘结力是，则发生界面脱胶破坏，也会使材料的拉伸强度降低。玻纤粉与聚氨酯体系相容性并非很好，因此在制备工艺中玻纤粉原料常用的偶联剂进行表面处理。玻纤表面存在者较多的羟基，所以一般采用硅烷偶联剂。玻纤粉以偶联剂处理时，其表面的羟基与偶联剂进行反应脱水缩合行程一层膜，这层膜与聚氨酯体系能很好地相容，从而使聚氨酯硬泡的拉伸强度得到明显提高。对于经偶联剂处理的玻纤粉与聚合物形成的样条，由于偶联剂的疏水性，水难以进入复合体系的界面，也难以在其表面进行扩散，因此大大减少了水对复合体系的解吸附，经硅烷处理后，界面的耐水性能有所提高，进而使试样的拉伸性能得到增强。3.4.2硅烷偶联剂处理对材料压缩强度的影

37、响表3-5硅烷偶联剂处理对材料压缩强度的影响压缩强度/（KPa）经KH560处理362未处理355由表3-5可知，在相同密度，相同添加量下，所添加的玻纤粉是否经硅烷偶联剂处理对材料的压缩强度影响不大，经KH560处理玻纤粉的加入对于提高聚氨酯硬泡的压缩强度效果不明显。3.4.3硅烷偶联剂处理对材料弯曲强度的影响表3-6硅烷偶联剂处理对材料弯曲强度的影响弯曲强度/（KPa）经KH560处理557未处理472由表3-6可知，对于相同密度的聚氨酯硬泡，在玻纤粉添加量相同的情况下，添加经KH560处理的玻纤粉的聚氨酯硬泡的弯曲强度比添加未经处理的玻纤粉的聚氨酯硬泡的弯曲强度高。由于玻璃纤维的亲水性很强

38、，因此对于未处理的玻纤粉与聚合物形成的样条，水很容易进入界面，并通过扩散到达界面深处，进入界面的水造成纤维与聚合物基体的解吸附，造成界面脱胶，从而使试样的弯曲强度降低。水对复合材料界面的破坏除使纤维与聚合物基体发生解吸附外，还可以通过树脂的溶胀及基体与纤维热膨胀系数的差异，对镶嵌在树脂中的纤维产生一个沿纤维方向的剪应力，当这个剪应力大于界面粘结力时，则发生界面脱胶破坏，也会破坏试样的弯曲强度。玻纤粉与聚氨酯体系相容性并非很好，因此在制备工艺中玻纤粉原料常用的偶联剂进行表面处理，一般采用硅烷偶联剂。玻纤粉以偶联剂处理时，其表面的羟基与偶联剂进行反应脱水缩合行程一层膜，这层膜与聚氨酯体系能很好地相

39、容，从而使聚氨酯硬泡的弯曲强度得到明显提高。对于经偶联剂处理的玻纤粉与聚合物形成的样条，由于偶联剂的疏水性，水难以进入复合体系的界面，也难以在其表面进行扩散，因此大大减少了水对复合体系的解吸附，经硅烷处理后，界面的耐水性能有所提高，因而试样的弯曲强度得到增强。21结 论在制备玻纤粉增强的聚氨酯泡沫塑料时，采用的较为合适的条件为：1.物理发泡剂的用量为1份时，聚氨酯硬泡的密度最大。2.物理发泡剂用量为1份时，聚氨酯硬泡的拉伸强度，压缩强度，弯曲强度最好，随着物理发泡剂用量的增加，聚氨酯硬泡的上述强度均下降。3.当玻纤粉含量为10份时，聚氨酯硬泡的压缩强度最好，也就是说在一定范围内，聚氨酯硬泡的压

40、缩强度是随玻纤粉添加量的增加而增强的，当超过这个范围后，压缩强度又会随玻纤粉添加量的增加而下降。4.当玻纤粉的粒径较小时，材料的压缩强度拉伸强度弯曲强度较好，也就是说在一定范围，玻纤粉的细化有利于提高聚氨酯硬泡的物理力学性能。5.经硅烷偶联剂处理的玻纤粉增强聚氨酯硬泡的综合力学性能比未经处理的玻纤粉增强聚氨酯硬泡的综合力学性能好。参考文献1李俊贤.塑料工业手册M:聚氨酯.北京:化学工业出版社,1999:22Bledzki,AndrzejK,ZhangWenyang,ChateAndris.Naturalfibrereinfocedpolyurethanmicrofoam. Composites

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