CN103589137A - 一种基于hp-rtm工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材 - Google Patents

一种基于hp-rtm工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材 Download PDF

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于永成
张万喜
陈广义
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Abstract

本发明公开一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材，采用RTM工艺成型复合材料存在的问题。聚氨酯麻纤维复合板材由聚氨酯组合物和麻纤维增强织物通过高压树脂传递模塑制备工艺获得；所述聚氨酯组合物由A、B两组分按照4:1～1:1比例混合构成；A组份为聚乙二醇600，B组份为异氰酸酯。制备工艺：⑴向模具内腔表面喷涂胶衣；⑵将麻纤维编织物放入预热好的模具中；⑶聚氨酯注压力为100par-300par；⑷保持该压力30min～60min，板材固化成型。本发明有效解决了传统RTM工艺成型复合材料存在的问题，得到的聚氨酯基麻纤维复合材料具有较高的机械性能和良好的尺寸稳定性，并且大大提高生产效率。

Description

一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材
技术领域
本发明涉及麻纤维增强聚氨酯树脂复合板材，具体涉及一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材。 
背景技术
随着汽车轻量化技术的不断发展，高分子及其复合材料在汽车零部件上的应用越来越广泛。聚氨酯树脂是二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物的总称。聚氨酯树脂材料具有密度小、化学稳定性好、隔音减震等优点。聚氨酯树脂复合材料有极好的刚度和强度，可以部分替代钢铁和铝合金，同时聚氨酯复合材料还具有极好的可设计加工性，可以根据汽车零部件的技术要求，设计加工出各种形状和尺寸的型材结构。目前工业上多用玻璃纤维作为聚氨酯复合材料的增强体，但随着环保要求的不断提高，绿色环保、可回收的天然纤维增强聚氨酯复合材料越来越受到人们的重视。专利文献（公开号：CN 102002859A）公开了一种天然纤维/聚氨酯复合材料的制备方法，将天然纤维毡在水性封闭聚氨酯分散液中浸透后，采用两阶段常压干燥工艺进行干燥后即可获得新型天然纤维/聚氨酯复合材料，具有工艺简单和环保的优点。其缺点在于由于简单的浸泡不够理想，然后常压干燥，树脂粘附在纤维上的量有限，造成复合材料体系中树脂含量较低，导致成型时间长，制品空隙率较高。专利文献（公开号：CN 102848582A）公开了一种蜂窝状棉织物和聚氨酯复合材料及其制备方法，采用蜂窝状的棉织物与聚氨酯复合，得到的复合材料结构稳定、强度高，同时还具有优异的隔音、减震功能。其问题在于首先增强体的结构比较复杂，加工较困难，其次采用常压浇注工艺，聚氨酯树脂在增强体中的流动性不佳，成型时间较长，同时会产生空隙缺陷。 
RTM是树脂传递模塑的简称，它起源于50年代的冷模浇铸工艺，其原理是在一定的温度、压力下，低粘度的树脂被注入到铺有增强材料的模具中，固化成型。RTM具有高度的灵活性和组合性，可以实现“材料设计”，因此发展迅速，目前已广泛应用于建筑、汽车、电讯、航空航天等领域。日本强化塑料协会将RTM工艺和拉挤工艺一起，推荐为两大最有发展前景的工艺。专利文献（公开号：CN 103240893A）公开了一种复合材料成型的RTM工艺，首先在模具中预先放置玻璃纤维增强材料，然后在一定温度和压力下，将树脂注入模腔，再经过温控固化成型。但RTM工艺普遍存在以下两个方面的问题：⑴树脂对纤维的浸渍不够理想。普通RTM是不加压的，仅靠重力或抽真空，使液体树脂浸入纤维层的量有限，导致成型时间长，制品空隙率高；⑵大尺寸或结构复杂的模具中，树脂流动不均衡，无法进行预测和控制。限制了该工艺在复杂结构件成型方面的应用。 
发明内容
本发明公开一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材，克服上述采用RTM工艺成型复合材料存在的问题。 
本发明采用以下技术方案：聚氨酯麻纤维复合板材由聚氨酯组合物和麻纤维增强织物通过高压树脂传递模塑制备工艺获得；所述聚氨酯组合物由A、B两组分按照4:1～1:1比例混合构成；所述A组份为聚乙二醇600，B组份为异氰酸酯； 
所述的聚氨酯A组份还包括1%～5%的偶联剂和5%～15%的阻燃剂。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或几种。 
所述阻燃剂为磷酸酯阻聚剂、卤素类阻燃剂、氮系阻燃剂和硅系阻燃剂中的一种或几种。 
所述麻纤维增强织物为麻纤维毡、纤维布或三维编织物。 
一种高压树脂传递模塑制备工艺包括如下步骤：⑴向模具内腔表面喷涂胶衣；⑵将麻纤维编织物放入预热好的模具中，并合模；⑶充模，将混合均匀的聚氨酯倒入树脂罐中，调整压力为100 par -300par，开始注胶充模；⑷保持该压力30min～60min，把多余的聚氨酯从模具尾端阀门处排除，待板材固化成型后开模获得制品。 
一般规律是三维编织物的力学性能>麻纤维毡>离散短切麻纤维。 
HP-RTM工艺是采用高压注射，相比于传统的RTM工艺，HP—RTM工艺减少了树脂注射次数，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期，同时还可以成型较复杂的结构件。 
本发明有效解决了传统RTM工艺成型复合材料存在的问题，得到的聚氨酯基麻纤维复合材料具有较高的机械性能和良好的尺寸稳定性，并且大大提高生产效率。 
具体实施方式
下面的具体实施例进一步描述本发明。 
实施例1 
一种用HP-RTM工艺快速成型得到聚氨酯麻纤维复合板材，其中聚氨酯树脂是由聚乙二醇600（Ａ组份）和异氰酸酯（Ｂ组份）按照1:１的比例混合构成。
取按质量份计的３份3-氨丙基三甲氧基硅烷和２份甲基磷酸二甲酯加入到100质量份的Ａ组份中，在30℃下搅拌混合均匀。将混合好的Ａ组份与Ｂ组份按1:１的比例混合，在静态混合器搅拌均匀，室温下抽真空10min制成聚氨酯组合物。 
向模具内腔表面喷涂胶衣，将麻纤维毡放入预热好的模具中，并合模。将混合均匀的聚氨酯倒入树脂罐中，调节树脂注胶系统中的计量设备，在200par压力下将树脂注入模具内腔中，保持该压力30min，将多余的树脂从模具尾端阀门处排除，待板材固化成型后开模获得制品。 
实施例2 
另一种用HP-RTM工艺快速成型得到聚氨酯麻纤维复合板材，与实施例１的区别在于增强体采用麻纤维的三维编织物，同时Ａ组份与Ｂ组份按照4:１混合。

Claims (6)

1.一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材，其特征在于：所述聚氨酯麻纤维复合板材由聚氨酯组合物和麻纤维增强织物通过高压树脂传递模塑制备工艺获得；所述聚氨酯组合物由A、B两组分按照4:1～1:1比例混合构成；所述A组份为聚乙二醇600，B组份为异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材，其特征在于：所述的聚氨酯A组份含有1%～5%的偶联剂和5%～15%的阻燃剂。
3.根据权利要求2所述一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材，其特征在于：所述阻燃剂为磷酸酯阻聚剂、卤素类阻燃剂、氮系阻燃剂和硅系阻燃剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述一种基于HP-RTM工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材，其特征在于：所述麻纤维增强织物为麻纤维毡、纤维布或三维编织物中的一种。
6.根据权利要求1所述聚氨酯麻纤维复合板材的制备工艺，其特征在于：制备工艺包括如下步骤：⑴向模具内腔表面喷涂胶衣；⑵将麻纤维编织物放入预热好的模具中，并合模；⑶充模，将混合均匀的聚氨酯倒入树脂罐中，调整压力为100 par -300par，开始注胶充模；⑷保持该压力30min～60min，把多余的聚氨酯从模具尾端阀门处排除，待板材固化成型后开模获得制品。
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