CN111440430B - 一种玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料及应用 - Google Patents

一种玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚氨酯材料及其应用，尤其涉及一种玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料及其应用，属于材料技术领域。一种玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料，包括以下重量份的组分：50‑70份无碱玻璃纤维纱、17‑37份玻璃纤维织物、18‑20份双组份聚氨酯树脂、5‑8份双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂和2.5‑5份聚氨酯专用色浆。本发明的有益效果：聚氨酯材料原料来源丰富、性价比高；利用该聚氨酯材料制得的型材表面平整光滑，无气泡，不易产生裂纹，不易分层剥离，经实际测试和工程使用满足设计要求。

Description

一种玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料及应用
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯材料及应用，尤其涉及一种玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料及应用，属于材料技术领域。
背景技术
国内外地下土建工程中使用复合材料结构件并不常见，尤其是在承载力比较大且比较特殊的结构中还是比较慎重的；这是因为复合材料的力学特性是各向异性的，一般玻璃纤维增强树脂基复合材料的刚性只有钢材的四分之一，这就决定了这种复合材料构件只能用在承载力不大的结构中使用。针对这种情况，国内外一直以来都在研发适用于高刚性、高强度的纤维增强复合材料；在近十年前，欧美国家几家大公司相继研发出来了一种适用于拉挤成型工艺的双组份聚氨酯树脂，这种树脂通过纤维增强后而制得的复合材料型材的各项性能指标远远超过了采用纤维增强“不饱和聚酯树脂”和“环氧乙烯基树脂”甚至在某些指标上甚至超过了“环氧树脂”的某些性能；而且，其采用拉挤成型工艺性又比“环氧树脂”的要好。国外最早研发出来的双组份聚氨酯树脂的公司有“拜尔公司”、“巴斯夫公司”和“亨斯迈公司”等；尽管国外研发的这种双组份聚氨酯树脂比较早，但是，在实际采用拉挤成型工艺生产结构用型材方面未见有大的应用领域；在国内，这几年以来有几家公司也在研发这种双组份聚氨酯树脂；然而，在国内，采用双组份聚氨酯树脂制作力学性能要求比较高的结构型材还是比较少见，尤其是双组分聚氨酯树脂在拉挤成型的工艺上比较特殊，无法直接套用传统的树脂拉挤成型工艺。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的无法采用双组份聚氨酯材料制作力学性能要求比较高的结构型材的缺陷，提出一种玻璃纤维增强拉挤型双组份聚氨酯材料，可应用于对力学性能要求高的结构型材中。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料，包括以下重量份的组分：50-70份无碱玻璃纤维纱、17-37份玻璃纤维织物、18-20份双组份聚氨酯树脂、5-8份双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂和2.5-5份聚氨酯专用色浆。
上述配方中，所述双组分聚氨酯树脂为双组份聚氨酯树脂。当所述双组分聚氨酯树脂是两种时，按照2-4份混合。
所述双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。当所述阻燃剂是两种以上时，添加2-4份混合使用。
铺层的选择较为重要，其决定了生成复合材料的性质，本发明所述材料的铺层是外表面采用无碱玻璃纤维三轴向布或者毡，内部夹二至三层无碱玻璃纤维三轴向布或者毡，其余为无碱玻璃纤维纱。
所述无碱玻璃纤维纱、玻璃纤维织物为采用4400～4800Tex至8800～9600Tex无碱玻璃纤维纱或者聚氨酯树脂专用无碱玻璃纤维纱。
所述聚氨酯专用色浆是双组份聚氨酯树脂中的“白料”按照产品所需颜色要求色粉配制得到。
作为优选，该玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料至少由以下重量份的组份制成：57份～60份的无碱玻璃纤维纱、30份～27份的玻璃纤维多轴向织物、18份～20份的双组份聚氨酯树脂、5份～8份双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂、3份～5份聚氨酯专用色浆。
作为另一种优选，该玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料至少由以下重量份的组份制成：50份～65份的无碱玻璃纤维纱、37份～22份的玻璃纤维多轴向织物、18份～20份的双组份聚氨酯树脂、5份～8份双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂、3份～5份聚氨酯专用色浆。
作为另一种优选，该玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料至少由以下重量份的组份制成：60份～70份的无碱玻璃纤维纱、27份～17份的玻璃纤维多轴向织物、18份～20份的双组份聚氨酯树脂、5份～8份双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂、2.5份～4份聚氨酯专用色浆。
作为另一种优选，所述双组份聚氨酯树脂为拉挤型双组份聚氨酯树脂按照一定比较混合使用以及也可以采用现有国产的相同类型的双组份聚氨酯树脂。
作为另一种优选，所述双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂为反应型阻燃剂或者添加型阻燃剂按照一定比例混合使用。
本发明进一步提供玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料在制备平板钢材中的应用，包括以下步骤：
第一步、分别取无碱玻璃纤维纱和玻璃纤维织物，按照设计规格数量要求在其外表面铺一层三轴向布或者毡，在其中间夹二至三层三轴向布或者毡，并经过预成型模进入注胶盒和成型模具中；
第二步、与第一步同时，取双组份聚氨酯树脂、双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂、聚氨酯专用色浆按照上述比例经注胶机混合注入注胶盒中；
第三步、上述玻璃纤维增强材料在注胶盒和成型模具中浸透树脂基体后经成型模机上的三个加热区加热固化，牵引或拉拔，出模，冷却后按要求切割得到样品。
其中，外表面的三轴向布或者毡为±45º＋90º的三轴向的玻璃纤维布（或毡），中间夹层的三轴向布或者毡为±45º＋90º的三轴向的玻璃纤维布（或毡）；三个加热区的温度分别是100-110℃、150-160℃和165-180℃。
本发明中所采用的双组份聚氨酯树脂是由“多元醇”和“异氰酸酯”按照一定比例均匀混合而成的，在国内通常称之为“白料”和“黑料”；“白料”的化学名称：多元醇（Polyol），2、“黑料”的化学名称：异氰酸酯（Isocyante）。
本发明的有益效果：聚氨酯材料原料来源丰富、性价比高；利用该聚氨酯材料制得的平板表面平整光滑，无气泡，不易产生裂纹，不易分层剥离。具有耐腐蚀、轻质高强等特性。经实际测试和经地下特殊工程使用满足特定固定结构件的设计要求，可以完全替代传统金属材料在地下特殊工程中的使用。
附图说明
图1 为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为本发明实验工装的结构示意图。
具体实施方式
实施例
下面结合实施例对本发明作出进一步说明。
本实施例中，各组分及来源分别为：
双组份聚氨酯树脂选自：可以采用双组份聚氨酯树脂SK 97007系列 ，购自亨斯曼化学研发中心（上海）有限公司；或采用双组份聚氨酯树脂CC6226系列，购自巴斯夫聚氨酯特种产品（中国）有限公司。也可以采用“南京聚发新材料有限公司”生产的相同类型的双组份聚氨酯树脂。
双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂可选择：国外进口的反应型阻燃剂和添加型阻燃剂；也可以采用国产相同类型的阻燃剂。
玻纤增强材料选自：
国产±45º-250/250+90º-600规格的玻纤三轴向复合毡
国产±45º-300/300+90º-800规格的玻纤三轴向复合毡
国产4800Tex或者9600Tex规格的高强无碱玻璃纤维纱
制得一批玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料，配方如下：
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
按照上述配比制备玻纤增强聚氨酯拉挤平板，制备方法包括以下步骤：第一步、分别取无碱玻璃纤维纱和玻璃纤维织物，按照该型材各部位所需玻璃纤维增强材料设计规格数量进行科学合理的定向分布经过预成型模进入注胶盒和成型模具中；
第二步、取双组份聚氨酯树脂中的“白料”按照设计比例加入双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂、聚氨酯专用色浆搅拌均匀后倒入“注胶机”上的“白料”存放桶中并将桶盖固定螺栓拧紧密封好，与此同时，将双组份聚氨酯树脂的“黑料”加入“注胶机”上的“黑料”存放桶中并将桶盖固定螺栓拧紧密封好，然后根据树脂固化比例调整“注胶机”的“白料”和“黑料”的混合混合经注胶机混合后即可开始注入成型“注胶盒”中；
第三步、上述材料在注胶盒和成型模具中浸透树脂基体后经成型模上的三个加热板进行固化加热，三个加热区的温度分别设置为：90-110℃、160-170℃、165-180℃，再经过牵引→出模→冷却后按照产品定长尺寸进行切割，然后按照实际产品长度尺寸进行二次切割后再进行两个斜孔的加工即得到所需标准尺寸的产品,如图1所示。
将上述成品于2017年5月份送至“南京工业大学”测试其力学性能,如图2所示，图中成品1，压头2；测试结果详见表2和表3：
表2 310mm长度的100×8平板集中载荷下的变形量
测试试件编号 10KN集中载荷（Load） 15KN集中载荷（Load）
A 3.71mm 6.42mm
B 3.1mm 5.35mm
C 2.85mm 4.8mm
表3 310mm长度的100×8平板集中载荷下的变形量指标
Figure DEST_PATH_IMAGE003
测试结果说明：
以上三件测试试件在载荷达到10KN时的变形量均小于变形量5mm的要求；在载荷达到15.3KN时试件中间均没有出现局部开裂和破坏情况；只是试件在“压头”和两个螺栓固定部位出现一点“白色的压痕”而没有发生任何分层、压坏等破坏现象，整个试件任何部分也没有出现任何破坏现象。根据上述测试结果，充分验证了我们在初步设计该款平板所用的玻璃纤维纱及其织物和基体树脂以及成型工艺方面是科学合理的，也是符合实际生产实践的；这将为今后设计生产其他玻璃纤维增强聚氨酯树脂复合材料制品打下来良好基础。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式，例如该玻璃纤维增强双组份聚氨酯树脂也可以采用 “RTM法”或者“真空注射法”来生产。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种地下工程固定平板专用玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料，其特征在于：包括以下重量份的组分：50~70份无碱玻璃纤维纱、17~37份玻璃纤维织物、18~20份双组份聚氨酯树脂、5~8份双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂和2.5~5份聚氨酯专用色浆；
所述玻璃纤维织物的铺层时外表面采用无碱玻璃纤维三轴向布或者毡，内部夹二至三层无碱玻璃纤维三轴向布或者毡，其余为无碱玻璃纤维纱；外表面的三轴向布或者毡为±45°+90°的三轴向的玻璃纤维布或者毡，中间夹二至三层的三轴向布或者毡为±45°+90°的三轴向的玻璃纤维布或者毡；
所述无碱玻璃纤维纱、玻璃纤维织物为采用4400~9600Tex聚氨酯树脂专用无碱玻璃纤维纱；
所述玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料应用在地下工程固定平板中，包括以下步骤：
第一步、分别取无碱玻璃纤维纱和玻璃纤维织物，按照设计规格数量要求在其外表面铺一层三轴向布或者毡，在其中间夹二至三层三轴向布或者毡，并经过预成型模进入注胶盒和成型模具中；
第二步、与第一步同时，取双组份聚氨酯树脂、双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂、聚氨酯专用色浆按照上述比例经注胶机混合注入注胶盒中；
第三步、上述玻璃纤维增强材料在注胶盒和成型模具中浸透树脂基体后经成型模机上的三个加热区加热固化，牵引或拉拔、出模，冷却后按要求切割得到样品；三个加热区的 温度分别为100~110℃、150~160℃和165~180℃。
2.根据权利要求1所述一种地下工程固定平板专用玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料，其特征在于：所述双组份聚氨酯树脂为拉挤型双组份聚氨酯树脂。
3.根据权利要求1所述一种地下工程固定平板专用玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料，其特征在于：所述双组份聚氨酯树脂专用阻燃剂为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。
4.根据权利要求3所述一种地下工程固定平板专用玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料，其特征在于：当所述阻燃剂是两种以上时，添加2~4份混合使用。
5.根据权利要求1所述一种地下工程固定平板专用玻璃纤维增强双组份聚氨酯材料，其特征在于：所述聚氨酯专用色浆是双组份聚氨酯树脂中的“白料”按照产品所需颜色要求色粉配制得到。
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