CN114835874A - 一种高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材及其制备方法、应用 - Google Patents

一种高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚氨酯泡沫芯材，所述聚氨酯泡沫芯材中，包括聚氨酯交联网络结构以及化学交联在聚氨酯交联网络结构上的第二聚合物网络结构；所述第二聚合物包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种。本发明采用特定的聚合物对聚氨酯进行化学交联改性，得到了具有特定结构的高强度低成本聚氨酯泡沫芯材。本发明在聚氨酯树脂主链上引入了特定种类的热固性氨基树脂，再利用氨基树脂固化形成高交联的网络体系，从而把改性后的聚氨酯泡沫芯材的耐温和强度，提高了一个台阶和新的高度，能够满足复合材料承载的结构芯材的使用要求。本发明提供的制备工艺简单，条件温和，可控性好，更加适于工业化生产推广和应用。

Description

一种高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材及其制备方 法、应用
技术领域
本发明属于复合材料泡沫芯材技术领域，涉及一种聚氨酯泡沫芯材及其制备方法、应用，尤其涉及一种高强度低成本聚氨酯泡沫芯材及其制备方法、应用。
背景技术
聚氨酯泡沫是以异氰酸酯为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经现场发泡而成的高分子聚合物。泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一，它的主要特征是多孔性，因而相对密度小，比强度高。根据所用的原料不同和配方变化，可制成软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料等几种；若按所用的多元醇品种分类又可分为聚酯型，聚醚型和蓖麻油型聚氨酯泡沫塑料等；若按发泡方法分类又有块状、模塑和喷涂聚氨酯泡沫塑料等类型。聚氨酯泡有软泡和硬泡两种，软泡为开孔结构，硬泡为闭孔结构。聚氨酯软泡的主要功能是缓冲，常用于沙发家具、枕头、坐垫、玩具和服装中。目前复合材料中用作结构芯材的主要有硬质聚氨酯、硬质聚氯乙烯泡沫、硬质聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫等，其中硬质聚氯乙烯(PVC)泡沫是目前复合材料中使用最为广泛的。但是PVC泡沫的耐温性和其烟毒性都制约了其发展。
因此，开发一种高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材对促进复合材料行业的发展是非常有帮助的。
但是一般的聚氨酯硬泡的强度和耐温性能都达不到复合材料的使用要求。现有技术中也提出了部分的改进方案，如发明专利CN107814897A将环氧树脂与聚氨酯树脂互穿网路形成聚氨酯硬泡，但是对于聚氨酯的耐温和硬度方面的提升还是有限，难以满足复合材料结构芯材的要求。再如CN113861661A将聚氨酯树脂、酚醛树脂、玻璃纤维等制备硬质泡沫，也存在上面同样的问题。
因而，如何找到一种更为适宜的方式改性聚氨酯泡沫芯材，能够解决上述缺陷，已成为业内诸多生产应用厂商和一线研究人员广为关注的焦点之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚氨酯泡沫芯材及其制备方法、应用，特别是一种高强度低成本聚氨酯泡沫芯材，本发明提供的聚氨酯泡沫芯材，具有较高的力学性能，与现在市售的PVC结构泡沫相差不大，能够满足复合材料承载的结构芯材的使用要求；而且工艺简单，条件温和，可控性好，更加适于工业化生产推广和应用。
本发明提供了一种聚氨酯泡沫芯材，所述聚氨酯泡沫芯材中，包括聚氨酯交联网络结构以及化学交联在聚氨酯交联网络结构上的第二聚合物网络结构；
所述第二聚合物包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种。
优选的，所述聚氨酯交联网络结构与第二聚合物网络结构相互交织形成整体网络结构；
所述化学交联具体为，第二聚合物通过-NH2与聚氨酯主链上的-NCO形成化学交联；
所述第二聚合物网络结构包括第二聚合物再次交联形成的网络结构。
优选的，所述第二聚合物占所述聚氨酯泡沫芯材总质量的比例为15％～30％；
所述第二聚合物包括热固性树脂；
所述聚氨酯泡沫芯材为用于复合材料芯材的泡沫材料。
优选的，所述聚氨酯泡沫芯材的密度为50～200kg/m3；
所述聚氨酯泡沫芯材的泡孔直径为0.1～2mm；
所述聚氨酯泡沫芯材为高强度聚氨酯泡沫芯材；
所述聚氨酯泡沫芯材为用于复合材料结构芯材的结构泡沫。
本发明提供了一种聚氨酯泡沫芯材，按原料质量分数计，包括：
Figure BDA0003666150470000021
Figure BDA0003666150470000031
所述第二聚合物树脂包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种。
优选的，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种；
所述聚醚多元醇包括蔗糖聚醚多元醇、山梨醇多元醇、木糖醇多元醇、三乙醇胺多元醇和季戊四醇多元醇中的一种或多种；
所述聚酯多元醇包括PS-3152、PS-2412、PS-2352、HF-8011、HF-8211、HF8730、NGPS-3060和NGPS-6260中的一种或多种。
优选的，所述物理发泡剂包括环戊烷、正丁烷、正戊烷和异戊烷中的一种或多种；
所述表面活性剂包括AK8805、AK8801、DC193、L580和L560中的一种或多种；
所述催化剂包括三乙烯二胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲基环己胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、油酸钾和辛酸钾中的一种或多种；
所述无机填料包括可膨胀石墨、气相二氧化硅、碳酸钙、氢氧化铝、可膨胀珍珠岩粉末和可膨胀蛭石粉末中的一种或多种。
本发明提供了一种聚氨酯泡沫芯材的制备方法，包括以下步骤：
1)将取聚醚多元醇、聚酯多元醇、第二聚合物树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂和无机填料混合后，得到反应主料；
2)将上述步骤得到的反应主料和异氰酸酯再次混合后，置于模具中发泡和初固化后，再经后固化，得到聚氨酯泡沫体。
优选的，所述混合和再次混合的方式各自独立的包括高速搅拌；
所述混合的转速为500～3000r/min；
所述再次混合的转速为1000～2000r/min；
所述初固化的时间为3～5小时；
所述后固化的温度为60～80℃；
所述后固化的时间为12～24小时。
本发明还提供了上述技术方案任意一项所述的聚氨酯泡沫芯材或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的聚氨酯泡沫芯材在复合材料结构芯材方面的应用。
本发明提供了上述技术方案任意一项所述的聚氨酯泡沫芯材或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的聚氨酯泡沫芯材在复合材料结构芯材方面的应用。
本发明提供了一种聚氨酯泡沫芯材，所述聚氨酯泡沫芯材中，包括聚氨酯交联网络结构以及化学交联在聚氨酯交联网络结构上的第二聚合物网络结构；所述第二聚合物包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种。与现有技术相比，本发明针对现有的改性聚氨酯泡沫进行了研究，认为简单的引入热固性树脂，虽然能提高聚氨酯泡沫的硬度和耐温性，但其性能提高有限的问题。
基于此，本发明创造性的设计了一种采用特定的聚合物对聚氨酯进行化学交联改性，得到了一种具有特定结构的高强度低成本聚氨酯泡沫芯材。本发明在聚氨酯树脂主链上引入了特定种类的热固性氨基树脂，再利用氨基树脂固化形成高交联的网络体系，使得复合材料具有聚氨酯交联网络结构与特定种类的热固性氨基树脂聚合物网络结构相互交织形成的整体网络结构，从而把改性后的聚氨酯泡沫芯材的耐温和强度，提高了一个台阶和新的高度，最大限度的提升聚氨酯的耐温和硬度。本发明提供的聚氨酯泡沫芯材与现在市售的PVC结构泡沫相差不大，能够满足复合材料承载的结构芯材的使用要求。
而且，本发明提供的制备工艺简单，条件温和，可控性好，更加适于工业化生产推广和应用。
实验结果表明，本发明制备的高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材的密度在60-70kg/m3左右时，泡沫的剪切强度0.5～0.8Mpa，拉伸强度1.1～1.5Mpa，压缩强度0.6～0.9Mpa，断裂伸长率可以达到12～18％，可以和市售的同等密度的PVC泡沫芯材的性能相媲美。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或聚氨酯泡沫芯材制备领域常规的纯度要求。
本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。
本发明提供了一种聚氨酯泡沫芯材，所述聚氨酯泡沫芯材中，包括聚氨酯交联网络结构以及化学交联在聚氨酯交联网络结构上的第二聚合物网络结构；
所述第二聚合物包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种。
在本发明中，所述第二聚合物包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种，优选为脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂或苯代三聚氰胺树脂。
在本发明中，所述第二聚合物占所述聚氨酯泡沫芯材总质量的比例优选为15％～30％，更优选为18％～27％，更优选为21％～24％。
在本发明中，所述第二聚合物优选包括热固性树脂。
在本发明中，所述聚氨酯交联网络结构与第二聚合物网络结构优选相互交织形成整体网络结构。
在本发明中，所述化学交联具体优选为，第二聚合物通过-NH2与聚氨酯主链上的-NCO形成化学交联。
在本发明中，所述第二聚合物网络结构优选包括第二聚合物再次交联形成的网络结构。
在本发明中，所述聚氨酯泡沫芯材优选为用于复合材料芯材的泡沫材料。
在本发明中，所述聚氨酯泡沫芯材的密度优选为50～200kg/m3，更优选为80～170kg/m3，更优选为110～140kg/m3。
在本发明中，所述聚氨酯泡沫芯材的泡孔直径优选为0.1～2mm，更优选为0.5～1.6mm，更优选为0.9～1.2mm。
在本发明中，所述聚氨酯泡沫芯材优选为高强度聚氨酯泡沫芯材。
在本发明中，所述聚氨酯泡沫芯材优选为用于复合材料结构芯材的结构泡沫。
本发明提供了一种聚氨酯泡沫芯材，按原料质量分数计，包括：
Figure BDA0003666150470000061
在本发明中，所述第二聚合物树脂包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种，优选为脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂或苯代三聚氰胺树脂。
在本发明中，所述异氰酸酯的加入量优选为30～50重量份，更优选为34～46重量份，更优选为38～42重量份。
在本发明中，所述聚醚多元醇的加入量优选为20～30重量份，更优选为22～28重量份，更优选为24～26重量份。
在本发明中，所述聚酯多元醇的加入量优选为20～30重量份，更优选为22～28重量份，更优选为24～26重量份。
在本发明中，所述第二聚合物树脂的加入量优选为20～30重量份，更优选为22～28重量份，更优选为24～26重量份。
在本发明中，所述物理发泡剂的加入量优选为5～10重量份，更优选为6～9重量份，更优选为7～8重量份。
在本发明中，所述表面活性剂的加入量优选为2～5重量份，更优选为2.5～4.5重量份，更优选为3～4重量份。
在本发明中，所述水的加入量优选为1～2重量份，更优选为1.2～1.8重量份，更优选为1.4～1.6重量份。
在本发明中，所述催化剂的加入量优选为0.3～0.8重量份，更优选为0.4～0.7重量份，更优选为0.5～0.6重量份。
在本发明中，所述无机填料的加入量优选为2～10重量份，更优选为3～9重量份，更优选为4～8重量份，更优选为5～7重量份。
在本发明中，所述异氰酸酯优选包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种，更优选为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。
在本发明中，所述聚醚多元醇优选包括蔗糖聚醚多元醇、山梨醇多元醇、木糖醇多元醇、三乙醇胺多元醇和季戊四醇多元醇中的一种或多种，更优选为蔗糖聚醚多元醇、山梨醇多元醇、木糖醇多元醇、三乙醇胺多元醇或季戊四醇多元醇。
在本发明中，所述聚酯多元醇优选包括PS-3152、PS-2412、PS-2352、HF-8011、HF-8211、HF8730、NGPS-3060和NGPS-6260中的一种或多种，更优选为PS-3152、PS-2412、PS-2352、HF-8011、HF-8211、HF8730、NGPS-3060或NGPS-6260。具体的，stepan公司生产或销售的PS-3152、PS-2412、PS-2352，华锋公司生产或销售的HF-8011、HF-8211、HF8730，南光化工生产或销售的NGPS-3060、NGPS-6260。
在本发明中，所述物理发泡剂优选包括环戊烷、正丁烷、正戊烷和异戊烷中的一种或多种，更优选为环戊烷、正丁烷、正戊烷或异戊烷。
在本发明中，所述表面活性剂优选包括AK8805、AK8801、DC193、L580和L560中的一种或多种，更优选为AK8805、AK8801、DC193、L580或L560。
在本发明中，所述催化剂优选包括三乙烯二胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲基环己胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、油酸钾和辛酸钾中的一种或多种，更优选为三乙烯二胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲基环己胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、油酸钾或辛酸钾。
在本发明中，所述无机填料优选包括可膨胀石墨、气相二氧化硅、碳酸钙、氢氧化铝、可膨胀珍珠岩粉末和可膨胀蛭石粉末中的一种或多种，更优选为可膨胀石墨、气相二氧化硅、碳酸钙、氢氧化铝、可膨胀珍珠岩粉末或可膨胀蛭石粉末。
本发明为完整和细化整体技术方案，更好的保证聚氨酯泡沫芯材的结构和参数，提高聚氨酯泡沫芯材的性能，上述聚氨酯泡沫芯材具体可以为以下组成：
该高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材，所述泡沫包含以下重量份的原料：聚醚多元醇20％-30％，聚酯多元醇20-30％，氨基树脂20％-30％，物理发泡剂5％-10％，表面活性剂2-5％，水1-2％，催化剂0.3-0.8％，无机填料2-10％，异氰酸酯30％-50％。
具体的，所述聚醚多元醇为蔗糖聚醚多元醇、山梨醇多元醇、木糖醇多元醇、三乙醇胺多元醇、季戊四醇多元醇中的一种或几种。
具体的，所述聚酯多元醇为stepan公司的PS-3152、PS-2412、PS-2352、华锋公司的HF-8011、HF-8211、HF8730、南光化工的NGPS-3060、NGPS-6260中的一种或几种。
具体的，所述的氨基树脂为脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、苯代三聚氰胺树脂中的一种或几种。
具体的，所述的物理发泡剂为环戊烷、正丁烷、正戊烷、异戊烷中的一种或几种。
具体的，所述的表面活性剂为AK8805、AK8801、DC193、L580、L560中的一种或者几种。
具体的，所述的催化剂为三乙烯二胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲基环己胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、油酸钾、辛酸钾中的一种或者几种。
具体的，所述的无机填料为可膨胀石墨、气相二氧化硅、碳酸钙、氢氧化铝、可膨胀珍珠岩粉末、可膨胀蛭石粉末中的一种或者几种。
具体的，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或者几种。
本发明在聚氨酯主链中引入氨基树脂固化后，在聚氨酯链中引入热固性氨基树脂，形成高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫。
本发明提供了一种聚氨酯泡沫芯材的制备方法，包括以下步骤：
1)将取聚醚多元醇、聚酯多元醇、第二聚合物树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂和无机填料混合后，得到反应主料；
2)将上述步骤得到的反应主料和异氰酸酯再次混合后，置于模具中发泡和初固化后，再经后固化，得到聚氨酯泡沫体。
本发明首先将取聚醚多元醇、聚酯多元醇、第二聚合物树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂和无机填料混合后，得到反应主料。
在本发明中，所述混合和再次混合的方式各自独立的优选包括高速搅拌。
在本发明中，所述混合的转速优选为500～3000r/min，更优选为1000～2500r/min，更优选为1500～2000r/min。
本发明最后将上述步骤得到的反应主料和异氰酸酯再次混合后，置于模具中发泡和初固化后，再经后固化，得到聚氨酯泡沫体。
在本发明中，发泡的方式优选为在模具中自由发泡。发泡后即进入初固化阶段。
在本发明中，所述初固化的时间优选为3～5小时，更优选为3.4～4.6小时，更优选为3.8～4.2小时。
在本发明中，初固化的温度优选为常温，具体可以为10～35℃，或者为15～30℃，或者为20～25℃。
在本发明中，所述后固化的温度优选为60～80℃，更优选为64～76℃，更优选为68～72℃。
在本发明中，所述后固化的时间优选为12～24小时，更优选为14～22小时，更优选为16～20小时。
本发明为完整和细化整体技术方案，更好的保证聚氨酯泡沫芯材的结构和参数，提高聚氨酯泡沫芯材的性能，上述聚氨酯泡沫芯材的制备方法具体可以为以下步骤：
该材料包括以下组分和含量(重量)：聚醚多元醇20％-30％，聚酯多元醇20％-30％，氨基树脂20％-30％，物理发泡剂5％-10％，表面活性剂2-5％，水1-2％，催化剂0.3-0.8％，无机填料2-10％，异氰酸酯30％-50％。
按照质量比例分别称取聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂、无机填料、高速搅拌混合均匀，再与异氰酸酯高速搅拌均匀置于模具中，自由发泡，3～5小时初步固化后，放到60～80℃烘箱中后固化12～24小时，获得泡沫体。
更具体的，
(1)按质量比例分别称取聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂、无机填料、高速搅拌混合均匀得到反应主料A；
(2)反应主料A再与异氰酸酯混合高速搅拌均匀置于模具中，自由发泡，3～5小时初步固化；
(3)初步固化后放到60-80℃烘箱中后固化12-24小时，获得泡沫体。
本发明提供了上述技术方案中任意一项所述的聚氨酯泡沫芯材或上述技术方案中任意一项所述的制备方法所制备的聚氨酯泡沫芯材在复合材料结构芯材方面的应用。
本发明提供的高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材，制备的复合材料可以主要用于风电、轨道交通、航天航空、建筑等领域，具有非常广阔的应用发展前景。
本发明上述步骤提供了一种高强度低成本聚氨酯泡沫芯材及其制备方法、应用，本发明采用特定的聚合物对聚氨酯进行化学交联改性，得到了一种具有特定结构的高强度低成本聚氨酯泡沫芯材。本发明在聚氨酯树脂主链上引入了特定种类的热固性氨基树脂，再利用氨基树脂固化形成高交联的网络体系，使得复合材料具有聚氨酯交联网络结构与特定种类的热固性氨基树脂聚合物网络结构相互交织形成的整体网络结构，从而把改性后的聚氨酯泡沫芯材的耐温和强度，提高了一个台阶和新的高度。本发明提供的聚氨酯泡沫芯材与现在市售的PVC结构泡沫相差不大，能够满足复合材料承载的结构芯材的使用要求。
而且，本发明提供的制备工艺简单，条件温和，可控性好，更加适于工业化生产推广和应用。
实验结果表明，本发明制备的高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材的密度在60-70kg/m3左右时，泡沫的剪切强度0.5～0.8Mpa，拉伸强度1.1～1.5Mpa，压缩强度0.6～0.9Mpa，断裂伸长率可以达到12～18％，可以和市售的同等密度的PVC泡沫芯材的性能相媲美。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种聚氨酯泡沫芯材及其制备方法、应用进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
按照蔗糖聚醚多元醇重量份20％，聚酯多元醇PS-3152重量份10％，苯代三聚氰胺树脂重量份10％，环戊烷重量份3％，水重量份1％，表面活性剂AK8805重量份2％，三乙烯二胺0.3％，二月桂酸二丁基锡0.5％，膨胀石墨5％，多苯基甲烷多异氰酸酯48％。按照质量比例分别称取聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂、无机填料、高速搅拌混合均匀等到反应主料A。反应主料A再与多苯基甲烷多异氰酸酯混合高速搅拌均匀置于模具中，自由发泡，5小时初步固化。初步固化后放到60-80℃烘箱中后固化24小时，获得泡沫体。
对本发明实施例1制备的聚氨酯泡沫体进行性能检测。
参见表1，表1为本发明实施例制备的聚氨酯泡沫和市售某PVC泡沫的性能参数对比。
实施例2
按照季戊四醇多元醇重量份15％，聚酯多元醇HF-8011重量份10％，三聚氰胺甲醛树脂重量份15％，正戊烷重量份2％，水重量份1％，表面活性剂DC193重量份1.5％，五甲基二亚乙基三胺0.2％，辛酸亚锡0.2％，辛酸钾0.2％、碳酸钙5％，多苯基甲烷多异氰酸酯40％，二苯基甲烷二异氰酸酯10％。按照质量比例分别称取聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂、无机填料、高速搅拌混合均匀等到反应主料A。反应主料A再与多苯基甲烷多异氰酸酯及二苯基甲烷二异氰酸酯混合高速搅拌均匀置于模具中，自由发泡，3小时初步固化。初步固化后放到60-80℃烘箱中后固化18小时，获得泡沫体。
对本发明实施例2制备的聚氨酯泡沫体进行性能检测。
参见表1，表1为本发明实施例制备的聚氨酯泡沫和市售某PVC泡沫的性能参数对比。
实施例3
按照山梨醇多元醇重量份20％，聚酯多元醇NGPS-6260重量份10％，三聚氰胺甲醛树脂重量份10％，异戊烷重量份2％，水重量份1％，表面活性剂L580重量份2％，五甲基二亚乙基三胺0.2％，二月桂酸二丁基锡0.2％，油酸钾0.1％、可膨胀珍珠岩粉末5％，多苯基甲烷多异氰酸酯40％，二苯基甲烷二异氰酸酯10％。按照质量比例分别称取聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂、无机填料、高速搅拌混合均匀等到反应主料A。反应主料A再与多苯基甲烷多异氰酸酯及二苯基甲烷二异氰酸酯混合高速搅拌均匀置于模具中，自由发泡，5小时初步固化。初步固化后放到60-80℃烘箱中后固化24小时，获得泡沫体。
对本发明实施例3制备的聚氨酯泡沫体进行性能检测。
参见表1，表1为本发明实施例制备的聚氨酯泡沫和市售某PVC泡沫的性能参数对比。
表1
性能 实施例1 实施例2 实施例3 市售某PVC泡沫
密度 65kg/m<sup>3</sup> 70kg/m<sup>3</sup> 60kg/m<sup>3</sup> 60kg/m<sup>3</sup>
剪切强度 0.5Mpa 0.8Mpa 0.6Mpa 0.7Mpa
拉伸强度 1.1Mpa 1.5Mpa 1.2Mpa 1.25Mpa
压缩强度 0.6Mpa 0.9Mpa 0.7Mpa 0.8Mpa
断裂伸长率 18％ 12％ 15％ 16％
由表1可以看出，本发明所提供高强度低成本复合材料用聚氨酯泡沫芯材，具有较高的力学性能，同时与现在市售的PVC结构泡沫相差不大。能够满足复合材料承载的结构芯材的使用要求。
以上对本发明提供的一种高强度低成本聚氨酯泡沫芯材及其制备方法、应用进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种聚氨酯泡沫芯材，其特征在于，所述聚氨酯泡沫芯材中，包括聚氨酯交联网络结构以及化学交联在聚氨酯交联网络结构上的第二聚合物网络结构；
所述第二聚合物包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫芯材，其特征在于，所述聚氨酯交联网络结构与第二聚合物网络结构相互交织形成整体网络结构；
所述化学交联具体为，第二聚合物通过-NH2与聚氨酯主链上的-NCO形成化学交联；
所述第二聚合物网络结构包括第二聚合物再次交联形成的网络结构。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫芯材，其特征在于，所述第二聚合物占所述聚氨酯泡沫芯材总质量的比例为15％～30％；
所述第二聚合物包括热固性树脂；
所述聚氨酯泡沫芯材为用于复合材料芯材的泡沫材料。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫芯材，其特征在于，所述聚氨酯泡沫芯材的密度为50～200kg/m3；
所述聚氨酯泡沫芯材的泡孔直径为0.1～2mm；
所述聚氨酯泡沫芯材为高强度聚氨酯泡沫芯材；
所述聚氨酯泡沫芯材为用于复合材料结构芯材的结构泡沫。
5.一种聚氨酯泡沫芯材，其特征在于，按原料质量分数计，包括：
Figure FDA0003666150460000011
Figure FDA0003666150460000021
所述第二聚合物树脂包括脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和苯代三聚氰胺树脂中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯泡沫芯材，其特征在于，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基甲烷多异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种；
所述聚醚多元醇包括蔗糖聚醚多元醇、山梨醇多元醇、木糖醇多元醇、三乙醇胺多元醇和季戊四醇多元醇中的一种或多种；
所述聚酯多元醇包括PS-3152、PS-2412、PS-2352、HF-8011、HF-8211、HF8730、NGPS-3060和NGPS-6260中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的聚氨酯泡沫芯材，其特征在于，所述物理发泡剂包括环戊烷、正丁烷、正戊烷和异戊烷中的一种或多种；
所述表面活性剂包括AK8805、AK8801、DC193、L580和L560中的一种或多种；
所述催化剂包括三乙烯二胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲基环己胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、油酸钾和辛酸钾中的一种或多种；
所述无机填料包括可膨胀石墨、气相二氧化硅、碳酸钙、氢氧化铝、可膨胀珍珠岩粉末和可膨胀蛭石粉末中的一种或多种。
8.一种聚氨酯泡沫芯材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将取聚醚多元醇、聚酯多元醇、第二聚合物树脂、物理发泡剂、表面活性剂、水、催化剂和无机填料混合后，得到反应主料；
2)将上述步骤得到的反应主料和异氰酸酯再次混合后，置于模具中发泡和初固化后，再经后固化，得到聚氨酯泡沫体。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混合和再次混合的方式各自独立的包括高速搅拌；
所述混合的转速为500～3000r/min；
所述再次混合的转速为1000～2000r/min；
所述初固化的时间为3～5小时；
所述后固化的温度为60～80℃；
所述后固化的时间为12～24小时。
10.权利要求1～7任意一项所述的聚氨酯泡沫芯材或权利要求8～9任意一项所述的制备方法所制备的聚氨酯泡沫芯材在复合材料结构芯材方面的应用。
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