聚氨酯树脂基体
聚氨酯是以低聚物多元醇和异氰酸酯为主要原料合成的一种主链含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的聚合物。与传统树脂相比,聚氨酯与增强材料的结合更好,因此抗冲击性能、力学性能和耐候性优异。
聚氨酯树脂中不含苯乙烯等挥发物,满足国家对“加强绿色产品应用研发,推广轻量化、低功耗技术工艺”的相关要求。
聚氨酯用于拉挤成型具有黏度低、成型速度更快的工艺优势。拉挤用聚氨酯树脂典型的相关性能见下表。
拉挤用聚氨酯树脂的相关性能

连续纤维增强聚氨酯复合材料尚有一些问题需要解决:目前国内多存在聚氨酯树脂配方设计和制备工艺与聚氨酯拉挤型材制造工艺相隔离的现象;聚氨酯反应剧烈,释放出大量的热而不易控制,对环境温度和湿度敏感而容易发泡。
因此,制备过程中应采用合适的工艺设备(如闭模成型),控制环境温度和湿度,降低原料的反应活性或采用不发泡聚氨酯。
增强材料
- 玻璃纤维
玻璃纤维作为性能优异的无机纤维,是一种弹性模量高、拉伸强度大、断裂伸长率小的脆性材料,具有力学性能可设计的优势,可根据需要灵活设计产品结构来提高产品整体性能,被广泛用于树脂基复合材料的增强材料。下表为两种玻璃纤维的主要性能。
两种玻璃纤维的主要性能

- 拉挤用玻璃纤维无捻粗纱
研究表明,玻璃纤维表面N元素含量的增加可明显增大玻璃纤维与聚氨酯树脂的结合力,这可能是因为含氮官能团会与聚氨酯树脂中残余的异氰酸酯反应生成脲基,在两相界面间起到化学键合作用。
碳纤维
碳纤维作为一种优异的增强材料,具有比强度和比模量高、密度低、热膨胀系数小、摩擦系数低、伸长率低、耐低温性能良好等优点。可根据不同领域的应用需求选取不同规格、不同性能的碳纤维。碳纤维的规格与性能见下表。
碳纤维的规格与性能


聚氨酯树脂对纤维有良好的浸润性,但若要两者形成良好界面还需要更高的黏结强度。所以,在碳纤维的生产过程中,通常会对碳纤维进行上浆处理。主要是防止纤维吸附空气中的杂质和水,保护纤维表面活性基团;同时可提高纤维的集束功能,改善其浸润性能,具有一定的补强作用。
- 连续型碳纤维
但是,目前关于碳纤维增强聚氨酯树脂基复合材料的研究,大多集中在短纤维。相比之下,连续碳纤维在聚氨酯基复合材料中应用时,碳纤维的含量大大提高,与聚氨酯树脂基体的界面面积大,界面结合力大,增强强度远比短纤维高。
其它纤维增强材料
除碳纤维与玻璃纤维外,常用的纤维增强材料还有玄武岩纤维、芳纶纤维等。
玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石为原料制成的一种高性能纤维增强材料。玄武岩纤维的耐蚀性和化学稳定性较高,而且使用温度范围广,具有高隔热隔音性。
芳纶纤维,即芳香族聚酰胺纤维,具有高强度、高模量、低密度和耐磨性好等优点,与碳纤维、高强高模聚乙烯纤维并称当今世界三大高科技纤维。