空心玻璃微珠增强硬质聚氨酯泡沫材料性能研究

空心玻璃微珠增强硬质聚氨酯泡沫材料性能研究空心玻璃微珠增强硬质聚氨酯泡沫材料性能研究 国外建材科技 xx 第26卷 第6期空心玻璃微珠增强硬质聚氨酯泡沫材 性能研究3王福玲 梅启 黄志雄 武汉 工大学 摘 要 研究了加入空心玻璃微珠对硬质聚氨酯泡沫材 的压缩性能的影响 测试结果表明 当空心玻璃微珠的质 分数为30 时 泡沫材 的压缩强 度达到最大值 随微珠含 的提高 泡沫材 的弹性模 也随之增加 此外 实验还对微珠加入前后泡沫材 的耐热性进 了比较分析 发现 添加微珠的复合材 的热稳定性提高 热分解温度提高了约80 关键词 空心玻璃微珠 硬质聚氨酯泡沫塑 压缩强度 弹性模 耐热性 硬质聚氨酯泡沫塑 RPU 是一种很重要的合成材 性能优良 如密度 小 隔热性好和成型简单等 但在实际使用过程中 硬质聚氨酯泡沫 塑 的抗压强度和抗冲击强度较低 在许多特殊的工作条件下达 到使 用要求 限制了它的广泛应用 目前在泡沫塑 中应用较广的增强体是玻璃纤维 优点是增强后的泡 沫塑 强度比未增强时大为提高 缺点是泡沫材 的密度随之增加 因 此 希望在其中间添加一些增强相来达到既 增大泡沫的密度又能提 高硬质聚氨酯泡沫材 的性能的目的 该实验在聚氨酯基体中添加了空心玻璃微珠 较好地增大了泡沫材 的抗压强度和弹性模 同时泡沫材 的密度基本 增大 制备的复合材 的耐热性也得到了提高 于室温下发泡 固化成型 保压20m in后脱模 即制得空心玻璃微珠增强聚氨酯泡沫塑 毛坯 毛坯表面突 出的棱角经打磨处 得到复合材 试样 试样的压缩性能按照GB T144821983标准测试 采用W E210型材 学试验机进 测试并记录数据 DSC分析在Perk in2Elmer Pyrisl型DSC分析仪上进 温度范围30 900 升温速率10 m in N2气氛 计算机采集并打印数据 TG分析采用Perk in2Elmer公司的DSC22型热分析仪 N2气氛 升温速率10 900 数m in 温度范围30据采集同DSC分析 2 结果与讨论2 1 空心玻璃微珠在聚氨酯基体中的显微分布1 实 验1 1 主要原材 图1 a 为微珠含 微珠 聚醚 为5 质 分数 的SEM照片 从图1可以看出 此时微珠在基体中含 较少 虽然微珠未经表面改性 处 但微珠与基体聚氨酯的界面结合仍比较紧密 这主要是因为当微 珠含 较少时 微珠对基体的浸润性良好 此外 微珠粒子之间未发生 团聚现象 有个别微珠已破裂 这可能是因为用电动搅拌器搅拌时 本 身就很脆弱的微珠遭冲击 作用而导致破裂现象发生 图1 b 为微珠含 微珠 聚醚 为50 质 分数 的SEM照片 与图1 a 相比较 空心玻璃微珠分布均匀程度较差 微珠粒子团聚现象较为严 重 并且由于微珠的局部团聚使得基体泡孔孔径分布 均匀 泡孔大小 一 微珠 多的区域周围泡孔直径较小 含 少的区域泡孔孔径较大 此外由图1 b 可以看出 微珠粒子与基体的界面结合紧密程度较微珠 含1基体材 二苯基甲烷二异氰酸酯 粗MD I 重庆长风化工厂 聚醚二元醇 羟值400mg KOH g 南京塑 厂 增强材 空心玻璃微珠 规格B 秦皇岛市玻璃微珠 厂 助剂 二甲基硅油 泡沫稳定剂 三乙醇胺 催化剂 分析纯 开封东大 化工 集团 有限公司试剂厂 二丁基锡二月桂酸酯 促进剂 化学纯 上海化学试剂有限公司 1 2 复合泡沫材 的制备与性能表征用电动搅拌器将聚醚多元醇 二甲基 硅油 三乙醇胺 二丁基锡二月桂酸酯和空心玻璃微珠 空心玻璃微 珠与聚醚的质 比从5 100到50 100 等 按一定配比在烧杯中充分 搅拌均匀 待玻璃微珠在溶液中分散均匀后加入一定配比的MD I 再经快速搅拌5 10s后将预混物浇注到已准备好的模具中国外建 材科技 xx 第26卷 第6期 较少的图1 a 差 经进一步分析可以推断 空心玻璃微珠的添加 应过多 否则它将引 起泡孔的均匀分布程度和泡孔结构的改变 进而导致材 的 学性能的 下降 珠含 的增加 复合材 的弹性模 也随提高 微珠含 高于30 时 复合 材 的压缩强度降低的同时 弹性模 仍有所增大 2 3 空心玻璃微珠的加入对泡沫材 耐热性的影响由于空心玻璃微珠是 燃材 且它的耐热性要远高于聚氨酯基体 因此它的加入必然对泡沫 材 的耐热性有一定的影响 图3和图4分别为纯聚氨酯泡沫塑 和微珠质 分数为30 的复合泡沫材 的TG2DSC曲线 图3 纯聚西安酯泡沫塑 的TG2D SC曲线图1 微珠在聚氨酯泡体中的分布形态的SEM照片2 2 微珠含 对复合材 抗压性能的影响图2为复合材 的压缩强度随空心 玻璃微珠含 微珠 聚醚 的变化 由图2可见 增强体空心玻璃微珠的加入对复合材 压缩强度的提高有 明显的作用 当微珠含 为30 时 复合材 的压缩强度达到最大值 此 后复合材 的压缩强度开始明显下降 这主要是因为当微珠的加入 较低时 微珠在泡沫体中分布较为均匀 且没有团聚现象发生 它的加入必然使复合材 的压缩强度有所提高 微珠含 增大时 微珠在基体中发生团聚现象 且随含 的增加 集聚现 象 为严重 泡孔分布均匀度也变差 再加上局部树脂的聚集效应 在 基体中形成局部应 集中区 增强效果降低 所以复合材 体系的压缩 强度反而降低 由弹性模 的变化曲线可以发现 随微图4 微珠质 分数为30 的复合泡沫塑 的TG2D SC曲线图3在100 之前有一个小的吸热峰 这主要是因为水分蒸发时 吸收热 而形成的 纯聚氨酯泡沫塑 开始放热较缓慢 从210 放热速率加快 并在460 700 有一个很大的放热峰 除此没有明显的吸热或放热峰 进一步分析TG曲线可以发现 30 120 失重率仅为1 07 此时的失 重为吸附的水分蒸发所致 从160 开始分解 到360 共失重48 其 中260 360 失重剧烈 同时可以看出 纯聚氨酯泡沫塑 的失重主要发生在140 690 且曲 线变化较剧烈 分析图4可以看出 添加30 含 微珠的泡沫材 在140 之前较纯聚氨 酯泡沫失重明显 这主要是因为微珠的加入使得泡沫体吸湿性增加 加上微珠在加入前已吸收了一些水分 另外还有小分子的挥发所致 图4从240 开始分解 较纯聚氨酯泡沫的热分解温度提高了80 它 在240 之间的失重为5 82 而纯聚氨酯泡沫在同样的温度之前已失 重达13 在图4的DSC曲线可以发现 在300 340 有一个小的放热峰 在340 460 和540 620 之间有2个吸热峰 在460 576 和图2 空心玻璃微珠的含 微珠 聚醚 对复合材 压缩强度和弹性模 的影 响2国外建材科技 xx 第26卷 第6期580 700 之间出现2个较大的放热峰 添加30 热 放热分段交叉进 泡沫材 耐热性提高 参考文献 1 严毓洵 闻荻江 玻璃微珠 玻璃纤维增强聚氨酯泡沫玻璃微珠的试样 的失重同样可分为4个阶段 各阶段失重率分别为5 82 36 96 22 95 14 24 各阶段失重较纯聚氨酯泡沫均匀 较为平缓 失重主要发生在240 720 较图4推后了约100 分析可知 由于微珠的加入使得泡沫材 的塑 的研究 J 纤维复合材 xx 4 25 28 2 方禹声 朱吕民 聚氨酯泡沫塑 M 京 化学工分解放热 吸热分段 交叉进 并且热分解温度提高了约80 从而提高了泡沫材 的耐热 性 业出版社 1994 3 王建华 芦 艾 周秋明 等 短切玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑 的压缩性能 J 高分子材 科学与工程 xx 17 3 150 156 4 Karth ikeyanC S Kisho re Sankaran S Effect ofAbsorp tionin Aqueou sand Hygro thermal Media ontheComp ressiveP ropertiesof GlassF iberReinfo rcedSyntacticfoam J Reinfo rcedP lasticsCompo site xx 20 11 982 993 5 石志远 唐小真 重 等 富 醇聚醚聚氨酯的热3 结 论 1 空心玻璃微珠的含 较少时 微珠在泡沫材 中未发生团聚现象 微 珠与基体界面结合紧密 当含 过大时 微珠在基体中有局部团聚现象 发生 并使得泡孔孔径分布均匀度降低 微珠与基体的界面结合紧密 程度也降低 2 空心玻璃微珠的加入能显著提高聚氨酯泡沫材 的压缩强度 当微 珠质 分数为30 时 泡沫材 的压缩强度达到最大值 随微珠含 的增 大 泡沫材 的弹性模 也随之增大 3 空心玻璃微珠的加入提高了泡沫材 的热稳定性 热分解温度提高 了约80 且分解阶段吸性能 J 上海交通大学学报 xx 37 5 640 642 xx210230 作者简介 王福玲 研究生 武汉 武汉 工 大学材 科学与工程学院 430070 3湖 省自然科学基金 xxABA010 越南