高分子材料与工程毕业论文(2)

良好的加工性能。液晶聚氨酯弹性体的合成采取一步或二步聚会的方法加工成型，工艺多

样，挤出、注射模塑、涂覆均可[5]。

作为一个年均增长率长期高于全球经济增长率的产业，聚氨酯工业迅猛发展的势头有

赖于其技术的快速发展及应用领域的不断拓展。随着聚氨酯产品大众化趋势的加剧，开发

新产品、拓展新用途对聚氨酯工业能否继续保持良好发展势头变得至关重要。在其他聚氨

酯新技术的研发中，降低VOC和中间体游离TDI技术的研究、可降解回收的聚氨酯材料的

研制、喷涂聚脲弹性体技术等也是业界关注的焦点，这些技术恰恰也是建立在保护环境、

促进经济可持续发展的基础上。而拓展聚氨酯产品新用途和新的应用领域，则是各大公司

重点研究方向。

1.3硬质聚氨酯泡沫塑料

1.3.1硬质聚氨酯泡沫塑料的性能特点

硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是聚氨酯材料体系中最重要的品种之一，它具有密度在大

范围内可调，绝热隔音性能较佳，比模量和比强度高，有较好的化学稳定性等优点;同时

合成硬质聚氨酯泡沫塑料的原料(主要指聚多元醇)结构多变，使其性能变化范围广泛，而

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且加工方式灵活，既可以自由发泡，又可以模塑成型，还可以现场喷涂.因此硬质聚氨酯

泡沫塑料受到普遍重视而发展迅速。硬质聚氨酯泡沫塑料的用途主要分为两大类，即绝热

材料和结构材料，前者的密度一般在0.1 g/cm3以下，主要用于工业或家用的隔热和制冷，

后者的密度一般超过0.1 g/cm3，主要用于汽车工业和建筑结构件，因为其密度小，比模

量和比强度高，也为航空和航天应用领域所关注。硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)是指在一定

负荷作用下不发生明显形变，当负荷过大发生形变后恢复到初始状态的泡沫塑料。它是一

种优良的绝热材料和结构材料，在聚氨酯中的消费量仅次于软质聚氨酯泡沫塑料[6]。

硬质聚氨酯泡沫塑料由于成型工艺简单、导热系数低、比强度高、抗辐射、耐腐蚀等

优良性能，而广泛用于包装、电子密封、减震等领域中，但弯曲强度和冲击强度稍差一些，

为了进一步提高其力学性能，常采用在聚氨酯体系中加入填料，如玻璃纤维、玻璃微球和

无机填充物等。采用玻璃纤维对其进行增强是目前国内外采用较多的一种增强手段，己经

有比较成熟的工艺及技术途径，其增强效果己被许多文献报道。为了有效提高聚氨酯体系

的力学性能，从成型工艺、原材料配方、成品密度等角度对体系进行了各种研究，并取得

了一系列的进展。除此以外，目前更倾向于从复合材料界面的角度来分析增强机理，越来

越多的研究表明界面结合强度及界面层形成对成品的力学性能有非常大的影响，通过进行

界面设计及结构改善，可有效提高玻璃纤维在基材中的分散性能、增加玻璃纤维与基材的

结合强度,进一步提高增强效果。

1.3.2聚氨酯泡沫塑料的制备

发泡聚氨酯硬泡一般为室温发泡，成型工艺比较简单。按施工机械化程度可分为手工

发泡及机械发泡；按发泡时的压力可分为高压发泡及低压发泡；按成型方式可分为浇注发

泡及喷涂。

聚氨酯泡沫塑料在合成过程中伴有复杂的化学变化，影响泡沫结构性能的变化因素非

常多。其中不仅涉及异氰酸酯，多元醇与水之间的化学反应，而且也涉及到起泡的胶体化

学。泡沫体系的化学反应包括有扩链，起泡与交联等过程。这些反应与参加反应的物质结

构、官能度、分子量等均有关系。通常聚氨酯泡沫塑料是通过在液态聚合物中引入气相，

然后经加热或化学方法固化来得到[8]。发泡过程分成3个阶段：首先是液态聚合物内小

泡的成核;然后是气泡长大到预定的体积;最后是保持泡体结构的稳定性。

1.3.3聚氨酯硬泡的应用

聚氨酯硬泡主要用途有以下方面：

1.食品等行业冷冻冷藏设备：如冰箱、冰柜、冷库、冷藏车等，聚氨酯硬泡是冷冻冷

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藏设备的最理想的绝热材料。

2.工业设备保温：如储罐、管道等。

3.建筑材料：在欧美发达国家，建筑用聚氨酯硬泡占

硬泡总消耗量的一半左右，是冰箱、冰柜等硬泡用量的一倍以上；在中国，硬泡在建

筑业的应用还不像西方发达国家那样普遍，所以发展的潜力非常大。

4.交通运输业：如汽车顶篷、内饰件等。

5.仿木材：高密度（密度300-700kg/m3）聚氨酯硬泡或玻璃纤维增强硬泡是结构泡

沫塑料，又称仿木材，具有强度高、韧性好、结皮致密坚韧、成型工艺简单、生产效率高

等特点，强度可比天然木材高，密度可比天然木材低，可替代木材用作各类高档制品。

6.灌封材料，等等。

1.4 硬泡全水发泡技术

全水发泡的原理是水与多异氰酸酯反应生成CO 2 ，CO 2留在泡沫中作为泡沫塑料的

发泡剂。该体系ODP值为零，无毒、环保、工艺简单、对设备无特殊要求、成本低，是

CFC-11替代的一条重要路线。全水发泡的PU硬泡可用于非绝热用途，如高密度泡沫塑料、

泡沫材料、填充材料等，以及少数绝热要求不高的绝热材料如喷涂绝热硬泡、金属饰面夹

芯板长；用于与管道保温、建筑材料；汽车内饰材料、水加热保温材料等。在常规发泡体

洗中，物理发泡剂具有溶剂稀释效应；能大幅降低泡沫物料的粘度，有利于各组分的混合，

可采用高粘度聚醚多元醇。而全水发泡体系没有物理发泡剂加入，须采用较低粘度且能与

水、助剂良好混容的聚醚多元醇。在制作低密度硬泡时，由于用水量较大，照成泡沫脆，

强度、尺寸稳定性、绝热性能差，且消耗较多的多异氰酸酯。泡沫塑料的导热系数高时全

水发泡技术的主要缺点。25℃时CO2的导热率高达16.3mW/m. k，较CFC-11及其它替代

物高。CO2气体分子小，易穿过聚氨酯硬泡的泡孔而溢出，造成泡孔内压降低，空气慢慢

渗入泡孔。而空气的热导率是27W/m. k。因此，全水发泡聚氨脂硬泡的绝热性能不佳，

不能用于对绝热性能要求高的场合。如欲得到相同的隔热效果，CO2发泡体系的泡沫体厚

度须提高30%以上。另外，CO2从泡沫孔向外扩散的速度比空气进入的速度快1.0倍为防

止发泡收缩，聚氨脂的密度也必须提高，成本也因此大幅提高。但经配方改良，可使硬泡

密度适当降低。全水技术今年来得到长足发展，Bayer公司的一种全水发泡冷冻集装箱用

硬泡体系密度为65kg/m3,压缩强度为350kPa、粘接强度为0.65MPa，泡沫导热系数为25

mW/m. k；Dow等。国内已经有多个单位开发该技术。许多汽车内饰材料、保温管材、高

密度泡沫制品及建筑材料生产技术也采用全水技术。

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1.5 全水发泡在阻燃聚氨酯硬泡的研究

聚氨酯硬质泡沫聚氨酯硬质泡沫塑料是一种性能优越的高分子合成材料 ,它既可作

为绝热保温材料 ,又可作为结构承重材料,广泛应用于建筑、交通运输、冰箱、冰柜、石

油化工管道、航空等领域 。全水发泡技术是 PURF发泡过程中 ODP值为零的工艺技术之

一 ,它利用水和异氰酸酯反应生成的 CO2 作发泡剂 ,以替代氯氟烃类发泡剂。但是 ,全

水发泡体系与氯氟烃类体系相比存在许多不足 ,如组合聚醚粘度比较大、泡孔粗大、尺寸

稳定性差等 ,从而限制了全水发泡聚氨酯泡沫的推广和应用 。