聚氨酯化学与工艺 - 反应注射成型(RIM)聚氨酯(3)

2019-05-17 13:51

下图为增强材料用量对弯曲强度、冲击强度及线膨胀系数的影响:

下图是不同增强填料对RRIM材料冲击强度的影响:

下图为不同增强材料增强的RRIM聚氨酯性能比较,由图可见,同样的填料量,长玻纤短玻纤增强效果好。片状填料如云母对冲击强度的劣化比纤维状的大。

(3)偶联剂对性能的影响

为使无机填料和有机聚合物结合得更牢固,常常使用偶联剂对无机增强填料进行表面处理。与未处理的玻纤相比,用偶联剂处理后的玻纤可改善玻纤与聚醚的相容性,使增强材料在物料中充分润湿,使混合料液粘度下降,改善流动性能,使其很好地与聚合物结合,从而提高增强效果。不含偶联剂的玻纤在聚醚体系中的相容性差,体系粘度大。用偶联剂处理,还可增加填加料的分散性,从而提高增强填料用量,同时改善作业性。 目前通用的表面处理剂有硅烷系偶联剂或钛酸酯系偶联剂。出售的锤磨玻纤一般已经过偶联剂处理。

6.4.2 SRIM聚氨酯

为了克服RRIM工艺不能采用较长的玻纤等等问题,人们开发了玻璃纤维毡网类增强工艺,即结构反应注射成型(SRIM),又称网毡模塑RIM(MMRIM)。采用这种高性能复合材料生产工艺,增强材料的的使用量可大幅度增加。SRIM材料弯曲模量比RRIM材料大,可高于10000 MPa。这类材料的特点是可显著提高材料的抗冲击性能,冲击强度随玻纤用量的增加而增加。

SRIM工艺制造增强聚氨酯材料,先在模具中铺垫长玻纤网垫或预制的具有制件形状的玻纤网增强骨架,再浇注混合物料。SRIM常选用的树脂体系是聚氨酯,若是高温成型时选用聚异氰脲酸酯体系。

制备聚氨酯SRIM时可用开模、半开模或闭模浇注、固化成不同密度的制品和不同用途的制件。开模浇注时反应料液由模的下半部注入,在反应料液发泡前闭模,然后反应成型、脱模。优点是反应料液预先均匀分布于模腔内,适宜于制备面积大的低密度大型制品;缺点是反应料液在模中的停留时间长,一般为90~180s。

德国Bayer、Hennecke等公司开发了采用天然纤维(如亚麻、剑麻)网毡与聚氨酯组合料模压薄壁汽车制件,以替代玻璃纤维

增强聚氨酯制品的新型工艺。天然纤维增强的优点有: ①减轻制品重量,符合汽车轻量化发展趋势; ②成本较低;

③对今后制品的回收有利。

6.4.3 LFI增强聚氨酯(脲)

为了克服SRIM工艺中存在的不足,Krauss Maffei公司首先开发了新型的长纤维增强聚氨酯反应注射成型工艺-(LFI-PU)。 长纤维增强注射成型工艺是近几年来国外开发的新型增强RIM工艺。该加工方法是在高压浇注机混合头附近将长玻璃纤维切割成长度为1.0~10cm的长纤维,聚氨酯物料注入到模具中之前,先在混料腔内与直接添入的切碎纤维浸润、混合,经化学反应固化成型,制得玻纤增强聚氨酯制品。

用此方法制造结构RIM材料与RRIM不同之处是,可10~

100mm的长纤维作增强材料,纤维不与原料预先混合;与玻纤网毡增强结构RIM相比,不必放臵玻璃纤维垫,操作人员劳动条件得到改善。还可以提高产品中纤维的含量。

LFI工艺具有以下优点:

①增强聚氨酯(脲)制品的性能优于预制垫工艺。

②与原先模具内预先放臵玻璃纤维垫相比,周期缩短。 ③加工经济性。长纤维工艺可节省费用15%~20%。

采用长纤维增强注射技术生产的RIM材料密度范围为0.5至1.6克每立方厘米。大生产的部件中,玻璃纤维的质量分数可以从少至百分之几至高达50%以上。

目前Krauss Maffei公司、Hennecke公司和Cannon公司可提供LFI成型的生产设备,但其混合装臵不尽相同。

下表为采用Huntaman公司开发的专用聚氨酯原料体系Fiberim和

LFI成型技术与采用传统的纤维网垫臵入技术生产的低密度SRIM(LD-SRIM)车门板的性能比较。由表可见采用LFI工艺制得的LD-SRIM制品,纤维添加量增加,弯曲模量及拉伸强度增加。

对于更高的应用要求,如制造座垫托盘与其它结构性面板,可以通过改变聚氨酯配方组分及水含量,从而得到高密度制品。在密度相近、玻纤加入量相同的情况下,与传统玻纤毡垫增强的SRIM制品相比,Fiberim样品显示出更高的机械强度。增加聚氨酯的密度(及玻纤加入量),弯曲模量及拉伸强度增加。

LFI与传统高密度复合材料物性的比较

6.5 RIM聚氨酯的应用

聚氨酯RIM材料主要用于汽车、建筑、家具、娱乐、体育等部门,用途多种多样。 用RIM工艺制造的聚氨酯(脲)制件大多数用于汽车工业,制件门类包括保险杠、挡泥板、侧护条、车门板、尾灯、操作手柄、地板、行李架、扶手、防撞帽等等。 在建筑领域,RIM制品用于窗框、门板、基柱、地板型材等。还应用各种装饰部件、仿木刻品、硬质鞋底、桌、床、球棒、垫衬、球、酒桶、箱、电视机壳、计算机壳、椅子、滑雪板、划船桨等。


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