專利名稱：連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品及其共擠成型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料。尤其是涉及一種連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品及其共擠成型工藝。
背景技術(shù)：
聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品種之一。它主要由有機(jī)異氰酸酯和多元醇化合物反應(yīng)制得。根據(jù)所用的原料不同和配方的變化，可以制成軟質(zhì)、半硬質(zhì)和硬質(zhì)泡沫塑料等品種。硬質(zhì)泡沫塑料方面密度較小的主要用于保溫材料，如冰箱、熱水器和管道的保溫；高密度聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料也即所述的硬質(zhì)聚氨酯微泡，具有天然木材可鋸可刨可釘?shù)刃阅?，能用來制作仿木質(zhì)的工藝品和裝飾件，如畫框、鏡框以及汽車內(nèi)飾件等。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料相對(duì)密度小、保溫性能好、成型簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)是人們所熟知的，但是這種塑料與其他材料如硬木、玻璃鋼相比，強(qiáng)度差得較多，限制了它的應(yīng)用范圍。如果將玻璃纖維增強(qiáng)材料加入到硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料基體中，其強(qiáng)度可提高3～4倍。另外，玻璃纖維的長(zhǎng)度不同則增強(qiáng)的效果也有明顯的差異。短切纖維的增強(qiáng)已有一些應(yīng)用，可以用作一些次結(jié)構(gòu)件，如大客車的行李架、小車的頂棚內(nèi)飾、建筑墻板等部件。但其強(qiáng)度還是較低，不能應(yīng)用于某些承重結(jié)構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種可以進(jìn)一步提高玻纖增強(qiáng)聚氨酯制品的強(qiáng)度與剛度的連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品及其共擠成型工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，其特征在于它以硬質(zhì)聚氨酯微泡為基體，以經(jīng)過表面浸潤(rùn)劑處理的連續(xù)玻纖紗為增強(qiáng)材料，且連續(xù)玻纖紗在基體內(nèi)的分布是呈單向連續(xù)相的，所述基體材料與增強(qiáng)材料占制品總重量的比例為基體材料35-60％，增強(qiáng)材料40-65％。
本發(fā)明連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，所述基體材料的原料主要由組合聚醚和改性異氰酸酯組成，所述組合聚醚主要由聚醚、硅烷類勻泡劑、復(fù)合催化劑和發(fā)泡劑組成，所述基體材料中各原料的重量組份為聚醚 100份硅烷類勻泡劑 1.5-2.5份復(fù)合催化劑 0.8-1.8份發(fā)泡劑 2-9份改性異氰酸酯 115-125份，在聚氨酯基體密度相同的情況下，玻璃纖維的含量越高，則制品的密度越大，強(qiáng)度越高，但對(duì)基體材料的粘度要求越低，配方設(shè)計(jì)的難度也變大。經(jīng)測(cè)算，當(dāng)玻纖含量在50％左右時(shí)，制件的原材料直接費(fèi)用較低。
所述的硬質(zhì)聚氨酯微泡是指發(fā)泡倍數(shù)較低，也即發(fā)泡體密度較高的聚氨酯泡沫塑料，該配方的自由泡密度為150～270kg/m3。
本發(fā)明連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，所述改性異氰酸酯是在異氰酸酯化合物結(jié)構(gòu)中引入1.5％～2.5％磷元素或適量的鹵素，以改善制品的耐燃燒性能。
本發(fā)明連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，所述復(fù)合催化劑是胺類和有機(jī)錫類催化劑的組合，可以便于更好地調(diào)控發(fā)泡固化反應(yīng)的速率，兩者的組合重量比為胺類催化劑∶有機(jī)錫類催化劑＝1∶1～3.5。
本發(fā)明連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，采用苯胺甲基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻纖紗表面進(jìn)行處理，使界面的結(jié)合顯著改善，增強(qiáng)的效果明顯提高。
本發(fā)明連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品的共擠成型工藝，該工藝主要包括以下工藝步驟1)、改性異氰酸酯和按配方制備好的組合聚醚分別加入兩原料貯罐中，并對(duì)兩原料貯罐采用水浴加熱，2)、連續(xù)玻纖紗先經(jīng)過烘道去除表面吸附水分，再通過梳理機(jī)進(jìn)行梳理分散后使之呈單絲狀均勻分布，3)、在牽引裝置的牽引下分散后的玻纖紗連續(xù)地通過成型模具的浸膠室即共注腔、加熱發(fā)泡固化區(qū)域和冷卻定型區(qū)域，同時(shí)組合聚醚和改性異氰酸酯雙組份經(jīng)高壓發(fā)泡機(jī)混合后得到的聚氨酯原液在成型模具共注腔的注料口通過機(jī)械手控制的自動(dòng)移動(dòng)掃描裝置均勻地浸潤(rùn)玻纖紗，使出料、浸膠保持均勻狀態(tài)，4)、玻纖紗與聚氨酯原液的共注體依次通過成型模具的加熱發(fā)泡固化區(qū)域和冷卻定型區(qū)域，使共注體發(fā)泡固化定型從而得到連續(xù)的型材制品，5)、采用紅外自動(dòng)跟蹤測(cè)長(zhǎng)切斷機(jī)對(duì)型材制品進(jìn)行定長(zhǎng)的切割。
本發(fā)明連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品的共擠成型工藝，所述兩原料貯罐水浴溫度25±3℃，使原料控制在基本恒溫狀態(tài)以保持料的粘度，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性；所述玻纖紗烘道溫度80±5℃，成型模具加熱發(fā)泡固化區(qū)域溫度60±2℃，冷卻定型區(qū)域溫度17±3℃，牽引線速度2.0±0.2m/min。
本發(fā)明連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，該制品用于鐵路軌枕、集裝箱壁板、建筑結(jié)構(gòu)型材或運(yùn)動(dòng)器材。
本發(fā)明的材料屬于一種熱固性復(fù)合材料。對(duì)復(fù)合材料而言，制品的性能主要取決于基體材料和增強(qiáng)材料的選擇、工藝路線的制定和實(shí)施以及界面的處理三個(gè)方面。
一、考慮到本發(fā)明的材料主要的應(yīng)用方向是承重結(jié)構(gòu)件，因此基體材料要做成高密度微泡結(jié)構(gòu)的泡沫塑料，這樣粘度很低的發(fā)泡劑用量較用于保溫材料的相比，必須大大減少，從而造成物料體系粘度增大，對(duì)玻纖紗的浸潤(rùn)不利。所以，本發(fā)明通過盡量選用低粘度原料、生產(chǎn)時(shí)雙組份水浴加溫等辦法來解決這一問題。另外考慮到純聚氨酯的阻燃性能較差，而結(jié)構(gòu)型材通常都有阻燃的要求，因此在異氰酸酯化合物結(jié)構(gòu)中引入磷元素或鹵素，以改善制品的耐燃燒性能。
二、針對(duì)與聚氨酯泡沫塑料基體的結(jié)合，選用合適的玻璃纖維表面處理劑，使兩者的界面結(jié)合優(yōu)良，提高增強(qiáng)效果。
三、通過玻璃纖維梳理機(jī)對(duì)玻纖紗進(jìn)行梳理使之分散后呈單絲狀均勻分布，以保證聚氨酯原液浸潤(rùn)的充分性和均勻性，并在梳理前將紗表面的吸附水分烘干以免影響發(fā)泡固化反應(yīng)和界面結(jié)合。
四、通過專門的設(shè)備和裝置使聚氨酯雙組份料攪拌后得到的原液連續(xù)地浸潤(rùn)經(jīng)梳理分散干燥過的連續(xù)玻纖紗，采用共擠成型的方法，使制品的生產(chǎn)能夠連續(xù)化。
通過不同的試驗(yàn)方案所做成的樣件或成品，發(fā)明人都進(jìn)行了性能測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果分析，認(rèn)為硬質(zhì)聚氨酯微泡基體材料經(jīng)連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)后，機(jī)械性能和熱性能均有大幅度提高，可以作為承重結(jié)構(gòu)件使用。下表為不同玻纖含量，不同密度的該類材料的性能比較表

本發(fā)明以玻纖連續(xù)相的形式增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的復(fù)合材料，在短切玻纖增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，其機(jī)械性能尤其是拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度會(huì)有較大幅度的提高。從而應(yīng)用于某些承重結(jié)構(gòu)件。值得一提的是制品密度相同的情況下，玻纖增強(qiáng)的聚氨酯泡沫塑料制品與純聚氨酯泡沫塑料相比，機(jī)械性能提高的同時(shí)材料的成本反而下降，使產(chǎn)品的性價(jià)比得到提高。
本發(fā)明所獲得的產(chǎn)品除優(yōu)良的機(jī)械性能外還具有不吸水、耐腐絕緣、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，并具備天然木材的加工性能。


圖1為本發(fā)明硬質(zhì)聚氨酯微泡與連續(xù)玻纖紗共擠成型的工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明硬質(zhì)聚氨酯微泡與連續(xù)玻纖紗共擠成型的工藝流程方框圖。
圖中玻纖紗1、烘道2、導(dǎo)板I 3、玻纖紗梳理機(jī)4、導(dǎo)板II 5、成型模具6、原料儲(chǔ)罐I 7、原料儲(chǔ)罐II 8、計(jì)量泵I 9、計(jì)量泵II 10、高壓發(fā)泡機(jī)11、同步牽引裝置12、切割裝置13、型材制品14、成品15、共注腔6.1、加溫發(fā)泡固化區(qū)6.2、冷卻定型區(qū)6.3、水夾套7.1、攪拌頭11.1。
具體實(shí)施方式
參見圖1合成軌枕(1)基體材料的制備異氰酸酯加入2.2％磷進(jìn)行改性后裝入儲(chǔ)罐。
組合聚醚的配制聚醚 100份三乙醇胺 0.3份丁基辛酸亞錫 1.0份硅油 2份發(fā)泡靈 2.5份防老劑 0.2份按上述配方準(zhǔn)確計(jì)量后在反應(yīng)釜中混合1小時(shí)后出料裝罐。
改性異氰酸酯與組合聚醚重量比為1.05∶1，通過高壓發(fā)泡機(jī)的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定。
(2)增強(qiáng)材料采用苯胺甲基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理的無堿無捻連續(xù)玻纖粗紗。所述基體材料與增強(qiáng)材料占制品總重量的比例為基體材料50％，增強(qiáng)材料50％。
(3)制造工藝1)、改性異氰酸酯和按配方制備好的組合聚醚分別加入兩原料貯罐中，并對(duì)兩原料貯罐采用水浴加熱，2)、連續(xù)玻纖紗先經(jīng)過烘道去除表面吸附水分，再通過梳理機(jī)進(jìn)行梳理分散后使之呈單絲狀均勻分布，3)、在牽引裝置的牽引下分散后的玻纖紗連續(xù)地通過成型模具的浸膠室即共注腔、加熱發(fā)泡固化區(qū)域和冷卻定型區(qū)域，同時(shí)組合聚醚和改性異氰酸酯雙組份經(jīng)高壓發(fā)泡機(jī)混合后得到的聚氨酯原液在成型模具共注腔的注料口通過機(jī)械手控制的自動(dòng)移動(dòng)掃描裝置均勻地浸潤(rùn)玻纖紗，使出料、浸膠保持均勻狀態(tài)，4)、玻纖紗與聚氨酯原液的共注體依次通過成型模具的加熱發(fā)泡固化區(qū)域和冷卻定型區(qū)域，使共注體發(fā)泡固化定型從而得到連續(xù)的型材制品，5)、采用紅外自動(dòng)跟蹤測(cè)長(zhǎng)切斷機(jī)對(duì)型材制品進(jìn)行定長(zhǎng)的切割。
工藝參數(shù)兩原料貯罐水浴溫度25±3℃，玻纖紗烘道溫度80±5℃，成型模具加熱發(fā)泡固化區(qū)域溫度60±2℃，冷卻定型區(qū)域溫度17±3℃，牽引線速度2.0±0.2m/min。
制品截面尺寸為220×140。
(4)主要物理性能制品密度0.75g/cm3，玻纖含量55％，彎曲強(qiáng)度132Mpa，彎曲模量11027Mpa，沖擊強(qiáng)度83KJ/m2。
按上述方法制造的合成軌枕能替代原木質(zhì)或混凝土軌枕，預(yù)計(jì)使用壽命可以長(zhǎng)達(dá)60年以上，長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)評(píng)估可節(jié)約經(jīng)費(fèi)30％左右。
實(shí)施例2集裝箱壁板(1)基體材料的配制組合聚醚的配方聚醚 100份三亞乙基二胺 0.8份辛酸亞錫 1.0份硅油 2份發(fā)泡靈 4.7份防老劑 0.1份配制及其它參照實(shí)例1(2)增強(qiáng)材料參照實(shí)例1(3)制品工藝參照實(shí)例1，截面尺寸為1000×16。
(4)主要物理性能制品密度0.58g/cm3，玻纖含量49％，彎曲強(qiáng)度81Mpa，彎曲模量7930Mpa，沖擊強(qiáng)度60KJ/m2。
該板材具有優(yōu)良的機(jī)械性能、耐水防腐性能和尺寸穩(wěn)定性，是一種以塑代鋼、以塑代木的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料板材，應(yīng)用前景良好。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，其特征在于它是以硬質(zhì)聚氨酯微泡為基體，以經(jīng)過表面浸潤(rùn)劑處理的連續(xù)玻纖紗為增強(qiáng)材料，且連續(xù)玻纖紗在基體內(nèi)的分布是呈單向連續(xù)相的，所述基體材料與增強(qiáng)材料占制品總重量的比例為基體材料35-60％，增強(qiáng)材料40-65％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，其特征在于所述基體材料的原料主要由組合聚醚和改性異氰酸酯組成，所述組合聚醚主要由聚醚、硅烷類勻泡劑、復(fù)合催化劑和發(fā)泡劑組成，所述基體材料中各原料的重量組份為聚醚 100份硅烷類勻泡劑 1.5-2.5份復(fù)合催化劑 0.8-1.8份發(fā)泡劑 2-9份改性異氰酸酯 115-125份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，其特征在于所述改性異氰酸酯是在異氰酸酯化合物結(jié)構(gòu)中引入1.5％～2.5％磷元素或適量的鹵素。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，其特征在于所述復(fù)合催化劑是胺類和有機(jī)錫類催化劑的組合，兩者的組合重量比為胺類催化劑∶有機(jī)錫類催化劑＝1∶1～3.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，其特征在于采用苯胺甲基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻纖紗表面進(jìn)行處理。
6.一種如權(quán)利要求1所述的連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品的共擠成型工藝，其特征在于該工藝主要包括以下工藝步驟1)、改性異氰酸酯和按配方制備好的組合聚醚分別加入兩原料貯罐中，并對(duì)兩原料貯罐采用水浴加熱，2)、連續(xù)玻纖紗先經(jīng)過烘道去除表面吸附水分，再通過梳理機(jī)進(jìn)行梳理分散后使之呈單絲狀均勻分布，3)、在牽引裝置的牽引下分散后的玻纖紗連續(xù)地通過成型模具的浸膠室即共注腔、加熱發(fā)泡固化區(qū)域和冷卻定型區(qū)域，同時(shí)組合聚醚和改性異氰酸酯雙組份經(jīng)高壓發(fā)泡機(jī)混合后得到的聚氨酯原液在成型模具共注腔的注料口通過機(jī)械手控制的自動(dòng)移動(dòng)掃描裝置均勻地浸潤(rùn)玻纖紗，4)、玻纖紗與聚氨酯原液的共注體依次通過成型模具的加熱發(fā)泡固化區(qū)域和冷卻定型區(qū)域，使共注體發(fā)泡固化定型從而得到連續(xù)的型材制品，5)、采用紅外自動(dòng)跟蹤測(cè)長(zhǎng)切斷機(jī)對(duì)型材制品進(jìn)行定長(zhǎng)的切割。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品的共擠成型工藝，其特征在于所述兩原料貯罐水浴溫度25±3℃，玻纖紗烘道溫度80±5℃，成型模具加熱發(fā)泡固化區(qū)域溫度60±2℃，冷卻定型區(qū)域溫度17±3℃，牽引線速度2.0±0.2m/min。
8.一種如權(quán)利要求1所述的連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的型材制品，其特征在于該制品用于鐵路軌枕、集裝箱壁板、建筑結(jié)構(gòu)型材或運(yùn)動(dòng)器材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)玻纖紗增強(qiáng)硬質(zhì)聚氨酯微泡的復(fù)合材料型材制品及其共擠成型工藝，它是以硬質(zhì)聚氨酯微泡為基體，以經(jīng)過表面浸潤(rùn)劑處理的連續(xù)玻纖紗為增強(qiáng)材料，且連續(xù)玻纖紗在基體內(nèi)的分布是呈單向連續(xù)相的，基體材料與增強(qiáng)材料占制品總重量的比例為35－60％和40－65％。其共擠成型工藝包括改性異氰酸酯和組合聚醚的配置；連續(xù)玻纖紗的梳理分散；玻纖紗連續(xù)地通過成型模具的共注腔、加熱發(fā)泡固化區(qū)域和冷卻定型區(qū)域，同時(shí)雙組份聚氨酯原液均勻地浸潤(rùn)玻纖紗；共注體依次通過加熱發(fā)泡固化區(qū)域和冷卻定型區(qū)域得到連續(xù)的型材制品；定長(zhǎng)切割。本發(fā)明所獲得的產(chǎn)品除優(yōu)良的機(jī)械性能外還具有不吸水，耐腐絕緣，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于鐵路軌枕、集裝箱壁板、建筑結(jié)構(gòu)型材、運(yùn)動(dòng)器材等方面。
文檔編號(hào)C08J5/04GK101029172SQ20071002009
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者方澄, 張振新, 張廣平, 孫中奇, 湯鳴雷, 王艷波, 李紅偉 申請(qǐng)人:江蘇雙良復(fù)合材料有限公司