高性能聚氨酯复合材料的研究(2)
3.4 聚氨酯复合材料的断面形貌 16
4 结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 聚氨酯复合材料概述
广义上，聚氨酯复合材料是以聚氨酯预聚体为基体材料、表面改性纤文或颗粒状填料作为增强材料经一定的工艺复合而成的宏观多相固体材料，并通过牢固的界面结合与协同作用，综合基体和增强体的优越性能，实现“1+1＞2”的复合效果。其中，基体相聚氨酯材料多采用双组份聚氨酯胶粘剂，主要是为了将增强相粘接在一起，并传递应力至增强相；增强相材料多采用纤文或颗粒状无机填料，主要起承担载荷的作用。
作为基体相的双组份聚氨酯胶粘剂通常由A、B两个组份构成，其中A组份是含活泼氢组份，B组份是含-NCO的异氰酸酯组份。反应性胶粘剂的双组份胶，两个组份混合后交联固化而进行粘接。通常可室温固化，亦能够加热固化，其固化后粘合强度比单组份胶粘剂大，完全符合结构胶粘剂的要求。合成时，为了使之在室温下有比较适宜的粘度，可通过调节这两组份的结构和分子量，从而制成高固含量或无溶剂型双组份胶粘剂。因为双组份聚氨酯胶粘剂产品具有性能可调节性强、粘接强度大、粘接范围广等优点，所在其在聚氨酯胶粘剂中占有最大的市场空间和最为丰富的制品种类 [1-4]。
增强材料通常采用纤文或颗粒状无机填料，该类材料可提高聚合物基复合材料的机械性能和热性能，其增强效果受增强相自身的力学性能和形态等限制。目前，在聚氨酯复合材料中载入磨碎玻纤作为增强材料是国内外较常采用的一种增强途径。磨碎玻纤是指由无碱或中碱玻璃纤文原丝经粉碎、碾磨及筛选等工艺而制成的极短的纤文，主要用来填充增强各种热塑性和热固性树脂。在树脂中载入一定量的磨碎玻纤，可明显提高材料的各项性能参数，在材料的抗裂性和耐磨性等方面增效明显，并且还可以改善树脂粘结剂的稳定性。特别是用于浇注制品、模具等可以弥补外表面缺陷、提高尺寸稳定性、降低模塑收缩率，广泛用于化工、纺织、建筑、冶金、矿山、国防等工业部门[5-7]。
1.1.1 聚氨酯复合材料发展历史
聚氨酯复合材料本质上是由纤文等增强材料增强的聚氨酯材料，所以其发展是依托于聚氨酯胶粘剂的。聚氨酯胶粘剂是分子链中含有氨酯基（-NHCOO-）和/或异氰酸酯基（-NCO）类的胶粘剂，由于其突出的综合性能在国民经济中得到普及式应用，并得以跻身于八大合成胶粘剂之列。
聚氨酯工业在德国萌芽，早在1849年德国化学家伍尔兹（Wvrtz）就研制出了脂族异氰酸酯；1850年德国化学家霍夫曼合成了苯基异氰酸酯；到1937年，德国法本公司的奥托•拜尔博士首次成功地将异氰酸酯用于聚氨酯的合成，他用吹冰亚甲基二异氰酸酯（HDI）和1，4-丁二醇反应合成出聚氨酯纤文并命名为Igamid-U，并用甲苯二异氰酸酯（TDI）和多种多元醇反应制得了聚氨酯弹性体；1942年报道了由德国化学家皮廷研发被称为“i-Rubber”的异氰酸酯橡胶，该橡胶由聚己二酸多元醇和二异氰酸酯反应而成，具有氨基甲酸酯交联结构，因此可以说德国为世界聚氨酯工业的发展奠定了理论和技术基础[8]。
在上世纪40年代初期美国就开始了异氰酸酯和聚氨酯的合成研究，虽取得了一定进展，但其应用开发没有引起足够的重视，直到二战告一段落，美国考察了德国的技术和情报后，这一新领域在美国科学界和企业界引起轩然大波，美方当即加快了研究步伐，并不断取得丰硕成果；到了60年代，美国从聚氨酯原料生产到其制品的研发与加工这样一个完备的工业体系逐步成型，并在世界聚氨酯工业中独占鳌头；迈入了上世纪70年代，美国聚氨酯材料的研发进入了以高强、高效和节能环保为目标的新时期，并不断取得重大技术革新，聚氨酯原材料、聚氨酯制品种类和技术及其应用也迅速发展壮大起来。