高性能聚氨酯复合材料的研究(4)
主要的反应原理及过程：
（1）异氰酸酯的反应原理：
异氰酸酯与含有活泼氢的化合物发生反应主要是由于含有活泼性氢的化合物分子中的亲核中心对-NCO基团中的碳原子攻击而造成的[16-18]。具体的反应机理如下：
（2）在所发生的化学反应过程中的聚氨酯预聚体的合成：
① 羟基与异氰酸酯发生聚合反应生成氨基甲酸酯基团：
② 氨基与异氰酸酯的反应：
1.1.3 聚氨酯复合材料的制备
（1）双组份聚氨酯中A、B组份的制备
A组份（多元醇组份）是指由组合多元醇及扩链剂等添加剂组成的组合料，常用的多元醇有聚醚多元醇和聚酯多元醇，聚醚型聚氨酯隔热胶具有较好的耐水性、较好的柔顺性和更好的低温性能；聚酯型聚氨酯隔热胶则具有相对更好的物理性能（强度、硬度、抗冲击性、粘着力）、抗热氧化性等特点。实验中按配比将多元醇以及其它助剂混合加热抽真空，制备成均匀透明的组合料。
B组份（异氰酸酯组份）中异氰酸酯的种类及含量对聚氨酯胶粘剂的性能影响很大，常见的异氰酸酯主要有二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和甲苯二异氰酸酯（TDI），由于MDI具有对称结构，相对于不对称二异氰酸酯，对称性二异氰酸酯具有较高的模量和撕裂强度，而MDI的刚性芳环，使得制备的聚氨酯分支硬段的内聚强度较大，所以热稳定性和拉伸强度较高，故选用MDI将更易于得到性能优越的制品。在室温下纯MDI是固体，其蒸气毒性较大，因此合成中大多选用液体MDI。
（2）增强材料的制备
如今，采用磨碎玻纤作为聚氨酯复合材料的增强材料是国内外较为普遍采用的一个增强途径。在树脂中载入一定量的磨碎玻纤，可明显提高材料的多项性能参数，如拉伸强度、弹性模量、抗撕裂性和耐磨性等，同时还可以改善树脂粘结剂的热稳定性及尺寸稳定性。
所用磨碎玻纤可用无碱或中碱玻璃纤文原丝经粉碎、碾磨以及筛选等工艺而制成极短的规格，后经偶联剂KH-560（γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷）表面处理、烘干备用。
（3）聚氨酯复合材料的制备
按所设计的配方将聚合物多元醇、催化剂及扩链剂等（A组份）连同表面处理后的磨碎玻纤加入到配备一个温度计和电动搅拌器的洁净干燥的四口烧瓶中，在110℃-120℃下真空脱水lh，后降温到40℃以下，取适量烧瓶中的试剂与对应配比的MDI于室温下进行搅拌浇注成型工作，样条于室温条件下放置一周后进行力学性能测试。
配方设计中，理论上A、B两组份恰好完全反应是在n(-NCO):n(-OH)=1:1时，但鉴于MDI中残留的水分会消耗掉一部分的-NCO，所以设计时一般取n(-NCO):n(-OH)=1.02:1左右。
1.2 聚氨酯复合材料的特点及性能
1.2.1 聚氨酯复合材料的特点
（1）可协同发挥各组成材料的可观特点，让一种材料兼备多种优异的性能，实现“1+1＞2”的结构及性能上的复合效应；
（2）材料性能的可设计性好，可按产品性能需要进行设计和改进；
（3）可一次成型制成所需异型制品，避免多次加工。
1.2.2 聚氨酯复合材料的性能
（1）质轻、高强（比强度高、比模量高、比刚度大）；
（2）抗疲劳性能好；
（3）耐磨损性能好；
（4）减震性能好；
（5）热稳定性好；
（6）尺寸稳定性好；
（7）成型工艺性能好；
（8）材料性能可设计性好。
1.2.3 其他性能
（1）耐水、耐介质性好；
（2）粘接强度高、初粘力大；