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聚氨酯硬泡的混杂增强

分类:
新闻资讯
发布时间:
2018/12/07 11:13

近年来,高强度硬质聚氨酯泡沫塑料,特别是在其混杂增强和纳米增强方面取得了显著进展。随着高强度硬质聚氨酯泡沫塑料的不断发展,必将在管材、桥梁型材以及军工宇航器件等需要承受高负荷的部件方面获得更广泛的应用。

增强机理

Cotgreave和Korzeniowski主要研究玻璃纤维对泡沫塑料的增强机理和失效机理,他们在增强聚氨酯泡沫塑料强度和断裂特性研究中,主要提出了如下的观点:纤维的加入产生泡沫材料胞体形状的局部改变,这种变化影响了泡沫材料的临界纤维性质。

并且,他们根据断裂发生在远离纤维界面的破坏机理确定了增强聚氨酯泡沫塑料的临界纤维长度(泡沫增强的最大纤维长度),这一长度依赖于基体材料的剪切强度和泡沫密度。

混杂增强方式

在纤维增强中,常用的纤维有玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、天然植物纤维等。另外,近年来涌现出一批无机人造纤维(如机械强度很高的硅酸铝纤维、金属纤维、硼纤维和SiC纤维)和陶瓷纤维应用于硬质聚氨酯泡沫中。另一方面,无机粒子也经常被用来填充聚氨酯硬泡,改善聚氨酯硬泡的压缩强度和弹性模量,提高材料的刚度、硬度和尺寸稳定性,常用的主要有CaCO2、SiO2、BaSO4、玻璃微珠、滑石粉和陶瓷微珠等。

不同类型的填料对泡沫塑料的增强效果是不同的。纤维增强技术可以提高泡沫塑料的拉伸强度和冲击强度,但可能减弱其压缩强度,采用无机粒子填充技术则可以明显地改善泡沫塑料的压缩强度、弹性模量、尺寸稳定性以及硬度,但会降低其拉伸强度和冲击强度。所以现在常用纤维增强和无机粒子填充并用的方法(即混杂增强技术)来强化增强效果。

并且,从国内外的研究情况来看,增强方式也逐渐趋

向于混杂增强。研究表明,在SiO2颗粒含量为20wt%、玻璃纤维含量为7.8wt% 时复合材料力学性能最好。

混杂增强除了用纤维和粒子混杂复合增强之外,还有用纤维(或粒子)与聚合物复合来实现混杂增强。

聚氨酯硬泡的纳米增强

纳米增强的显著特点是可以使材料具有更高的强度、模量,同时还具有高韧性。在加入与普通填料粉体相同体积份数的情况下,强度和韧性一般要高出1~2倍;在加入相同质量份数时,一般要高出10倍以上。Tien等研究发现蒙脱土填充聚氨酯硬泡的储能模量比增强前要提高5倍以上。

Hirai等发现用纳米CdS填充聚氨酯硬泡,其拉伸强度、冲击强度以及压缩强度均比增强前要高。这方面研究涉及的内容较多,这里主要介绍纳米二氧化硅(纳米SiO2)、碳纳米管、蒙脱土、多面体低聚半硅氧烷(POSS)等增强聚氨酯泡沫塑料的研究进展。




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