高密度聚氨酯泡沫塑料承力环的研制

玻璃钢／复合材科增刊r第十八届玻璃钢／复合材料学术年会论文集)
高密度聚氨酯泡沫塑料承力环的研制
付朝军1，刘定渝z，李安猛t，柴朋军1
(1．北京玻钢院复合材料有限公司，北京102101；2．海军驻重庆662厂军代表室，重庆400021)
摘要：硬质聚氨酯泡沫塑料具有质量轻、比强度高、绝热、隔音、防震、抗冲击等优良性能．广泛用于工业制造、建筑、包装、运输等行业．并在现代国防工业中发挥着重要作用。通过对聚氨酯发泡料配方试验、阻燃剂的选择和成型工艺等研究表明，研究出的密度为300—350kg／m3的高密度硬质聚氨酯泡沫塑料具有结构强度高、阻燃性能好、尺寸稳定性好等优点，可满足产品使用要求。
关键词：聚氨酯泡沫塑料：高密度：阻燃性
1 前言
硬质聚氨酯(PUR—R)泡沫塑料是一种常用的工程材料。具有质轻、隔热保温、吸音及缓冲抗震性优良等特性和较好的力学性能．目前作为功能结构和承载
结构材料己广泛用于工业制造、建筑、包装、运输等行业．并在现代国防工业中发挥着重要作用]。其中大量使用的主要是低密度硬质聚氨酯泡沫塑料f密度小
于80 kg／m3)，该产品因特殊的设计要求，需要直接用聚氨酯泡沫塑料作为承力单元。该产品直接作为结构件．因此对泡沫本体强度要求较高．同时还必须具有优良的阻燃性和抗冲击要求昀，普通的低密度硬质聚氨酯泡沫塑料不能满足要求．而市售的高密度发泡料也不能满足阻燃性能要求。我们从基础人手，通过对高性能聚氨酯发泡材料配方的优化及成型技术攻关．成功研制出完全满足产品技术指标要求的高密度聚氨酯泡沫塑料承力环。
2承力环材料体系和制造工艺
2．1 发泡料配方优化研制
考虑产品耐压性、耐冲击性、阻燃性及工艺性等要求。对发泡料配方进行研究。在聚醚型聚氨酯发泡料的基础上．加入苯酐聚酯多元醇和聚碳酸酯多元醇进行改性．增加耐热性。苯酐聚酯多元醇具有苯环结构，耐热性好，粘度小，与各组分的混溶性较好，它的加入可增加泡沫塑料的结构强度和耐热性能。在
研制过程中发现，如果苯酐聚酯多元醇加入较多，则泡沫会出现表面塌陷现象，如果增加促进剂，发泡速度太快，来不及操作，导致工艺性不好。聚碳酸酯多元醇粘度较大，与各组份混溶性不好，配制组合料有分层问题，不适合批量生产。经过多次反复试验，调整配方组成及比例．研制出了满足结构强度和阻燃性能要求、工艺操作性较好的聚氨酯发泡料配方．并根据“GB／I’9641—1988硬质泡沫塑料拉伸性能试验方法”、“GB／r 8813．1988硬质泡沫塑料压缩试验方法”和“GB／I’8924．2005纤维增强塑料燃烧性能试验方法”分别测试了泡沫塑料密度、拉伸强度、压缩强度和氧指数，结果满足产品技术指标要求。
2．2成型工艺流程
图1承力环图纸
承力环外形如图1所示，针对产品结构特点，进行了两种成型工艺方案试验。在试验过程中优化并严格控制发泡工艺参数，控制密度范围为320±20kg／m3．可使泡沫塑料的压缩强度及阻燃性能满足产
品设计要求。具体工艺流程如图2所示．其中模具设计制造、模具准备、原材料准备和注射过程是关键工艺。
高密度聚氧酯泡沫塑料承力环的研制
图2承力环工艺流程图
2．3承力环的性能
2．3．1 密度和力学性能
表1密度与压缩强度的变化关系
硬质聚氨酯泡沫的强度取决于原料、配方和泡沫结构。泡沫的密度是材料的一个关键性控制指标。考虑密度与性能的关系．表l给出了不同密度条件
下。压缩性能试验的结果。试验结果表明。密度从200 kg／m3变化到250 kg／m3，材料的强度变化很小。而当增至350kg／In3时强度显著增加。
2．3．2阻燃性能
提高泡沫阻燃性能的方法很多，最常用的方法是在发泡原料中添加不具有反应活性而具有阻燃作用的物质。发泡成型后，这些物质就均匀分散在泡沫
塑料中，起到阻止泡沫燃烧的作用。通过试验发现．不同品种的阻燃剂，其阻燃效果各不相同。阻燃元素含量高的阻燃剂阻燃效果较好。不同种类的阻燃剂
配合使用时，其阻燃效果要比单独使用阻燃剂都要好，说明不同品种的阻燃剂之间存在着协同作用，利用这种协同作用可获得较好的阻燃效果。本制品通
过添加含磷和溴的液体阻燃剂达到了制品要求氧指数大于22的指标。
2．3．3 尺寸稳定性
本文产品主要是起支承(承载)、阻燃作用的泡沫塑料结构件。这种聚氨酯结构件既具有满足实际使用的力学性能，又具有易成型加工的优势，但是由
于这种结构件属于非金属材料．在成型过程中其尺寸随环境的温度、湿度会产生变化。对产品尺寸的稳定性有不利影响，因此温度、湿度对硬质泡沫塑料制
品的尺寸影响有着重要意义。将制作好的泡沫(密度分别为320 k咖3)放到烘箱中，温度控制在10一100。C，每30min沏．J]试泡沫的尺寸随温度的变化，其尺寸变化如图3所示。
图3泡沫尺寸随温度的变化曲线
从图3可以看出。当温度在50℃以内时．泡沫密度几乎不影响尺寸随温度的变化。而当温度高于60℃时，尺寸变化率增大明显。因此在满足力学性能的基础上，泡沫的实际使用温度不高于50℃。湿度对聚氨酯泡沫亦有一定影响，随环境湿度的增大。由于泡沫的溶胀，制品尺寸易发生变化。本制品属带皮使
用(模具成型，不进行后加工)，未进行湿度对尺寸影响的试验。
3结论
通过测试和试验，获得了硬质聚氨酯泡沫的密度变化与压缩强度的关系。获得了材料尺寸随温度变化曲线，特别是在模具设计时，要考虑到泡沫尺寸随
温度、湿度的变化关系，为该材料作为结构件使用具有一定的借鉴作用。
本文研制的高密度硬质聚氨酯承力环(密度为320ks／in3)，具有结构强度高、阻燃性能好、尺寸稳定性好等优点，满足产品各项指标要求，并已批量生产。
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NEW TECHNIQUES FRO APPLICATION OF FRP IN THE BRIDGE DECKS
FAN Hai．feng，LIU Yuqing
(Department of Bridge Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China)
Abstract：This paper makes a state-of-the—art review of application of FRP(Fiber Reinforced Polymer)in the
bridge decks，including concrete bridge decks reinforced with FRP bars or grids，all FRP composite decks and
hybrid FRP and concrete bridge decks．Furthermore，a new type of steel—free bridge deck is proposed in the paper．
Experimental study was conducted on two specimens of this kind of bridge deck，the results indicate that FRP can
replace steel in the bridge decks．
Key words：bridge engineering；bridge deck；FRP
(上接第146页)
THE DEVELOPMENT OF BEARING RING FOR HIGH-DENSI’I’Y PoLYURETHANE FOAM
FU Chao-junl，LIU Ding-yu2，LI An-men91，CHAI Peng-junl
(1．Bering Composite Materials Co．，Ltd．，Beijing 102101，China；
2．State—owned 622 Factory Navy Military Representative Office，Chongqing 40002 1，China)
Abstract：Rigid polyurethane foam has more advantages，such as light weight，high specific strength，heat
insulation，sound insulation，shockproof,impact resistance and other fine performances．It is widely used in
industrial manufacturing，construction，packaging and transportation，which plays all important role in modem
defense industry．By formulation experiment of polyurethane foam materials，selection of flame retardants and the
research on molding technique，the study developed the high—density rigid polyurethane foam with the density of
300～500kg／m3 had the advantages of high structural strength，good flame retardant and dimensional stability，which
met the product requirements．
Key words：polyurethane foam；high density；flame retardance
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应该可以用的煤矿上吗