纤维增强聚氨酯复合材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种纤维增强的聚氨酯复合材料及其制备方法。该复合材料含有硬质聚氨酯泡沫以及增强纤维，且材料密度为300～500Kg/m3；所述复合材料的吸水率≤5％、邵氏硬度≥60HA，弯曲强度≥50Mpa、剪切强度≥10Mpa、尺寸稳定性≤1％，酸液或碱液浸泡30天外观无变化，热传导系数≤0.05W/(m

【技术实现步骤摘要】
纤维增强聚氨酯复合材料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种纤维增强的聚氨酯复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]天然木材由于具有生态环保、适宜的弹性和硬度，以及良好的表现效果而广泛应用于建筑、家具、户外用品等各个方面，虑到速生木材较差的天然防腐性，在其使用前，通常对其进行防腐处理，这类防腐木无论采用何种防腐浸渍处理方式，防腐剂均是自木材外部而进入木材内部，因此防腐木外层的防腐剂载药量最高，越往心层，防腐剂载药量越低，而高载药量防腐剂的木材，其药剂流失性也越大，因此防腐剂溶液浸渍后的防腐木材，随着使用时间的延长，受到频繁的温度变化、紫外线辐射以及大气湿度的影响，对防腐木材都会有快速的破坏作用，与环境接触的外层中的防腐剂逐渐流失，其耐久性逐渐降低，如吸水变形、开裂、霉变、虫蛀、腐烂等，防腐木材耐久性的持续时间难以满足实际工程的使用需求。如果要维护或者更换，为此得消耗大量的木材，长期造成导致森林资源的破坏，同时还要耗用大量的维护人员。
[0003]今年国家对节能环保是提出了更高的要求，因此寻找到一种成本低廉、力学性能与实木相当甚至高于实木、防腐耐潮性能高于现有防腐木、且安全无毒环保的新型材料成为当务之急。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种吸水率低、力学性能佳、耐酸碱腐蚀且尺寸稳定性较高的纤维增强聚氨酯复合材料。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：该复合材料含有硬质聚氨酯泡沫以及增强纤维，且材料密度为300～500Kg/m3；所述复合材料的吸水率≤5％、邵氏硬度≥60HA，弯曲强度≥50Mpa、剪切强度≥10Mpa、尺寸稳定性≤1.5％，酸液或碱液浸泡30天外观无变化，热传导系数≤0.05W/(m
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K)，线性热膨胀系数(1/℃)≤1.0
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10
‑5。
[0006]本复合材料优点在于：
[0007](1)在材料密度方面，本复合材料的密度为300
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500Kg/m3，密度与杨木、松木(400Kg/m 3
左右)相当甚至更低，与天然椴木(500～550Kg/m3)等密度接近，因此可以像天然实木一样通过削、锯、刨等方式进行加工；在吸水率方面，复合材料的吸水率≤5％，吸水率相较于实木材料更低，性能更优越；
[0008](2)而在保温隔热方面，本复合材料的热传导系数≤0.05W/(m
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K)，导热系数胀低，相比于天然干实木(热传导系数≥0.08W/(m
·
K))，其隔热保温的性能更高，可用作保温材料用于对保温隔热要求较高的墙体、门窗芯材中；
[0009](3)本复合材料的力学性能相比于天然木材(或经过防腐处理的天然木材，即防腐木) 有大幅度提升，其抗剪、抗弯等能力均高于天然木材，硬度较高，具有轻质高强的特点，
即使长期暴露在空气中也不会失去其机械性能，因此从力学性能上可完全替代市面上的天然木材(防腐木)，广泛地应用至应用于门窗家具、旅游地产、建筑节能等领域；
[0010]相比于天然木材需要一定的需要生长周期，制作防腐木还需要经过防腐工艺处理，本复合材料在工厂内即可快速生产、生产效率更高，更具性价比；
[0011]而且在本复合材料生产过程中各化学原料经过充分反应，不存在有毒残留物，环保等级达到E0级，而市面上的防腐木最高才大E1级，其环保性能更加优越。
[0012](4)在耐酸碱和防腐防潮方面，天然木材里含有纤维素、树胶等，这些植物性多糖属于水溶性，易被霉菌、环境中的细菌分解、腐烂，其耐酸碱和防腐防潮能力交叉。而本复合材料中，硬质聚氨酯泡沫的化学反应形成的化学键，在环境中很稳定，不易水解也难背环境中的细菌、霉菌分解，在酸液或碱液浸泡30天外观无变化。
[0013](5)在尺寸稳定性方面，尺寸稳定性≤1.5％，线性热膨胀系数(1/℃)≤1
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‑5，变形率低，可在极限温度变换时保持稳定，抗开裂性强。
[0014]综上，本复合材料兼具高强高密，优异的力学性能(抗剪、抗压等)，以及良好的保温隔热、耐酸碱、防腐防潮、尺寸稳定性，可以用于门窗、墙体的芯材等非结构性材料中。
[0015]进一步地，所述硬质聚氨酯泡沫的密度为100～300Kg/m3，增强纤维的密度范围为1～ 2.7g/cm3；所述硬质聚氨酯泡沫与增强纤维的质量份数比为1:1～4:1。
[0016]当增强纤维选择不可燃纤维时，按照GB/T
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2005玻璃纤维增强塑料数值含量测试方法，燃烧复合材料试件再进行计算，可得知纤维的占比。
[0017]专利技术人发现，由于增强纤维的密度较大，如果在复合材料总质量占比低于20％，纤维吸附聚氨酯混合液(如每根纤维最大树脂吸附量为自身质量的120％)在发泡过程中不足以充满制品型腔，会形成空隙、孔洞缺陷，影响制品质量，但在复合材料总质量占比超过50％,又会影响复合材料的轻质效果。所以增强纤维在复合材料中占比在20％～50％是比较理想的含量，既能提升成品品质又不影响成品轻质效果。
[0018]进一步地，所述复合材料制的握钉力≥500N，握钉力与天然木材(比如松木)接近，钉子进入板材后，钉子容易固定钉孔，不容易松动脱落，钉孔可反复利用，反之亦然。
[0019]进一步地，所述增强纤维为连续玻璃纤维、玻璃纤维毡、竹纤维、聚合物纤维中的一种或几种混合，选择不同的纤维：连续玻璃纤维(密度2.6g/cm3)，连续玻璃纤维毡(密度 2.6g/cm3)，竹纤维(1.49g/cm3)，化学纤维(常见的如PP/PET纺丝纤维密度1.0～1.2g/cm 3
)，根据不同的纤维密度和设计用量，通过配方设计使复合材料保持轻质高强的特性。
[0020]进一步地，所述的硬质聚氨酯泡沫的原料包括A料、B料，A料和B料的质量份数比为 1:0.9～1:1.2。
[0021]采用该配比制造出的聚氨酯泡沫，在保温隔热、耐酸碱和防腐防潮、尺寸稳定性等方面具有良好的表现。
[0022]进一步地，所述B料为异氰酸酯或改性异氰酸酯，A料包括如下质量份数数的原料：
[0023]组合聚醚100份；
[0024]催化剂0.5～1.5份；
[0025]表面活性剂1.0～3份；
[0026]发泡剂0.6～1份。
[0027]B料采用的改性异氰酸酯是通过异氰酸酯的化学反应得到的产物，A料通过以上的
配比，可以保证聚氨酯泡沫起发时间≥2min，发泡后聚氨酯泡沫的密度为100～300Kg/m3。
[0028]进一步地，该组合聚醚为以多元醇和/或多元胺为起始剂，以环氧丙烷为聚合单体，环氧丙烷封端聚合而成，羟值在30～500mg
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KOH/g，平均官能度为2～6(优选3～4.5)，数均分子量为200～4800(优选400～3000)。
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强聚氨酯复合材料，其特征在于：该复合材料含有硬质聚氨酯泡沫以及增强纤维，且材料密度为300～500Kg/m3；所述复合材料的吸水率≤5％、邵氏硬度≥60HA，弯曲强度≥50Mpa、剪切强度≥10Mpa、尺寸稳定性≤1.5％，酸液或碱液浸泡30天外观无变化，热传导系数≤0.05W/(m
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K)，线性热膨胀系数(1/℃)≤1
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‑5。2.根据权利要求1所述的纤维增强聚氨酯复合材料，其特征在于：所述硬质聚氨酯泡沫的密度为100～300Kg/m3，增强纤维的密度范围为1～2.7g/cm3；所述硬质聚氨酯泡沫与增强纤维的质量份数比为1:1～4:1。3.根据权利要求1或2所述的纤维增强聚氨酯复合材料，其特征在于：所述复合材料的握钉力≥500N。4.根据权利要求3所述的纤维增强聚氨酯复合材料，其特征在于：所述增强纤维为连续玻璃纤维、玻璃纤维毡、竹纤维、聚合物纤维中的一种或几种混合。5.根据权利要求4所述的纤维增强聚氨酯复合材料，其特征在于：所述的硬质聚氨酯泡沫的原料包括A料、B料，A料和B料的质量份数比为1:0.9～1:1.2。6.根据权利要求5所述的纤维增强聚氨酯复合材料，其特征在于：所述B料为异氰酸酯或改性异氰酸酯，而A料包括如下质量份数的原料：组合聚醚100份；催化剂0.5～1.5份；表面活性剂1.0～3份；发泡剂0.6～1份。7.根据权利要求6所述的纤维增强聚氨酯复合材料，其特征在于：所述组合聚醚的羟值在30～500mg

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海军，王林生，
申请(专利权)人：重庆欧典实业有限公司，
类型：发明
国别省市：