聚氨酯复合材料抗压强度的实验研究

2007/8/10 15:04:24

[摘要] 介绍了一种新研制的功能性聚氨酯夹层复合包装板材。为找出最佳的工艺条件，对板型结构和原料配方进行了实验研究，分析了聚氨酯泡沫塑料和聚氨酯复合包装板材的抗弯弹性模量、抗压强度这两项主要力学指标。由材性分析得出：可通过采用不同力学强度的面板材料压制所需力学强度的聚氨酯复合板材，若采用的面板材料力学强度较差，可适当提高泡沫塑料的密度或者添加夹层来提高力学强度。关键词：复合材料；聚氨酯；抗弯弹性模量；抗压强度这里利用三夹板、废旧瓦楞纸板、普通广告彩纸作为面板，聚氨酯发泡塑料作为芯层，并辅以夹层增强材料，旨在开发新型功能性聚氨酯夹层复合包装板材。聚氨酯泡沫材料重量轻，比强度高，隔热性能极好，是一种优良的包装材料；废旧纸板价格低廉，回收利用价值较高。希望通过对板型结构、原料配方、制造工艺等的研究为聚氨酯泡沫塑料用作包装材料开拓一条新途径。 1 实验材料与工艺 1)实验材料。实验材料由江苏化工研究所提供。具体有： A组分(白料)为组合聚醚、B组分(黑料)为异氰酸酯、发泡剂为HCFC141b。 2)发泡过程。在生产过程中，除了聚氨酯组合料原料质量本身起主要作用外，2组分混合效果也是影响聚氨酯泡沫质量的一个重要因素。批量生产使用机器发泡(高压发泡机或低压发泡机)。本实验采用人工搅拌方式，A、B 2组分按重量比1：1混合，立即充分搅拌，15~20s后(该时间与A或B组分的用量多少有关)，液体呈粘稠状，颜色由乳白至淡黄色直至深褐色，再过6~8s，发泡开始。如需密度变小，将发泡剂加入白料的0．5％~25％(质量分数)，加入后先搅拌均匀后再加入黑料搅拌反应。发泡剂加量越多，得到的泡沫塑料密度越小。从发泡开始到发泡完全这一过程中，会有压力产生，并且伴随着反应的进行，不断有热量放出，泡沫内部的温度最高可达120℃。粘稠的液体在模具内，并在一定压力下，开始流动→发泡→流动→发泡→停止流动这一过程。 2 聚氨酯泡沫塑料的压缩和弯曲性能2．1 压缩性能参照GB8813-88《硬质泡沫塑料压缩试验方法》测定。根据相对形变10％以前有屈服点和无屈服点，压缩性能测试出的压缩负荷变形曲线如图1所示，通常分为2大类型，如曲线2、3、4为相对形变10％前有屈服点的类型，1、5为无屈服点的类型。其中，曲线1为发泡剂含量0％；曲线2为发泡剂含量3％；曲线3为发泡剂含量8％；曲线4为发泡剂含量12．5％；曲线5为发泡剂含量25％。压缩性能的正确取值方法为：1)找出相对形变零点：用直尺将负荷-变形曲线上斜率最大的直线部分延伸至力零位线，其交点即为“相对形变零点”。2)在图上标出相对形变10％的点，对应的压缩应力Fr10。3)若最大压缩力F’m、发生在相对形变10％之前，则压缩强度取最大压缩点的数值，σm =F’ m／S，S为试样的上表面积；若10％相对形变前无屈服点，压缩强度取相对形变10％的压缩应力，σ10= Fr10／S。聚氨酯泡沫塑料的压缩强度测量结果如图2所示。可以看出，聚氨酯发泡塑料的压缩强度较小，其值随着密度的变小显著下降，是软而韧型塑料，虽然它的强度不高，但在不太大的外力作用下可以产生很大的形变而不发生被压溃的现象，去除外力后几乎能完全恢复，因而是一种优良的缓冲材料。2．2 抗弯弹性模量表1中数据显示，聚氨酯泡沫塑料的抗弯弹性模量值随着密度的变大呈增大趋势，但总体而言该材料的抗弯弹性模量较小，在很小力的作用下会产生较大的挠度，因而需要与其它材料复合成一种既具有聚氨酯的阻水、隔热、质轻的优点，又符合强度要求的新型复合材料。（待续）

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