CN102964555B - 改性硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法。所述改性硬质聚氨酯泡沫材料还包括与组合聚醚的质量比为（0.2～0.4）:1的空心玻璃微珠；空心玻璃微珠的粒径为25～50μm，内外径比为0.80～0.91。将阻燃剂、催化剂搅拌均匀，加入空心玻璃微珠，低速混合均匀，得混合料，调节温度为18～25℃；将组合聚醚预热至18～25℃，迅速加入到混合料中，搅拌15～20秒，立即浇注入预热至45～55℃的模具内发泡成型；将模具升温至98～102℃，经后熟化处理，脱模即得。本发明的改性硬质聚氨酯泡沫材料既保证了各项材料性能，又能保证材料在承受较大的负荷时发生形变可以恢复到初始状态。

Description

改性硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及硬质聚氨酯泡沫改性材料，具体涉及一种改性硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法。

背景技术

硬质聚氨酯泡沫材料广泛用于易碎盖，该材料呈三维网络结构，孔是泡沫的基本单元。聚氨酯泡沫的所有性能如力学性能、声学性能、隔热性能，都不同程度地与孔结构有关。聚氨酯泡沫的孔隙结构是由最初分散存在的单个气泡逐渐生长而成的，当单个气泡的总体积分数达到74％时，气泡连成一片，形成了真正的泡沫硬质聚氨酯材料。在材料成形过程中，硬质聚氨酯泡沫气泡间的相互挤压，导致气泡由球形结构变为多面体结构，所以其密实度越高尺寸稳定性就越好，力学性能也越高。按照常知的技术，硬质聚氨酯泡沫材料在一定负荷作用下一般不发生明显形变，但当材料需要承受的负荷过大(大于8MPa)后会发生形变后不能恢复到初始状态。

易碎盖主要用于导弹发射筒前盖，在使用过程中需要承受较大的负荷，因此公知的硬质聚氨酯泡沫材料无法满足要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述公知的硬质聚氨酯泡沫材料承受较大的负荷时发生形变无法恢复到初始状态的问题，提供一种改性硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法。该方法既保证了硬质聚氨酯泡沫的各项材料性能，又能保证材料在承受较大的负荷时发生形变可以恢复到初始状态。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种改性硬质聚氨酯泡沫材料，包括组合聚醚、催化剂和阻燃剂，还包括空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠与组合聚醚的质量比为(0.2～0.4):1。

优选地，所述空心玻璃微珠的粒径为25～50μm。

优选地，所述空心玻璃微珠的内外径比为0.80～0.91。

优选地，所述空心玻璃微珠为采用偶联剂进行表面改性处理后的空心玻璃微珠，所述偶联剂与空心玻璃微珠的质量比为(0.5～1.5):100。

优选地，所述偶联剂为KH550。

优选地，所述改性硬质聚氨酯泡沫材料包括以下重量份数的各组分：组合聚醚100份、阻燃剂8～10份、催化剂0.1～0.3份、空心玻璃微珠30份；所述组合聚醚为异聚氨酯；所述空心玻璃微珠的粒径为36μm，内外径比为0.89。

本发明还涉及一种前述的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：

A、准备空心玻璃微珠；

B、将阻燃剂、催化剂搅拌均匀，加入所述空心玻璃微珠，以80～110r/min的速度混合均匀，得混合料，调节所述混合料温度为18～25℃；

C、将组合聚醚预热至18～25℃，迅速加入到所述混合料中，搅拌15～20秒后，立即浇注入预热至45～55℃的模具内发泡成型，所述空心玻璃微珠与组合聚醚的质量比为(0.2～0.4):1；

D、将模具温度升温至98～102℃，经后熟化处理，脱模后即得所述改性硬质聚氨酯泡沫材料。

优选地，步骤A中，所述空心玻璃微珠的粒径为(25～50)μm，内外径比为0.80～0.91。

优选地，所述空心玻璃微珠经偶联剂KH550表面改性处理，所述KH550与空心玻璃微珠的质量比为(0.5～1.5):100，所述表面改性处理具体为：将所述空心玻璃微珠浸泡在质量百分比浓度为1％的KH550中1～3h，95～105℃烘干，保温20～30min后在1h内使用。

优选地，步骤B中，所述加入空心玻璃微珠为分步加入，每次加入量为剩余微珠的1/2。

本发明具有的有益效果为：既保证了硬质聚氨酯泡沫的各项材料性能，又能保证材料在承受较大的负荷时发生形变可以恢复到初始状态。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法如下：

(1)选取粒径36μm，内外径之比0.89的空心玻璃微珠T46；

(2)配取质量百分比浓度为1％的KH550(硅烷偶联剂，化学名称为3-氨丙基三乙氧基硅烷，结构式为NH₂CH₂CH₂CH₂Si(OC₂H₅)₃)水溶液,将空心玻璃微珠在溶液中浸泡2h，所述KH550与空心玻璃微珠的质量比为1:100；

(3)浸泡后的玻璃微珠在100℃烘箱内进行烘干，保温30min，烘干后在1h内使用；

(4)按质量份数：异聚氨酯100份、阻燃剂10份、催化剂0.3份、空心玻璃微珠30份的配方称取各材料；

(5)在搅拌机上，先将阻燃剂、催化剂按配比搅拌均匀；

(6)再向上述体系中分步加入(每次加入量为剩余微珠的1/2)烘干后的空心玻璃微珠，在较慢的搅拌速度(100r/min)下混合均匀，每次至少搅拌5min；

(7)上述混合液经搅拌均匀后，将温度调节到20℃左右；然后将经预热温度至20℃左右的异聚氨酯迅速加入到上述混合液中，再经搅拌(15～20秒)后立即浇注入预热到50℃左右的模具内发泡成型；

(5)将模具温度升到100±2℃并经后熟化处理，脱模后即得到改性硬质聚氨酯泡沫塑料试样。

实施例2

本实施例的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法同实施例1，所不同之处在于：

所述空心玻璃微珠的粒径为25μm，内外径比为0.80；所述KH550与空心玻璃微珠的质量比为0.5:100；所述原料配方中，异聚氨酯100份、阻燃剂9份、催化剂0.2份、空心玻璃微珠40份。

实施例3

本实施例的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法同实施例1，所不同之处在于：

所述空心玻璃微珠的粒径为50μm，内外径比为0.91；所述KH550与空心玻璃微珠的质量比为1.5:100；所述原料配方中，异聚氨酯100份、阻燃剂8份、催化剂0.1份、空心玻璃微珠20份。

对比例1

本对比例的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法同实施例1，所不同之处在于：

空心玻璃微珠的粒径为100μm，内外径比为0.95。

对比例2

本对比例的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法同实施例1，所不同之处在于：

本对比例中的空心玻璃微珠未经偶联剂KH550表面改性处理，是直接在95～105℃烘干，保温20～30min后在1h内分布加入搅拌好的催化剂和阻燃剂的混合物中。

对比例3

本对比例的硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法如下：

(1)按质量份数，异聚氨酯100份、阻燃剂10份、催化剂0.3份的配方称取各材料；

(2)在搅拌机上，先将阻燃剂、催化剂按配比搅拌均匀；

(3)将上述体系温度调节到20℃左右；然后将经预热温度至20℃左右的异聚氨酯迅速加入到上述体系中，再经搅拌(15～20秒)后立即浇注入预热到50℃左右的模具内发泡成型；

(4)将模具温度升到100±2℃并经后熟化处理，脱模后即得到硬质聚氨酯泡沫塑料试样。

实施例4、力学性能测试

对上述实施例1～3、对比例1～3的硬质聚氨酯泡沫塑料试样进行力学性能测试，具体如下：

平压性能测试：按国家标准GB8813-2005硬质泡沫塑料压缩试验方法，试样尺寸：50×50×50mm，加载速度：2mm/min。

弯曲性能测试：按国家标准ISO1209-2-2005(E)硬质泡沫塑料-弯曲试验方法2：弯曲特性的测定，试样尺寸250×50×17mm，加载速度：5mm/min。

拉伸性能测试：按国家标准GB9461-2005硬质泡沫塑料拉伸试验方法，试样尺寸：150×40×8mm，加载速度：4mm/min。

结果如表1所示：

表1力学性能试验结果

由表1可知，对比实施例1、2、3和对比例1可知，在一定范围内，随着粒径的减小，发泡材料的性能逐渐提升，这是因为较大的粒径在偶联剂处理、混料等过程中容易破碎，这样材料的性能就比较小粒径的差，优选地实施例1采用36μm的发泡材料的各项性能均最好；此外，在一定范围内，随着内外径之比的降低，其发泡材料的性能逐渐提升，这是因为内外径之比越小，其壁厚越厚，这样微珠的抗压强度也越大，添加后发泡材料的性能也随之越好，优选实施例1的内外径之比为0.89的空心玻璃微珠改性的发泡材料性能最好。

对比实施例1、2、3和对比例2可知，通过采用偶联剂KH550对空心玻璃微珠进行表面改性处理后，其对硬质聚氨酯发泡材料的性能会有提升，尤其是压缩性能显著提高。虽然，偶联剂的添加量增大的同时，抗冲击性能略有下降，这是因为微珠与体系的结合性能更好，增大了试样的刚性，相应的其冲击性能就有所下降，优选地当使用空心玻璃微珠质量1％的KH550处理T46空心玻璃微珠后，其性能最优。

对比实施例1、2、3和对比例3可知，与不添加空心玻璃微珠的发泡材料对比，添加空心玻璃微珠后，发泡材料的压缩强度、拉伸强度以及抗冲击性能均有不同程度的提高；进一步对比实施例1、2、3的压缩强度、拉伸强度、抗冲击性能等，可知，当添加经过空心玻璃微珠质量1％的KH550表面处理过的占组合聚醚质量30％的T46空心玻璃微珠(玻璃微珠粒径36μm，内外径之比0.89)后，其性能最优。

综上所述，本发明制备得到的改性硬质聚氨酯泡沫材料，既保证了硬质聚氨酯泡沫的各项材料性能，又能保证材料在承受较大的负荷时发生形变可以恢复到初始状态。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、准备空心玻璃微珠；

B、将阻燃剂、催化剂搅拌均匀，加入所述空心玻璃微珠，以80～110r/min的速度混合均匀，得混合料，调节所述混合料温度为18～25℃；

C、将组合聚醚预热至18～25℃，迅速加入到所述混合料中，搅拌15～20秒后，立即浇注入预热至45～55℃的模具内发泡成型，所述空心玻璃微珠与组合聚醚的质量比为(0.2～0.4):1；

D、将模具升温至98～102℃，经后熟化处理，脱模后即得所述改性硬质聚氨酯泡沫材料；

所述空心玻璃微珠的粒径为(25～50)μm，内外径比为0.80～0.91；

所述空心玻璃微珠经偶联剂KH550表面改性处理，所述KH550与空心玻璃微珠的质量比为(0.5～1.5):100，所述表面改性处理具体为：将所述空心玻璃微珠浸泡在质量百分比浓度为1％的KH550水溶液中1～3h，95～105℃烘干，保温20～30min后在1h内使用。

2.如权利要求1所述的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤B中，所述加入空心玻璃微珠为分步加入，每次加入量为剩余微珠的1/2。

3.如权利要求1所述的改性硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述改性硬质聚氨酯泡沫材料包括以下重量份数的各组分：组合聚醚100份、阻燃剂8～10份、催化剂0.1～0.3份、空心玻璃微珠30份；所述空心玻璃微珠的粒径为36μm，内外径比为0.89。