专利名称：连续纤维增强聚氨酯泡沫材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种聚氨酯泡沫材料，尤其是涉及一种由连续纤维增强的聚氨酯泡沫材料及 其制造方法。
技术背景聚氨酯泡沫材料具有密度小、重量轻、隔热与隔音效果好等优点。但作为承载结构材料 应用中的聚氨酯泡沫，除了具有上述优点以外，还要求有优良的强度、模量和尺寸稳定性。 与其它材料相比，聚氨酯泡沫的弯曲强度和冲击强度等技术指标不能满足使用要求，因而限 制了它的广泛使用。为弥补这一缺陷，采用添加增强剂的手段来提高它的强度。近年来研究 报道的增强剂可分为两种 一种是粒子，包括玻璃微珠，二氧化硅粒子，碳酸转和石墨等； 一种是纤维，包括玻璃纤维，有机纤维，植物纤维，以及碳纤维，金属纤维等。在聚氨酯泡 沫塑料中加入各种增强性的填料制造复合材料， 一方面降低了成本，另一方面提高了材料的 力学性能。公开号为CN1858082的中国发明专利申请提供一种由植物油羟基化物、聚合物多元醇和 脂族多元醇制得的聚氨酯泡沫材料，所述多元醇组分含有聚合物多元醇(PMPO)、植物油羟基 化物和脂族多元醇、以及任选的非植物油基多元醇。所述植物油羟基化物是环境友好的生物 基多元醇。包括少量聚合物多元醇会出乎意料地得到具有显著改善的撕裂强度的泡沫材料。 聚合物多元醇和脂族多元醇的组合可以提供改善的泡沫材料加工性能，同时又保持或增强泡 沫材料的撕裂强度。发明内容本发明的目的在于针对现有的聚氨酯泡沫材料存在的上述缺陷，提供一种具有较强的刚 性和强度，以及较高的抗冲击性能，用于生产玻纤增强的发泡聚氨酯泡沫材料的连续纤维不 需破碎，不需与聚氨酯的任一组分预先混合，而是直接在浸渍装置中与聚氨酯混合物混合浸 渍，浸渍后的物料经过一连续的发泡模具后，连续发泡成型的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料 及其制造方法。本发明所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料包括A组份、B组份和C组份。 A组份包括100份多元醇，3 10份发泡剂，1 3份催化剂，1.5 4份泡沫稳定剂，l 3份扩链剂，0 10份助剂。多元醇选自在本领域中用于制备聚氨酯或聚异氰脲酸酯泡沫材料的任何聚醚多元醇、聚 酯多元醇等中的至少一种，优选具有200 1000KOH/mg，尤其400 600KOH/mg的平均羟 值和具有2~8，尤其是2 6的羟基官能度的多元醇或多元醇的混合物。所述的发泡剂为氢氯氟烃类、氢氟经类以及烃类等中的一种。其中氢氯氟烃类选自1， l-二氯-l-氟代乙垸(141b)， l-氯-l， 2-二氯乙垸，l-氯-2， 2-二氯乙烷，l-氯-l， 1-二氯乙垸和 一氯二氟甲烷等中的一种；氢氟烃类选自l， 1， 1， 3， 3-五氟丙烷(HFC-245fa)， 1， 1， 1， 3， 3-五氟丁烷(HFC-365mfc)， 1， l-二氟乙烷，1， 1， 1， 2-四氟乙烷和1， 1， 2， 2-四氟乙 烷等中的一种；烃类选自链烷烃，链烯烃和环烷烃等中的一种，优选正丁烷，异丁烷，环戊 垸，正戊烷和异戊垸等中的至少一种。其中优选l， l-二氯-l-氟代乙垸(141b)，环戊烷，正戊 垸和异戊垸等。水或其它能够产生二氧化碳的释放物可作为辅助发泡剂一起使用。水作为辅 助发泡剂， 一般用量为0.5 2份/100份多元醇，并且水还可以作为唯一的发泡剂而不需要其 它物理发泡剂。所述的催化剂为有机金属催化剂、叔胺类催化剂或胺类催化剂与锡类催化剂的复配催化 剂；有机金属催化剂主要为锡类催化剂，锡类催化剂优选辛酸亚锡，二月桂酸二丁基锡；叔 胺类催化剂优选三乙烯二胺，N,N'-二甲基环己胺，双-(2-二甲氨基乙基)醚，三乙醇胺等中 的一种或者两种。所述的扩链剂通常为小分子物质，其分子中含有可与异氰酸酯反应的活泼氢。通常扩链 剂的分子量在500以下，并且分子中活泼氢的数目在2 12之间，优选3 6。可以采用小分 子多元醇如丙三醇，三羟甲基丙烷，季戊四醇等；小分子多元胺如乙二胺，二乙烯三胺，三 乙烯四胺等。所述的泡沫稳定剂是本领域中所用的有机硅泡沫稳定剂，优选B8465, B8418, NIAX L-5340， NIAXL隱5420等。所述的助剂选自阻燃剂，填料等。阻燃剂选自已知的三(2-氯丙基)磷酸酯，三(2-氯乙丙基)磷酸酯，氢氧化铝等含磷， 卤素，氮，铝，硼，锑元素的有机阻燃剂/无机阻燃剂。填料选自碳酸钙，硫酸钡，滑石粉等可以改善泡沫材料物理性能的化合物。 B组分为多异氰酸酯，适合用于本发明的多异氰酸酯包括本领域中用以制造聚氨酯或改 性的聚异氰脲酸酯泡沫材料中的多异氰酸酯的任何一种，所述的多异氰酸酯尤其是二苯基甲 烷二异氰酸酯(MDI)，以及具有大于2的官能度的聚合的多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI，又称粗MDI或聚合MDI)，也可采用2， 4-甲苯二异氰酸酯(2， 4-TDI)和2， 6-甲苯二异氰酸 酯(2， 6-TDI)或2， 4-， 2， 6-异构体共混物，或其与MDI的共混物。可以使用的其它多异氰 酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯等。按质量比，所述的A组分B组分为1 : (1.2 1.5)。所述的C组分为纤维材料，可以选自玻璃纤维、有机纤维、植物纤维和碳纤维等纤维材 料中的至少一种，本发明从性价比出发，优选无碱玻璃纤维。按质量百分比，C组分为A组 分的20% 80%(通过调节设备牵引速度及纤维束数量控制C组分在材料中的比例)。本发明所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料的制造方法包括以下步骤1) 将A组分中的各原料混合均匀；2) 反应参数调整根据制品及设备规格调整反应参数，反应参数包括A组分与B组分 的配比，以及混合时间、乳白时间、凝胶时间和不沾时间。3) 将A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中；将A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中后最好分别搅拌20 40min，并控制料温 在19 30。C范围内。4) 纤维通过浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料混合浸渍，浸渍后的物料进入一连 续的发泡模具进行发泡、固化、冷却、脱模后由牵引机牵出，经切割机加工成一定尺寸规格 的成品。所述的乳白时间可为50 120s，凝胶时间可为125 240s，不沾时间可为165 300s。 所述的浸渍的温度为19 30°C，发泡的温度为40 5(TC。本发明由于采用连续纤维(尤其是玻璃纤维)增强聚氨酯泡沫材料，纤维在材料基体中 不仅是连续的，而且大致是沿轴心方向的。在其长度方向上，纤维能充分发挥高强高模特性， 从而大幅度提高了材料的抗冲击性能和刚性。用本发明所述的方法生产的聚氨酯泡沬材料不 仅比强度高，变形性小，绝热与隔音性能优良，而且具有良好的锯、钻、钉、包U、粘等加工 性能。
具体实施方式
以下实施例中所有的组分或原料均按质量比计算，本发明不受实施例的限制。实施例1具体组分如下A组分聚醚多元醇IOO，硅油泡沫稳定剂(B8465) 2，三乙烯二胺1.2， 二月桂酸二丁 基锡0.3，戊烷3， 7X0.3，扩链剂(乙二胺)1;B组分:多异氰酸酯(PM200) 150; C组分连续无碱玻璃纤维纱；如有特殊要求，可以加入总量不大于IO份的阻燃剂和填料等。 具体的生产工艺包括如下步骤1) 按上述配比将A组分中的各原料混合均匀。2) 取上述B组分备用。3) 反应参数调整按制品及设备规格调整A、 B组分比例，以及混合时间，乳白时间，凝胶时间，不沾时间。其中乳白时间为100 120s，凝胶时间为220 240s，不沾时间为280 300s。4) 将调整好的A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中，分别搅拌30min，控制料 温在23'C范围内。5) 玻纤通过浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料混合浸渍。浸渍后的物料进入一连 续的发泡模具进行发泡、固化、冷却、脱模后由牵引机牵出，经切割机加工成一定尺寸规格 的成品。浸渍的温度为19 25°C，发泡的温度为48 50。C。此例所得制品的表观密度为0.8g/cm、抗弯强度^140MPa，压縮强度^62Mpa。实施例2具体组分如下A组分聚酯多元醇IOO，硅油泡沫稳定剂(NIAX L-5340) 4，三乙烯二胺1.2， N,N、-二甲基环己胺1.5， HCFC-141b6，扩链剂(乙二胺)2; B组分多异氰酸酯(PM200/TDI-80=70:30) 120;C组分连续无碱玻璃纤维纱；如有特殊要求，可以加入总量不大于io份的阻燃剂和填料等。具体的生产工艺包括如下步骤1) 按上述配比将A组分中的各原料混合均匀。2) 取上述B组分备用。3) 反应参数调整按制品及设备规格调整A、 B组分比例，以及混合时间，乳白时间， 凝胶时间，不沾时间。其中乳白时间为100 110s，凝胶时间为200 210s，不沾时间为250 260s。4) 将调整好的A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中，分别搅拌30min，控制料 温在28'C范围内。5)玻纤通过浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料混合浸渍。浸渍后的物料进入一连 续的发泡模具进行发泡、固化、冷却、脱模后由牵引机牵出，经切割机加工成一定尺寸规格 的成品。浸渍的温度为25 30'C，发泡的温度为46 49。C。此例所得制品的表观密度为0.75g/ci^，抗弯强度^132MPa，压縮强度^58Mpa实施例3具体组分如下A组分聚醚多元醇100，硅油泡沫稳定剂(B8465) 0.5，三乙烯二胺1.2，辛酸亚锡0.5， HCFC-141b8，水l，扩链剂(丙三醇)3; B组分多异氰酸酯(PM200) 130;C组分连续无碱玻璃纤维纱；如有特殊要求，可以加入总量不大于io份的阻燃剂和填料等。具体的生产工艺包括如下步骤1) 按上述配比将A组分中的各原料混合均匀。2) 取上述B组分备用。3) 反应参数调整按制品及设备规格调整A、 B组分比例，以及混合时间，乳白时间， 凝胶时间，不沾时间。其中乳白时间为80 100s，凝胶时间为180 200s，不沾时间为230 250s。4) 将调整好的A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中，分别搅拌30min，控制料 温在3(TC范围内。5) 玻纤通过浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料混合浸渍。浸渍后的物料进入一连 续的发泡模具进行发泡、固化、冷却、脱模后由牵引机牵出，经切割机加工成一定尺寸规格 的成品。浸渍的温度为25 30。C，发泡的温度为45 47。C。此例所得制品的表观密度为0.7g/cm 抗弯强度^125MPa，压缩强度^52Mpa。实施例4具体组分如下A组分聚醚多元醇IOO，硅油泡沫稳定剂(B8418) 1.5，=乙烯二胺1.0， 二月桂酸二 丁基锡0.5， HCFC-141b10， 7K0.5，扩链剂(乙二胺)2.5; B组分多异氰酸酯(44v20) 120;C组分连续无碱玻璃纤维纱；如有特殊要求，可以加入总量不大于io份的阻燃剂和填料等。具体的生产工艺包括如下步骤-1) 按上述配比将A组分中的各原料混合均匀。2) 取上述B组分备用。3) 反应参数调整按制品及设备规格调整A、 B组分比例，以及混合时间，乳白时间， 凝胶时间，不沾时间。其中乳白时间为70 90s，凝胶时间为160 185s，不沾时间为200 220s。4) 将调整好的A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中，分别搅拌30min，控制料 温在19'C范围内。5) 玻纤通过浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料混合浸渍。浸渍后的物料进入一连 续的发泡模具迸行发泡、固化、冷却、脱模后由牵引机牵出，经切割机加工成一定尺寸规格 的成品。浸渍的温度为19 25°C，发泡的温度为40 45'C。此例所得制品的表观密度为0.65g/cm 抗弯强度2l00MPa，压縮强度^40Mpa。 实施例5具体组分如下A组分聚酯多元醇100，硅油泡沫稳定剂(B8465) 3，三乙烯二胺1.0， N,N'-二甲基 环己胺2.0，环戊垸6，水1.5，扩链剂(乙二胺)2; B组分多异氰酸酯(44V20/TDI-65=90:10) 120;C组分连续无碱玻璃纤维纱；如有特殊要求，可以加入总量不大于IO份的阻燃剂和填料等。 具体的生产工艺包括如下步骤1) 按上述配比将A组分中的各原料混合均匀。2) 取上述B组分备用。3) 反应参数调整按制品及设备规格调整A、 B组分比例，以及混合时间，乳白时间， 凝胶时间，不沾时间。其中乳白时间为60 85s，凝胶时间为155 175s，不沾时间为180 195s。4) 将调整好的A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中，分别搅拌30min，控制料 温在25"C范围内。5) 玻纤通过浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料混合浸渍。浸渍后的物料进入一连 续的发泡模具进行发泡、固化、冷却、脱模后由牵引机牵出，经切割机加工成一定尺寸规格 的成品。浸渍的温度为20 24。C，发泡的温度为40 45。C。此例所得制品的表观密度为0.5g/cmS，抗弯强度^70MPa，压縮强度^25Mpa。实施例6具体组分如下A组分聚醚多元醇IOO，硅油泡沫稳定剂(NIAXL-5420) 3，三乙烯二胺1.2，双-(2-二甲氨基乙基)醚l， HCFC-141b5，水1.2，扩链剂(季戊四醇)1; B组分多异氰酸酯(PM200) 120;C组分连续无碱玻璃纤维纱；如有特殊要求，可以加入总量不大于io份的阻燃剂和填料等。具体的生产工艺包括如下步骤1) 按上述配比将A组分中的各原料混合均匀。2) 取上述B组分备用。3) 反应参数调整按制品及设备规格调整A、 B组分比例，以及混合时间，乳白时间， 凝胶时间，不沾时间。其中乳白时间为50 68s，凝胶时间为125 140s，不沾时间为165 185s。4) 将调整好的A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中，分别搅拌30min，控制料 温在25'C范围内。5) 玻纤通过浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料混合浸渍。浸渍后的物料进入一连 续的发泡模具进行发泡、固化、冷却、脱模后由牵引机牵出，经切割机加工成一定尺寸规格 的成品。浸渍的温度为25 3(TC，发泡的温度为48 50'C。此例所得制品的表观密度为0.4g/cmS,抗弯强度^30MPa，压縮强度^17Mpa。
权利要求
1.连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，其特征在于包括A组份、B组份和C组份；A组份包括100份多元醇，3～10份发泡剂，1～3份催化剂，1.5～4份泡沫稳定剂，1～3份扩链剂，0～10份助剂；B组分为多异氰酸酯；C组分为纤维材料；按质量比，A组分∶B组分为1∶1.2～1.5；按质量百分比，C组分为A组分的20％～80％。
2. 如权利要求1所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，其特征在于多元醇选自聚醚多元 醇、聚酯多元醇中的至少一种；或选自具有200 1000KOH/mg的平均羟值和具有2 8的羟 基官能度的多元醇或多元醇的混合物。
3. 如权利要求1所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的发泡剂为氢氯 氟烃类、氢氟烃类、烃类中的一种；氢氯氟烃类选自1， l-二氯-l-氟代乙烷(141b)， l-氯-l， 2-二氯乙垸，l-氯-2， 2-二氯乙垸，l-氯-l， l-二氯乙垸和一氯二氟甲垸中的一种；氢氟烃类 选自1， 1, 1， 3， 3-五氟丙烷(HFC-245fa)， 1， 1, 1， 3， 3-五氟丁烷(HFC-365mfc)， 1， l-二氟乙烷，1， 1， 1， 2-四氟乙烷和1， 1， 2， 2-四氟乙烷中的一种；烃类选自链烷烃，链 烯烃和环烷烃中的一种。
4. 如权利要求1所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的催化剂为有机 金属催化剂、叔胺类催化剂或胺类催化剂与锡类催化剂的复配催化剂。
5. 如权利要求1所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的扩链剂为小分 子多元醇或小分子多元胺，小分子多元醇选自丙三醇，三羟甲基丙烷或季戊四醇；小分子多 元胺选自乙二胺，二乙烯三胺或三乙烯四胺。
6. 如权利要求1所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的泡沫稳定剂为 有机硅泡沫稳定剂，选自B8465， B8418, MAX L-5340或NIAX L-5420。
7. 如权利要求1所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的助剂选自阻燃 剂，填料，阻燃剂选自三(2-氯丙基)磷酸酯，三(2-氯乙丙基)磷酸酯或氢氧化铝含磷， 卤素，氮，铝，硼，锑元素的有机阻燃剂/无机阻燃剂；填料选自碳酸钙，硫酸钡，滑石粉中 的至少一种。
8. 如权利要求1所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料，其特征在于多异氰酸酯选自用于 制造聚氨酯或改性的聚异氰脲酸酯泡沫材料中的多异氰酸酯的任何一种，或选自二苯基甲烷 二异氰酸酯(MDI)，以及具有大于2的官能度的聚合的多亚甲基多苯基多异氰酸酯，2， 4-甲苯二异氰酸酯(2， 4-TDI)和2， 6-甲苯二异氰酸酯(2， 6-TDI)或2， 4-， 2， 6-异构体共混物，或其与MDI的共混物，异佛尔酮二异氰酸酯。
9. 如权利要求1所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于包括以下 步骤1) 将A组分中的各原料混合均匀；2) 反应参数调整根据制品及设备规格调整反应参数，反应参数包括A组分与B组分 的配比，以及混合时间、乳白时间、凝胶时间和不沾时间J3) 将A组分装入A料罐中，B组分装入B料罐中；4) 纤维通过浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料混合浸渍，浸渍后的物料进入一连续的发泡模具进行发泡、固化、冷却、脱模后由牵引机牵出，经切割机加工成一定尺寸规格 的成品。
10. 如权利要求9所述的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征在于所述的 乳白时间为50 120s，凝胶时间为125 240s，不沾时间为165 300s;料罐中的料温为19 30°C;所述的浸渍的温度为19 3(TC，发泡的温度为40 5(TC。
全文摘要
连续纤维增强聚氨酯泡沫材料及其制造方法，涉及一种聚氨酯泡沫材料。提供一种具有较强刚性和强度，较高抗冲击性能，用于生产玻纤增强的发泡聚氨酯泡沫材料的连续纤维不需破碎，不需与聚氨酯的任一组分预先混合，而是直接在浸渍装置中与聚氨酯混合物混合浸渍，浸渍后的物料经连续发泡成型的连续纤维增强聚氨酯泡沫材料及其制造方法。含A、B和C组份。A包括多元醇、发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、扩链剂和助剂；B为多异氰酸酯；C为纤维材料。将A的各原料混合装入A罐，B装入B罐；纤维经浸渍台装置与由高速浇注头排出的混合料浸渍，浸渍后的物料进入连续发泡模具发泡固化、冷却脱模后牵出，经切割加工即得。
文档编号C08G18/00GK101235128SQ200710144139
公开日2008年8月6日 申请日期2007年12月28日 优先权日2007年12月28日
发明者洪国莹, 胡小健, 苏文渐 申请人:厦门高特高新材料有限公司