一种聚氨酯复合材料的制备方法与流程

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种聚氨酯复合材料的制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯树脂作为复合材料基体，它不同于不饱和聚酯树脂，乙烯基酯树脂和环氧树，脂这些已经具有比较成熟和完善的制造复合材料工艺的常用树脂。

2、由于聚氨酯树脂反应活性较快，而复合材料成型工艺中树脂完全浸渍连续纤维织物时间较长，为了成功制备连续玻璃纤维方格布增强聚氨酯复合材料，应该选用适用期长，粘度合适，室温胶凝时间至少30min以上的聚氨酯基体。而复合材料制品要做到外形完整，外表和物性均匀，树脂原料必须具有良好的流动性。

3、除了异氰酸酯基团与多元醇的高反应活性严重制约了聚氨酯复合材料的发展，异氰酸酯基团与微量水分的高反应活性也影响了聚氨酯复合材料工艺的发展，而聚氨酯树脂完全浸渍连续玻璃纤维方格布是一个缓慢的过程，所需的时间与浸渍短切纤维、长纤维和玻璃毡相比也较长，长时间的浸渍过程更容易加剧异氰酸酯基团与水分的反应。正是因为以上的原因，到目前为止，国内外更多的是选用短切纤维、长纤维、连续毡等增强材料制备聚氨酯发泡或者不发泡复合材料，制造工艺包括rrim(增强反应注射成型)和srim(结构反应注射模塑)，高速喷射成型，模压成型，拉挤成型和缠绕成型。而国内外关于连续玻璃纤维方格布增强聚氨酯复合材料的工艺研究和性能介绍较为贫乏。但是，与短切纤维或长纤维增强复合材料不同,由于连续玻璃纤维方格布作为增强材料是连续的，其力学性能也远远高于短切纤维和长纤维增强聚氨酯复合材料。因此，未来发展连续纤维增强聚氨酯复合材料有着重要的工业应用意义。

4、真空灌注工艺的基本步骤为:

5、(1)设计并加工一个单面刚性模具，该单面刚性模具需要具有良好的气密性和刚度。

6、(2)准备模具和相关材料，包括清理模具和打蜡、裁剪增强材料和辅助材料、配制树脂固化体系等。

7、(3)铺设增强材料和辅助材料，铺层顺序自下而上依次为增强材料→脱模布→导流网→导流管。

8、(4)用设置有进胶管入口和抽气口的真空薄膜袋包覆，并用密封胶带将增强材料及辅助材料密封在真空薄膜袋内。

9、(5)开动真空泵抽真空并检查气密性，确认无空气泄漏后，保证模腔达到一定真空度(最佳值为-0.095mpa以上)。

10、(6)注入树脂，确保树脂在凝胶前充分浸润增强材料并充满整个模具，富余的树脂收集在抽气口与真空泵之间的树脂收集器中。

11、(7)固化成型，在树脂凝胶固化前仍需要维持真空度使真空薄膜袋压紧增强材料，以保证制品达到较高的纤维体积含量。

12、(8)脱模后处理，包括清理脱模布、导流网、真空薄膜袋等辅助材料并脱模修整等。

13、(9)得到制品。

14、真空灌注成型工艺作为完全闭模的成型工艺，它利用真空产生的负压力进行树脂的渗透、流动，实现树脂对纤维及其织物的浸渍，整个过程中不仅生产环境清洁、环保、高效，制品质量性能稳定，而且可以有效地阻止湿气和空气进入模具，防止异氰酸酯基团与水分反应产生气泡，同时，加入eo/po无规嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化合物fmee，使得体系中的形成气泡难以维持原本的形状而破裂，使得产品形成致密的结构，最后，利用四种扩链剂的相互配合进一步提升了水性聚氨酯材料的疏水性，同时强度、韧性没有降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种聚氨酯复合材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

4、(1)按重量份数计，取30-40份聚四氢呋喃醚二醇、20-30份聚己内酯二醇、80-100份异佛尔酮二异氰酸酯、0.02-0.03份催化剂、5-8份扩链剂a、5-8份扩链剂b、5-8份扩链剂c、5-8份扩链剂d和1-2份紫外线吸收剂、0.5-0.8份抗氧剂、3-5份eo/po无规嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化合物fmee；

5、(2)将聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇和异佛尔酮二异氰酸酯置于反应釜中，接着向反应釜中加入催化剂，于氮气氛围，温度为80-90℃，转速度为600-800r/min条件下，搅拌反应30-40min，随后加入扩链剂a，于温度为80-90℃，转速度为600-800r/min条件下，搅拌反应2-3h后，加入扩链剂b，于温度为80-90℃，转速度为600-800r/min条件下，搅拌反应1-2h，随后降温至50-60℃，反应1-2h，再加入扩链剂c，反应1-2h，接着加入扩链剂d，反应30-40min，接着加入三乙胺中和30-40min，最后加入紫外线吸收剂、抗氧剂、eo/po无规嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化合物fmee；于转速为600-800r/min条件下，搅拌混合40-60min，即得聚氨酯胶液；

6、(3)将300×300mm的无碱玻璃纤维方格布和包括脱模布、导流网、导流管、进胶管和真空薄膜袋在内的辅助材料都放入80℃的电热恒温鼓风干燥箱预热1小时除去水分后取出；

7、(4)按照真空灌注成型的工艺顺序铺设增强材料和辅助材料之后用真空薄膜袋密封，当真空度达到-0.095mpa后，开始注入已处理好的聚氨酯胶液；

8、(5)在室温条件下完全固化后再放入80℃的电热恒温鼓风干燥箱中后固化2小时，自然冷却后用切割机去毛边。

9、作为优选，步骤(1)催化剂为二月桂酸二丁基锡。

10、作为优选，步骤(1)扩链剂a是由2,2-二羟甲基丁酸与n-甲基吡咯烷酮按照体积比1:3-1:5混合制备而成。

11、作为优选，步骤(1)扩链剂b为1,4-丁二醇。

12、作为优选，步骤(1)扩链剂c为1,3-双羟甲基脲。

13、作为优选，步骤(1)扩链剂d为氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷。

14、作为优选，步骤(1)紫外线吸收剂为sumisorb110,sumisorbl30,sumisorb140,sumisorb220,sumisorb250,sumisorb300中的任意一种。

15、作为优选，步骤(1)抗氧剂为irganox1010、irganox1035、irganox1076、irganox1222中的任意一种。

16、综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：

17、(1)使用小分子2,2-二羟甲基丁酸和1,4丁二醇与1,3-双羟甲基脲配合，1,3-双羟甲基脲的特点是脲基位于分子内部，两端的活性羟基作为反应位点，在二醇与-nco的扩链反应不仅具有适当的反应速率以保证稳定的链扩展和随后的分散，而且易于与其他羟基扩链剂协同作用，分别用于不同的扩链反应，同时应用基于聚四亚甲基醚和聚己内酯二醇的混合多元醇作为大分子二醇，进一步提高耐水性和柔韧性，氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷作为第四步扩链反应的扩链剂，进一步提升了水性聚氨酯材料的疏水性，同时强度、韧性没有降低；

18、(2)通过加入eo/po无规嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化合物fmee，eo/po无规嵌段fmee具有良好的硬表面铺展性能,增加了树脂的流动性,在玻璃纤维表面不聚集,可以快速地铺展玻璃纤维表面，同时，乙氧基化后进一步丙氧基化,分子结构式中同时具有亲水乙氧基和亲油丙氧基,这种亲油亲水结构交错混合排列,使得体系中的形成气泡难以维持原本的形状而破裂，使得产品形成致密的结构，从而增强了体系的耐水性能和力学性能。