連續纖維增強聚氨酯泡沫材料及其制造方法

專利名稱：連續纖維增強聚氨酯泡沫材料及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種聚氨酯泡沫材料，尤其是涉及一種由連續纖維增強的聚氨酯泡沫材料及 其制造方法。
技術背景聚氨酯泡沫材料具有密度小、重量輕、隔熱與隔音效果好等優點。但作為承載結構材料 應用中的聚氨酯泡沫，除了具有上述優點以外，還要求有優良的強度、模量和尺寸穩定性。 與其它材料相比，聚氨酯泡沫的彎曲強度和沖擊強度等技術指標不能滿足使用要求，因而限 制了它的廣泛使用。為彌補這一缺陷，采用添加增強劑的手段來提高它的強度。近年來研究 報道的增強劑可分為兩種 一種是粒子，包括玻璃微珠，二氧化硅粒子，碳酸轉和石墨等； 一種是纖維，包括玻璃纖維，有機纖維，植物纖維，以及碳纖維，金屬纖維等。在聚氨酯泡 沫塑料中加入各種增強性的填料制造復合材料， 一方面降低了成本，另一方面提高了材料的 力學性能。公開號為CN1858082的中國發明專利申請提供一種由植物油羥基化物、聚合物多元醇和 脂族多元醇制得的聚氨酯泡沫材料，所述多元醇組分含有聚合物多元醇(PMPO)、植物油羥基 化物和脂族多元醇、以及任選的非植物油基多元醇。所述植物油羥基化物是環境友好的生物 基多元醇。包括少量聚合物多元醇會出乎意料地得到具有顯著改善的撕裂強度的泡沫材料。 聚合物多元醇和脂族多元醇的組合可以提供改善的泡沫材料加工性能，同時又保持或增強泡 沫材料的撕裂強度。發明內容本發明的目的在于針對現有的聚氨酯泡沫材料存在的上述缺陷，提供一種具有較強的剛 性和強度，以及較高的抗沖擊性能，用于生產玻纖增強的發泡聚氨酯泡沫材料的連續纖維不 需破碎，不需與聚氨酯的任一組分預先混合，而是直接在浸漬裝置中與聚氨酯混合物混合浸 漬，浸漬后的物料經過一連續的發泡模具后，連續發泡成型的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料 及其制造方法。本發明所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料包括A組份、B組份和C組份。 A組份包括100份多元醇，3 10份發泡劑，1 3份催化劑，1.5 4份泡沫穩定劑，l 3份擴鏈劑，0 10份助劑。多元醇選自在本領域中用于制備聚氨酯或聚異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種，優選具有200 1000KOH/mg，尤其400 600KOH/mg的平均羥 值和具有2~8，尤其是2 6的羥基官能度的多元醇或多元醇的混合物。所述的發泡劑為氫氯氟烴類、氫氟經類以及烴類等中的一種。其中氫氯氟烴類選自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種；氫氟烴類選自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 烷等中的一種；烴類選自鏈烷烴，鏈烯烴和環烷烴等中的一種，優選正丁烷，異丁烷，環戊 垸，正戊烷和異戊垸等中的至少一種。其中優選l， l-二氯-l-氟代乙垸(141b)，環戊烷，正戊 垸和異戊垸等。水或其它能夠產生二氧化碳的釋放物可作為輔助發泡劑一起使用。水作為輔 助發泡劑， 一般用量為0.5 2份/100份多元醇，并且水還可以作為唯一的發泡劑而不需要其 它物理發泡劑。所述的催化劑為有機金屬催化劑、叔胺類催化劑或胺類催化劑與錫類催化劑的復配催化 劑；有機金屬催化劑主要為錫類催化劑，錫類催化劑優選辛酸亞錫，二月桂酸二丁基錫；叔 胺類催化劑優選三乙烯二胺，N,N'-二甲基環己胺，雙-(2-二甲氨基乙基)醚，三乙醇胺等中 的一種或者兩種。所述的擴鏈劑通常為小分子物質，其分子中含有可與異氰酸酯反應的活潑氫。通常擴鏈 劑的分子量在500以下，并且分子中活潑氫的數目在2 12之間，優選3 6。可以采用小分 子多元醇如丙三醇，三羥甲基丙烷，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。所述的泡沫穩定劑是本領域中所用的有機硅泡沫穩定劑，優選B8465, B8418, NIAX L-5340， NIAXL隱5420等。所述的助劑選自阻燃劑，填料等。阻燃劑選自已知的三(2-氯丙基)磷酸酯，三(2-氯乙丙基)磷酸酯，氫氧化鋁等含磷， 鹵素，氮，鋁，硼，銻元素的有機阻燃劑/無機阻燃劑。填料選自碳酸鈣，硫酸鋇，滑石粉等可以改善泡沫材料物理性能的化合物。 B組分為多異氰酸酯，適合用于本發明的多異氰酸酯包括本領域中用以制造聚氨酯或改 性的聚異氰脲酸酯泡沫材料中的多異氰酸酯的任何一種，所述的多異氰酸酯尤其是二苯基甲 烷二異氰酸酯(MDI)，以及具有大于2的官能度的聚合的多亞甲基多苯基多異氰酸酯(PAPI，又稱粗MDI或聚合MDI)，也可采用2， 4-甲苯二異氰酸酯(2， 4-TDI)和2， 6-甲苯二異氰酸 酯(2， 6-TDI)或2， 4-， 2， 6-異構體共混物，或其與MDI的共混物。可以使用的其它多異氰 酸酯包括異佛爾酮二異氰酸酯等。按質量比，所述的A組分B組分為1 : (1.2 1.5)。所述的C組分為纖維材料，可以選自玻璃纖維、有機纖維、植物纖維和碳纖維等纖維材 料中的至少一種，本發明從性價比出發，優選無堿玻璃纖維。按質量百分比，C組分為A組 分的20% 80%(通過調節設備牽引速度及纖維束數量控制C組分在材料中的比例)。本發明所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料的制造方法包括以下步驟1) 將A組分中的各原料混合均勻；2) 反應參數調整根據制品及設備規格調整反應參數，反應參數包括A組分與B組分 的配比，以及混合時間、乳白時間、凝膠時間和不沾時間。3) 將A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中；將A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中后最好分別攪拌20 40min，并控制料溫 在19 30。C范圍內。4) 纖維通過浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料混合浸漬，浸漬后的物料進入一連 續的發泡模具進行發泡、固化、冷卻、脫模后由牽引機牽出，經切割機加工成一定尺寸規格 的成品。所述的乳白時間可為50 120s，凝膠時間可為125 240s，不沾時間可為165 300s。 所述的浸漬的溫度為19 30°C，發泡的溫度為40 5(TC。本發明由于采用連續纖維(尤其是玻璃纖維)增強聚氨酯泡沫材料，纖維在材料基體中 不僅是連續的，而且大致是沿軸心方向的。在其長度方向上，纖維能充分發揮高強高模特性， 從而大幅度提高了材料的抗沖擊性能和剛性。用本發明所述的方法生產的聚氨酯泡沬材料不 僅比強度高，變形性小，絕熱與隔音性能優良，而且具有良好的鋸、鉆、釘、包U、粘等加工 性能。
具體實施方式
以下實施例中所有的組分或原料均按質量比計算，本發明不受實施例的限制。實施例1具體組分如下A組分聚醚多元醇IOO，硅油泡沫穩定劑(B8465) 2，三乙烯二胺1.2， 二月桂酸二丁 基錫0.3，戊烷3， 7X0.3，擴鏈劑(乙二胺)1;B組分:多異氰酸酯(PM200) 150; C組分連續無堿玻璃纖維紗；如有特殊要求，可以加入總量不大于IO份的阻燃劑和填料等。 具體的生產工藝包括如下步驟1) 按上述配比將A組分中的各原料混合均勻。2) 取上述B組分備用。3) 反應參數調整按制品及設備規格調整A、 B組分比例，以及混合時間，乳白時間，凝膠時間，不沾時間。其中乳白時間為100 120s，凝膠時間為220 240s，不沾時間為280 300s。4) 將調整好的A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中，分別攪拌30min，控制料 溫在23'C范圍內。5) 玻纖通過浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料混合浸漬。浸漬后的物料進入一連 續的發泡模具進行發泡、固化、冷卻、脫模后由牽引機牽出，經切割機加工成一定尺寸規格 的成品。浸漬的溫度為19 25°C，發泡的溫度為48 50。C。此例所得制品的表觀密度為0.8g/cm、抗彎強度^140MPa，壓縮強度^62Mpa。實施例2具體組分如下A組分聚酯多元醇IOO，硅油泡沫穩定劑(NIAX L-5340) 4，三乙烯二胺1.2， N,N、-二甲基環己胺1.5， HCFC-141b6，擴鏈劑(乙二胺)2; B組分多異氰酸酯(PM200/TDI-80=70:30) 120;C組分連續無堿玻璃纖維紗；如有特殊要求，可以加入總量不大于io份的阻燃劑和填料等。具體的生產工藝包括如下步驟1) 按上述配比將A組分中的各原料混合均勻。2) 取上述B組分備用。3) 反應參數調整按制品及設備規格調整A、 B組分比例，以及混合時間，乳白時間， 凝膠時間，不沾時間。其中乳白時間為100 110s，凝膠時間為200 210s，不沾時間為250 260s。4) 將調整好的A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中，分別攪拌30min，控制料 溫在28'C范圍內。5)玻纖通過浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料混合浸漬。浸漬后的物料進入一連 續的發泡模具進行發泡、固化、冷卻、脫模后由牽引機牽出，經切割機加工成一定尺寸規格 的成品。浸漬的溫度為25 30'C，發泡的溫度為46 49。C。此例所得制品的表觀密度為0.75g/ci^，抗彎強度^132MPa，壓縮強度^58Mpa實施例3具體組分如下A組分聚醚多元醇100，硅油泡沫穩定劑(B8465) 0.5，三乙烯二胺1.2，辛酸亞錫0.5， HCFC-141b8，水l，擴鏈劑(丙三醇)3; B組分多異氰酸酯(PM200) 130;C組分連續無堿玻璃纖維紗；如有特殊要求，可以加入總量不大于io份的阻燃劑和填料等。具體的生產工藝包括如下步驟1) 按上述配比將A組分中的各原料混合均勻。2) 取上述B組分備用。3) 反應參數調整按制品及設備規格調整A、 B組分比例，以及混合時間，乳白時間， 凝膠時間，不沾時間。其中乳白時間為80 100s，凝膠時間為180 200s，不沾時間為230 250s。4) 將調整好的A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中，分別攪拌30min，控制料 溫在3(TC范圍內。5) 玻纖通過浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料混合浸漬。浸漬后的物料進入一連 續的發泡模具進行發泡、固化、冷卻、脫模后由牽引機牽出，經切割機加工成一定尺寸規格 的成品。浸漬的溫度為25 30。C，發泡的溫度為45 47。C。此例所得制品的表觀密度為0.7g/cm 抗彎強度^125MPa，壓縮強度^52Mpa。實施例4具體組分如下A組分聚醚多元醇IOO，硅油泡沫穩定劑(B8418) 1.5，=乙烯二胺1.0， 二月桂酸二 丁基錫0.5， HCFC-141b10， 7K0.5，擴鏈劑(乙二胺)2.5; B組分多異氰酸酯(44v20) 120;C組分連續無堿玻璃纖維紗；如有特殊要求，可以加入總量不大于io份的阻燃劑和填料等。具體的生產工藝包括如下步驟-1) 按上述配比將A組分中的各原料混合均勻。2) 取上述B組分備用。3) 反應參數調整按制品及設備規格調整A、 B組分比例，以及混合時間，乳白時間， 凝膠時間，不沾時間。其中乳白時間為70 90s，凝膠時間為160 185s，不沾時間為200 220s。4) 將調整好的A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中，分別攪拌30min，控制料 溫在19'C范圍內。5) 玻纖通過浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料混合浸漬。浸漬后的物料進入一連 續的發泡模具迸行發泡、固化、冷卻、脫模后由牽引機牽出，經切割機加工成一定尺寸規格 的成品。浸漬的溫度為19 25°C，發泡的溫度為40 45'C。此例所得制品的表觀密度為0.65g/cm 抗彎強度2l00MPa，壓縮強度^40Mpa。 實施例5具體組分如下A組分聚酯多元醇100，硅油泡沫穩定劑(B8465) 3，三乙烯二胺1.0， N,N'-二甲基 環己胺2.0，環戊垸6，水1.5，擴鏈劑(乙二胺)2; B組分多異氰酸酯(44V20/TDI-65=90:10) 120;C組分連續無堿玻璃纖維紗；如有特殊要求，可以加入總量不大于IO份的阻燃劑和填料等。 具體的生產工藝包括如下步驟1) 按上述配比將A組分中的各原料混合均勻。2) 取上述B組分備用。3) 反應參數調整按制品及設備規格調整A、 B組分比例，以及混合時間，乳白時間， 凝膠時間，不沾時間。其中乳白時間為60 85s，凝膠時間為155 175s，不沾時間為180 195s。4) 將調整好的A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中，分別攪拌30min，控制料 溫在25"C范圍內。5) 玻纖通過浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料混合浸漬。浸漬后的物料進入一連 續的發泡模具進行發泡、固化、冷卻、脫模后由牽引機牽出，經切割機加工成一定尺寸規格 的成品。浸漬的溫度為20 24。C，發泡的溫度為40 45。C。此例所得制品的表觀密度為0.5g/cmS，抗彎強度^70MPa，壓縮強度^25Mpa。實施例6具體組分如下A組分聚醚多元醇IOO，硅油泡沫穩定劑(NIAXL-5420) 3，三乙烯二胺1.2，雙-(2-二甲氨基乙基)醚l， HCFC-141b5，水1.2，擴鏈劑(季戊四醇)1; B組分多異氰酸酯(PM200) 120;C組分連續無堿玻璃纖維紗；如有特殊要求，可以加入總量不大于io份的阻燃劑和填料等。具體的生產工藝包括如下步驟1) 按上述配比將A組分中的各原料混合均勻。2) 取上述B組分備用。3) 反應參數調整按制品及設備規格調整A、 B組分比例，以及混合時間，乳白時間， 凝膠時間，不沾時間。其中乳白時間為50 68s，凝膠時間為125 140s，不沾時間為165 185s。4) 將調整好的A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中，分別攪拌30min，控制料 溫在25'C范圍內。5) 玻纖通過浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料混合浸漬。浸漬后的物料進入一連 續的發泡模具進行發泡、固化、冷卻、脫模后由牽引機牽出，經切割機加工成一定尺寸規格 的成品。浸漬的溫度為25 3(TC，發泡的溫度為48 50'C。此例所得制品的表觀密度為0.4g/cmS,抗彎強度^30MPa，壓縮強度^17Mpa。
權利要求
1.連續纖維增強聚氨酯泡沫材料，其特征在于包括A組份、B組份和C組份；A組份包括100份多元醇，3～10份發泡劑，1～3份催化劑，1.5～4份泡沫穩定劑，1～3份擴鏈劑，0～10份助劑；B組分為多異氰酸酯；C組分為纖維材料；按質量比，A組分∶B組分為1∶1.2～1.5；按質量百分比，C組分為A組分的20％～80％。
2. 如權利要求1所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料，其特征在于多元醇選自聚醚多元 醇、聚酯多元醇中的至少一種；或選自具有200 1000KOH/mg的平均羥值和具有2 8的羥 基官能度的多元醇或多元醇的混合物。
3. 如權利要求1所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的發泡劑為氫氯 氟烴類、氫氟烴類、烴類中的一種；氫氯氟烴類選自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種；氫氟烴類 選自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， 2-四氟乙烷中的一種；烴類選自鏈烷烴，鏈 烯烴和環烷烴中的一種。
4. 如權利要求1所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的催化劑為有機 金屬催化劑、叔胺類催化劑或胺類催化劑與錫類催化劑的復配催化劑。
5. 如權利要求1所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的擴鏈劑為小分 子多元醇或小分子多元胺，小分子多元醇選自丙三醇，三羥甲基丙烷或季戊四醇；小分子多 元胺選自乙二胺，二乙烯三胺或三乙烯四胺。
6. 如權利要求1所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的泡沫穩定劑為 有機硅泡沫穩定劑，選自B8465， B8418, MAX L-5340或NIAX L-5420。
7. 如權利要求1所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料，其特征在于所述的助劑選自阻燃 劑，填料，阻燃劑選自三(2-氯丙基)磷酸酯，三(2-氯乙丙基)磷酸酯或氫氧化鋁含磷， 鹵素，氮，鋁，硼，銻元素的有機阻燃劑/無機阻燃劑；填料選自碳酸鈣，硫酸鋇，滑石粉中 的至少一種。
8. 如權利要求1所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料，其特征在于多異氰酸酯選自用于 制造聚氨酯或改性的聚異氰脲酸酯泡沫材料中的多異氰酸酯的任何一種，或選自二苯基甲烷 二異氰酸酯(MDI)，以及具有大于2的官能度的聚合的多亞甲基多苯基多異氰酸酯，2， 4-甲苯二異氰酸酯(2， 4-TDI)和2， 6-甲苯二異氰酸酯(2， 6-TDI)或2， 4-， 2， 6-異構體共混物，或其與MDI的共混物，異佛爾酮二異氰酸酯。
9. 如權利要求1所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料的制備方法，其特征在于包括以下 步驟1) 將A組分中的各原料混合均勻；2) 反應參數調整根據制品及設備規格調整反應參數，反應參數包括A組分與B組分 的配比，以及混合時間、乳白時間、凝膠時間和不沾時間J3) 將A組分裝入A料罐中，B組分裝入B料罐中；4) 纖維通過浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料混合浸漬，浸漬后的物料進入一連續的發泡模具進行發泡、固化、冷卻、脫模后由牽引機牽出，經切割機加工成一定尺寸規格 的成品。
10. 如權利要求9所述的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料的制備方法，其特征在于所述的 乳白時間為50 120s，凝膠時間為125 240s，不沾時間為165 300s;料罐中的料溫為19 30°C;所述的浸漬的溫度為19 3(TC，發泡的溫度為40 5(TC。
全文摘要
連續纖維增強聚氨酯泡沫材料及其制造方法，涉及一種聚氨酯泡沫材料。提供一種具有較強剛性和強度，較高抗沖擊性能，用于生產玻纖增強的發泡聚氨酯泡沫材料的連續纖維不需破碎，不需與聚氨酯的任一組分預先混合，而是直接在浸漬裝置中與聚氨酯混合物混合浸漬，浸漬后的物料經連續發泡成型的連續纖維增強聚氨酯泡沫材料及其制造方法。含A、B和C組份。A包括多元醇、發泡劑、催化劑、泡沫穩定劑、擴鏈劑和助劑；B為多異氰酸酯；C為纖維材料。將A的各原料混合裝入A罐，B裝入B罐；纖維經浸漬臺裝置與由高速澆注頭排出的混合料浸漬，浸漬后的物料進入連續發泡模具發泡固化、冷卻脫模后牽出，經切割加工即得。
文檔編號C08G18/00GK101235128SQ200710144139
公開日2008年8月6日 申請日期2007年12月28日 優先權日2007年12月28日
發明者洪國瑩, 胡小健, 蘇文漸 申請人:廈門高特高新材料有限公司