專利名稱：一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合板材，特別是涉及一種增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材。
背景技術(shù)：
聚氨酯泡沫塑料的主要特征是具有多孔性，相對密度小，比強(qiáng)度高。聚氨酯泡沫塑料具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能、聲學(xué)性能、電學(xué)性能和耐化學(xué)性能。尤其是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的熱導(dǎo)率特別低，是一種優(yōu)質(zhì)的絕熱保溫保冷材料；此外還具有良好的加工性能和成型性。但是聚氨酯硬質(zhì)泡沫作為承載結(jié)構(gòu)材料使用時還要求有更優(yōu)異的強(qiáng)度、模量以及尺寸穩(wěn)定性，增強(qiáng)聚氨酯硬質(zhì)泡沫彌補(bǔ)了這個缺陷。目前常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維、碳纖維、 有機(jī)纖維、玻璃微珠、二氧化硅、碳酸鈣等。玻璃微珠、二氧化硅、碳酸鈣等無機(jī)粒子填充聚氨酯硬泡，使其壓縮強(qiáng)度、彈性模量提高，但拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度可能降低。碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量很高，無蠕變，耐疲勞性好，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，但是價(jià)格昂貴。玻璃纖維具有較高的強(qiáng)度和彈性模量，作為一種低價(jià)高效的增強(qiáng)材料受到人們的親賴。通常加入少量短切玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯硬泡可以獲得3-5倍強(qiáng)度和模量的提高，但其作為承載結(jié)構(gòu)材料的使用范圍仍然非常有限。長玻利纖維單向增強(qiáng)聚氨酯硬質(zhì)泡沫具有與天然木材相似的結(jié)構(gòu)，隨著玻璃纖維含量的增加，強(qiáng)度與模量以及尺寸穩(wěn)定性有極大提高，可以作為建筑裝飾材料、交通設(shè)施代替木材。但是長玻纖只提供了聚氨酯硬泡軸向強(qiáng)度，其橫向強(qiáng)度及層間剝離強(qiáng)度仍然較低，限制了更廣泛的應(yīng)用。例如使用合成軌枕替代鋼筋混凝土軌枕，在螺栓與扣件的安裝上對軌枕材料要求有一定橫向強(qiáng)度。另外，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、醫(yī)療器械、壓力容器等用途方面，玻纖增強(qiáng)聚氨酯硬泡不能完全勝任。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本實(shí)用新型提出了一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，具有更高的強(qiáng)度、模量以及某些特殊性能，可作為高端產(chǎn)品使用在航空航天、醫(yī)療器械上。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其外形為長方體，縱向截面為矩形，產(chǎn)品的寬度為50-250mm，厚度為 10-180mm，長度至少0. 5m ；防老化涂層包裹于最外層，厚度為1 5mm ；聚氨酯硬質(zhì)泡沫為基體；經(jīng)過有機(jī)化處理的玻璃纖維布和長玻璃纖維與經(jīng)過等離子活化處理的長碳纖維束和碳纖維布為增強(qiáng)體，采用有機(jī)化和等離子活化處理的目的是為了使玻璃纖維和碳纖維能夠很好地浸潤于樹脂，從而提高強(qiáng)度和模量；玻璃纖維布和碳纖維布沿復(fù)合板材長度方向呈層狀結(jié)構(gòu)交替均勻分布在基體中，長玻璃纖維和長碳纖維束沿復(fù)合板材長度方向均勻分布在每層玻璃纖維布和碳纖維布之間的基體中。進(jìn)一步，如上述所述的組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其中，玻璃纖維布為厚度0. 15 0. 2mm的平紋布，紗號經(jīng)向緯向50 100tex，300 400g/m2。[0006]進(jìn)一步，如上述所述的組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其中，碳纖維布為厚度0. 1 0. 2mm的平紋布，紗號經(jīng)向緯向50 lOOtex，100 200g/m2。進(jìn)一步，如上述所述的組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其中，長玻璃纖維的規(guī)格為300 4800tex。進(jìn)一步，如上述所述的組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其中，長碳纖維束的規(guī)格為60 1600tex。本實(shí)用新型具有以下有益效果1.本相對未增強(qiáng)的聚氨酯硬泡，本實(shí)用新型具有強(qiáng)度高、剛性好、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。2.本實(shí)用新型屬于連續(xù)纖維和纖維布組合交叉結(jié)構(gòu)，既擁有連續(xù)纖維提供的軸向強(qiáng)度，又具纖維布和短切玻纖提供的必要的橫向強(qiáng)度，可以滿足某些場合對產(chǎn)品橫向強(qiáng)度的要求。3.本實(shí)用新型可以通過調(diào)節(jié)玻璃纖維/碳纖維、長纖維絲/纖維布的組成來滿足對其性能、功能的不同需求。4.本實(shí)用新型的最外層是防老化阻燃涂層，該涂層可以有效降低紫外線對軌枕的老化作用，防止因長年暴露在自然環(huán)境下導(dǎo)致性能變差，并具有阻燃、防滑性能。

圖1為本實(shí)用新型的外型及橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖圖中1-防老化涂層，2-碳纖維布，3-聚氨酯硬質(zhì)泡沫，4-玻璃纖維布，5-長碳纖維束，6-長玻璃纖維，7-短切玻璃纖維。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，外形為長方體，縱向截面為矩形，產(chǎn)品的寬度為100mm，厚度為20mm，長度為0. 5m。該符合板材是將聚氨酯硬質(zhì)泡沫3和短切玻璃纖維7混合而成的基體澆注在由玻璃纖維布4、長玻璃纖維6、長碳纖維束5和碳纖維布2構(gòu)成的增強(qiáng)體上并發(fā)泡固化成長方體形，成型后在長方體表面涂一層2mm 厚的二氧化硅填充聚氨酯防老化涂料。該組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材實(shí)施例的基體為50重量份的聚氨酯硬質(zhì)泡沫3與2重量份0. 5mm的短切玻璃纖維7混合而成。增強(qiáng)體為經(jīng)過有機(jī)化處理的玻璃纖維布4和長玻璃纖維6與經(jīng)過等離子活化處理的長碳纖維束5和碳纖維布2構(gòu)成，其中所用的玻璃纖維布4和長玻璃纖維6用γ -氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)作為浸潤劑進(jìn)行有機(jī)化處理，所用的長碳纖維束5和碳纖維布2置于密閉真空玻璃瓶中，在MOW和5分鐘的條件下進(jìn)行等離子處理，以改善碳纖維和樹脂的浸潤性；40 層0. 15mm、紗號經(jīng)向緯向75tex、面密度為150g/m2的碳纖維布2和40層厚度為0. 17mm、紗號經(jīng)向緯向67tex、面密度為350g/m2的玻璃纖維布4沿復(fù)合板材長度方向呈層狀結(jié)構(gòu)交替均勻分布在基體中，1360根2400tex的長玻璃纖維6和2500根1200tex的長碳纖維束5均勻分布在增強(qiáng)體中。將上述實(shí)施例制備的組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材進(jìn)行材料彎曲、壓縮和剪切實(shí)驗(yàn)，其中彎曲實(shí)驗(yàn)的樣品包括橫向樣品(纖維或纖維布方向垂直于樣品長度方向)和縱向樣品(纖維或纖維布方向平行于樣品長度方向)，最終得到的數(shù)據(jù)見下表
權(quán)利要求1.一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其特征在于外形為長方體，縱向截面為矩形，防老化涂層(1)包裹于最外層，厚度為1 5mm ；聚氨酯硬質(zhì)泡沫(；3)為基體；經(jīng)過有機(jī)化處理的玻璃纖維布(4)和長玻璃纖維(6)與經(jīng)過等離子活化處理的長碳纖維束 (5)和碳纖維布( 為增強(qiáng)體，玻璃纖維布(4)和碳纖維布( 沿組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材長度方向呈層狀結(jié)構(gòu)交替均勻分布在基體中，長玻璃纖維(6)和長碳纖維束( 沿復(fù)合板材長度方向均勻分布在每層玻璃纖維布(4)和碳纖維布( 之間的基體中。
2.如權(quán)利要求1所述的一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其特征在于所述的玻璃纖維布(4)為厚度0.15 0. 2mm的平紋布，紗號經(jīng)向緯向50 lOOtex，300 400g/m2。
3.如權(quán)利要求1所述的一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其特征在于所述的碳纖維布(2)為厚度0.1 0. 2mm的平紋布，紗號經(jīng)向緯向50 lOOtex，100 200g/
4.如權(quán)利要求1所述的一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其特征在于所述的長玻璃纖維(6)的規(guī)格為300 4800tex。
5.如權(quán)利要求1所述的一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其特征在于所述的長碳纖維束(5)的規(guī)格為60 1200tex。
6.如權(quán)利要求1所述的一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其特征在于寬度為50-250mm，厚度為10_180mm，長度至少0. 5m。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材，其特征在于外形為長方體，縱向截面為矩形，防老化涂層包裹于最外層，厚度為1～5mm；聚氨酯硬質(zhì)泡沫或者聚氨酯硬質(zhì)泡沫與短切玻璃纖維的混合物為基體；經(jīng)過有機(jī)化處理的玻璃纖維布和長玻璃纖維與經(jīng)過等離子活化處理的長碳纖維束和碳纖維布為增強(qiáng)體，玻璃纖維布和碳纖維布沿組合纖維增強(qiáng)水發(fā)泡聚氨酯硬泡復(fù)合板材長度方向呈層狀結(jié)構(gòu)交替均勻分布在基體中，長玻璃纖維和長碳纖維束沿復(fù)合板材長度方向均勻分布在每層玻璃纖維布和碳纖維布之間的基體中。該實(shí)用新型具有更高的強(qiáng)度、模量以及某些特殊性能，可作為高端產(chǎn)品使用在航空航天、醫(yī)療器械上。
文檔編號B32B27/40GK202151933SQ20102058123
公開日2012年2月29日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者唐波, 徐永祥, 李博, 王立峰 申請人:航天材料及工藝研究所