聚氨酯泡沫复合材料的制备及其性能研究

聚氨酯泡沫复合材料的制备及其性能研究

苏江林

佛山市方普防护技术有限公司  广东省佛山市528000

【摘要】聚氨酯泡沫复合材料在工业和民用方面，有着广泛的应用，并且在过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热保温材料有着十分重要的性能。本文通过对聚氨酯泡沫复合材料试验的方式，对制备和性能进行研究，通过试验可以知道聚氨酯泡沫复合材料属于多孔结构，并且在应用期间，具有良好的吸波性能，满足相关行业对于聚氨酯泡沫复合材料的使用需求。

关键词：聚氨酯泡沫复合材料；制备；性能；

聚氨酯泡沫复合材料具有良好的力学性能，以及耐磨性能。但是，聚氨酯泡沫复合材料在使用的时候，压缩强度较低，很难达到相关领域的使用需求。同时，聚氨酯泡沫复合材料制备相对较为复杂，需要结合实际情况，确定最佳的参数，分析其性能，例如：力学、热稳定性、电性能等方面，通过对各个方面的了解，可以有针对性地进行使用，这样才能发挥出聚氨酯泡沫复合材料的真正价值。

一、聚氨酯泡沫复合材料

通过对聚氨酯泡沫复合材料的了解，可以更好的了解聚氨酯泡沫复合材料的特性，才能更好的展开实。

1、概述

1.1近几年，聚氨酯泡沫复合材料因为具有良好的韧性、固化性等特点被脱颖而出。以前聚氨酯泡沫复合材料主要用于结构反应注射法成型的汽车内饰件以及外部件等方面，例如：皮卡车箱、 车底板、 行李架、 内门板【1】。但是，随着最近几年聚氨酯泡沫复合材料的发展，其在窗框制造、浴缸、电灯杆以及卡车等方面，也有着明显的应用优势。另外，与其他材料相比，聚氨酯泡沫复合材料可以实现诸多的效益，例如：聚氨酯泡沫复合材料中是玻璃纤维和聚氨酯树脂拉挤窗框，这样的窗框强度比原始窗框强度要高出很多，使用年限也相对较长。

1.2聚氨酯泡沫复合材料属于以高硬度弹性体为主的基体材料，其中玻璃纤维可以进一步增强材料，并且在聚氨酯泡沫复合材料制备期间，采用连续拉挤工艺，可以制得一种强度较高，质量较轻的复合材料。

1.3聚氨酯泡沫复合材料的主要特点就是多孔性，并且密度相对较低，强度较高，分类方式也有很多，根据不同的原料和的配方，可以将聚氨酯泡沫复合材料分为软质和半硬质，以及硬质聚氨酯泡沫复合材料。同时，聚氨酯泡沫复合材料根据发泡的方式，可以分为模塑、喷涂等聚氨酯泡沫复合材料，并且密度分布相对较为均匀，具有良好的使用性能。

2、特点

聚氨酯泡沫复合材料自身所具有的特点十分明显，主要表现为以下几点。

2.1在利用传统树脂进行拉挤某些型材的时候，有时需要使用4或者5种玻璃纤维毡，并且这些玻璃纤维毡一定要裁切造型。然而，采用聚氨酯泡沫复合材料的话，可以利用玻纤无捻粗纱来代替玻璃纤维毡，这样可以在一定程度上降低成本【2】。另外，玻璃纤维毡具有易碎的特点，很容易造成堵塞的现象，进而给制备造成一定的影响。

2.2由于聚氨酯泡沫复合材料的强度较高，很多领域都有着很好的应用，尤其是建筑、基础设置、交通运输等方面，逐渐代替钢和铝等材料的使用，解决传统材料存在的一些弊端。

2.3聚氨酯泡沫复合材料还具有良好的耐腐蚀性能，例如：对酸、 碱、 盐、 有机物， 以及海水、 潮湿空气等方面，都有较强的抵抗能力，所以被广泛应用到各个领域中，拥有良好的使用年限。

2.4绝缘性也是聚氨酯泡沫复合材料中最为显著的特点，不会受到电磁波的影响，这样可以有效提升聚氨酯泡沫复合材料自身的使用价值。

二、制备和性能实验分析

通过实验的方式，对聚氨酯泡沫复合材料制备和性能进行分析。

1、实验材料

聚氨酯泡沫复合材料制备和性能实验分析期间，其实验材料是以石墨粉、二氧化锰、乙烯聚酯树脂、玻璃纤维（芳纶纤维）、催化剂、发泡剂、聚醚多元醇等。

2、主要设备和仪器

实验设备主要以精密增力的电动搅拌器、真空烘箱、矢量网络分析仪等设备为主。

3、试样制备

在确定实验材料和设备以后，就需要对聚氨酯泡沫复合材料试样进行制备，主要从聚氨酯泡沫制备、多层结构复合材料制备等方面展开，其详细内容如下.

3.1聚氨酯泡沫制备。在聚氨酯泡沫制备期间，需要根据一定比例，将所调配好的二氧化锰和石墨加入聚醚多元醇中，并且进行搅拌，一定要搅拌均匀【3】。聚氨酯泡沫制备，在搅拌均匀以后，需要添加催化剂、发泡剂，依旧是搅拌均匀，并且需要将模具进行加热处理，但一定要对模具加热的温度进行严格的控制，通常情况下应当控制在40℃。同时，需要将异氰酸酯加入聚氨酯泡沫制备的混合料中，促使与混合料进行均匀搅拌，并在搅拌的时候，其速度应当在3000r/min，搅拌的时间应当在15s。另外，在聚氨酯泡沫制备混合料搅拌完成以后，需要将其倒入模具中，加压静置一段时间，其时间应当为15min。根据聚氨酯泡沫制备试验的相关要求，对所需要的泡沫进行裁剪，形成不同规格大小的试样，这样便于试验的展开，也确保实验结果的准确性，为聚氨酯泡沫复合材料的使用，提供可靠的数据支持。

3.2多层结构复合型材料试样制备。将吸波剂添加到乙烯基树脂中，并且进行均匀搅拌，浸透玻璃纤维时成型处理。同时，在试样制备期间，如果试样表层二氧化锰质量分数为16%的话，底层含有36%的石墨，其厚度为4mm。另外，在试样制备分析的时候，将聚氨酯泡沫添加其中，对整体进行固化成型处理，表1：不同试样在各层中的分布情况，其中表中表层厚度为1.8mm，聚氨酯夹芯厚度为11mm，底层厚度4mm。

表1：不同试样的成分表

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4、制备方式

在聚氨酯泡沫复合材料制备实验期间，根据相关标准，使用矢量网分析仪器，其测试频率范围为8GHZ~20GHZ【4】。同时，在聚氨酯泡沫复合材料制备的时候，还需要的试样的吸波性能进行测试，需要时将其切割成3cmx3cm大小，并且可用矢量网分析仪器，在测试频段机芯测试，根据频段的变化，得到反射频率。另外，在制备期间，需要采用光学显微镜，对聚氨酯泡沫复合材料结构、孔径大小，以及开孔、闭孔等情况进行分析，并且对聚氨酯泡沫复合材料进行定义。需要统计连续相邻的泡孔，其数量不能少于20个，并且进行平均值计算，这样才能保证实验结果的准确性。

5、结果与分析

5.1采用矢量网络分析设备，对聚氨酯泡沫复合材料试样的反射率进行了检测，并且测试频段为8GHZ~20GHZ。同时，在8GHZ~20GHZ中，聚氨酯泡沫复合材料的反射率会随着频率的增加，并且如果频段处于最大数值的话，这时反射率就会达到-9.59dB。这样也可以说明，聚氨酯泡沫复合材料通过二氧化锰和石墨作为吸波剂的话，可以有效提升聚氨酯泡沫复合材料吸波性能，但是效果不是很理想【5】。

5.2对于4~6试样，3层结构中两层含有吸波剂，并且试样5在8GHZ~20GHZ中的中间频段数值已经呈现最大峰值的状态，这样即可证明吸波性能处于最佳的状态。但是，在测试中，可知道试样4的吸波性能相对较差【6】。另外，从测试中，可知道在聚氨酯泡沫复合材料试样在试验期间，是因为泡沫属于一种三维连通立体网络架构，以及相互贯通气孔的特殊结，所以将聚氨酯泡沫添加到试样中，试样的吸波性能有着明显的提升，拓宽了聚氨酯泡沫复合材料的用途。

5.3由于聚氨酯泡沫复合材料属于多孔结构，所以有助于电磁波的吸收，射入电磁波在聚氨酯泡沫中传播期间，需要经过泡沫比的多重反射，并且在某一个频段很容易形成相消干涉的情况，这样可以实现良好电磁波吸收效果。同时，在三层聚氨酯泡沫复合材料中，如果只有两层含有吸波剂，并且表层含有二氧化锰，底层含有石墨粉，这样吸波效果会有着明显的提升，这样就说明聚氨酯泡沫复合材料的结构类型，对于提升材料的使用性能有着严重的影响，并且二氧化锰和石墨粉的适量使用，可以与自由空间进行阻抗匹配，使吸波效果达到最佳的状态，充分展现出聚氨酯泡沫复合材料的自身性能。

5.4从聚氨酯泡沫复合材料试样7~8的角度来说，试样7属于空白试样，也就是没有一层含有吸波剂，然而试样8中所有层都含有吸波剂，所以在测试中，试样7的吸波性不是很明显。然而，试样8在中间频段就可以达到最大的峰值，吸波性能良好，这样就可以证明在聚氨酯泡沫中，将二氧化锰和石墨粉均匀添加其中，可以很好地提升聚氨酯泡沫复合材料对于电磁波的吸收性能。同时，从整体的角度来说，在聚氨酯泡沫复合材料中，如果每层都添加吸波剂的话，材料的吸波性能即可达到最佳的状态。另外，利用二氧化锰作为聚氨酯泡沫复合材料试样的表层，并且将石墨粉添加其中，作为材料的反射层结构 这样可以有效提升材料吸波性能。

5.5由于二氧化锰和石墨粉之间的节点相对较大，并且聚氨酯泡沫复合材料试样中表层添加二氧化锰的话，这样可以对材料进行一定的改善，与空气的阻抗形成良好的匹配程度。同时，如果地层的石墨粉介电常数相对较大的话，这样就属于电阻型吸波材料，可以有效提升聚氨酯泡沫复合材料的吸波性能，并且经过多重反射，将电磁波进行相消干涉。聚氨酯泡沫复合材料属于多孔结构，这样可以有效增加电磁波的传播路径，进而增加电磁波的吸收效果。另外，玻璃纤维在聚氨酯泡沫复合材料中，无法被均匀分散，并且对于玻璃纤维的使用性能的效果较差，所以在试验中，为了解决这一个问题，将芳纶纤维作为主要的纤维材料，通过利用芳纶纤维压缩强度可以呈现先增大后减小的变化状态，并且如果芳纶纤维含量在5%左右，聚氨酯泡沫复合材料的压缩强度就可以达到最大参数值。聚氨酯泡沫复合材料的强度得到保证，才能尽最大可能上保证各个行业领域对于聚氨酯泡沫复合材料的使用。

5.6将催化添加到试验中，主要的作用就是加快实验中的反应速度，常用的催化剂一般为锡类催化剂、胺类催化剂【8】。同时，需要结合相关要求，对锡类催化剂、胺类催化剂的使用进行合理分配，这样可以有效保证发泡反应与凝胶反应呈现平衡的状态，促使材料成孔的均匀性。另外，在实验各项参数不变的情况下，可以适当改变催化剂的用量，并且分析催化剂对于氨酯泡沫复合材料形态的影响，表2所示，以及图1所示。

表2：催化剂对氨酯泡沫复合材料形态的影响

图1：催化剂对氨酯泡沫复合材料形态

5.7在聚氨酯泡沫复合材料多层结构中，含有是吸收剂的各个层，可以有效提升聚氨酯泡沫复合材料的性能。同时，8GHZ~20GHZ范围中，不同试样的吸波峰值是不同的【9】。对此，为了提升聚氨酯泡沫复合材料的整体吸波性能，一定要注重表层和底层，并且根据实验可以知道，通过对聚氨酯泡沫复合材料结构的优化，可以有效提升性能，将材料更好地应用于不同生产领域中【10】。另外，在聚氨酯泡沫复合材料实验中，如果要想材料具有良好的吸波性能，必须具备两个方面，第一，聚氨酯泡沫复合材料如果有电磁波射入的话，这样无法将电磁波反射出去；第二，入射到聚氨酯泡沫复合材料内部电磁波，一定要被吸收损耗掉，可以利用聚氨酯泡沫和玻璃纤维增强聚氨酯泡沫复合材料的性能，并将其分为三层，即为：匹配层、吸收层和反射层，这样做的目的主要是通过改变聚氨酯泡沫复合材料各个层的吸波剂的成分，从而提升整体的吸波性能，从实现实验展开的意义【11】。

结束语：

综上所述，氨酯泡沫复合材料在很多行业中都有着很好的应用，其效果和优势也是非常明显。但是，由于氨酯泡沫复合材料具有一定的特殊性，所以对制备和性能方面进行实验，通过试验不断进行优化，通过利用催化剂、玻璃纤维、吸波剂、石墨粉、二氧化锰等方面，有效增强氨酯泡沫复合材料的性能，提升其自身应用价值，也降低制备的成本，实现良好的效果。

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