[发明专利]组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材及生产方法设备

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材及其生产方法和连续生产工艺，广泛的适用于铁轨用枕木、建筑建材、汽车结构件、耐腐蚀设备、体育娱乐用品。

背景技术

聚氨酯泡沫塑料的主要特征是具有多孔性，相对密度小，比强度高。聚氨酯泡沫塑料具有优良的物理机械性能、声学性能、电学性能和耐化学性能，尤其是硬质聚氨酯泡沫塑料的热导率特别低，是一种优质的绝热保温保冷材料，此外还具有良好的加工性能和成型性。但是聚氨酯硬质泡沫作为承载结构材料使用时还要求有更优异的强度、模量以及尺寸稳定性，增强聚氨酯硬质泡沫弥补了这个缺陷。常用的增强材料有玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、玻璃微珠、二氧化硅、碳酸钙等。玻璃微珠、二氧化硅、碳酸钙等无机粒子填充聚氨酯硬泡，其压缩强度、弹性模量提高，但拉伸强度和冲击强度可能降低。碳纤维的轴向强度和模量很高，无蠕变，耐疲劳性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，但是价格昂贵。玻璃纤维具有较高的强度和弹性模量，作为一种低价高效的增强材料受到人们的亲赖。通常加入少量短切玻璃纤维增强聚氨酯硬泡可以获得3～5倍强度和模量的提高，但其作为承载结构材料的使用范围仍然非常有限。长玻利纤维单向增强聚氨酯硬质泡沫具有与天然木材相似的结构，随着玻璃纤维含量的增加，强度与模量以及尺寸稳定性有巨大提高，可以作为建筑装饰材料、交通设施代替木材。但是长玻纤只提供了聚氨酯硬泡轴向强度，其横向强度及层间剥离强度仍然较低，限制了更广泛的应用。例如使用合成轨枕替代钢筋混凝土轨枕，在螺栓与扣件的安装上对轨枕材料要求有一定横向强度。另外，在飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、医疗器械、压力容器等用途方面，玻纤增强聚氨酯硬泡不能完全胜任。

聚氨酯硬泡发泡剂主要包括氟氯烃类、氢氟氯烃、氢氟烃类化合物、戊烷系碳氢化合物、水等。几十年来，氟氯烃类和氢氟氯烃类化合物一直作为主要发泡剂广泛的用于聚氨酯硬泡，但是这些化合物对大气中的臭氧层仍有破坏作用，氢氟烃类化合物和戊烷系碳氢化合物的ODP为零，对大气臭氧层没有影响，但由于氢氟烃类化合物和戊烷沸点低室温下是气体，并且戊烷可燃易爆，故均需对发泡设备进行改造，将会增加工艺难度和成本。因此选用一种环保又容易使用的发泡剂将具有十分积极的意义。此外，由于很多复合材料板材可能长年暴露在恶劣的自然环境中，会受到紫外线的照射作用而老化导致性能变差，因此对其表面进行防老化处理十分必要，还有许多场合要求板材具有阻燃、防滑等特性。

连续纤维增强复合材料的连续化生产通常采用挤拉成型工艺，但对于大型制品，横截面积大极可能会造成成型物里外温差较大，影响产品质量均匀性，并可能导致增强组分难以较好浸润树脂，造成性能和外观缺陷。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材及其生产方法和连续生产设备，该复合材料板材力学性能优异、寿命长、阻燃、耐老化、防滑。

实现本发明目的的技术方案：一种组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材，其特征在于：该组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材以长玻璃纤维或者长玻璃纤维与碳纤维、玻璃纤维布、碳纤维布或短切玻璃纤维中的一种或多种混合体为纤维增强体，该纤维增强体呈层状交替均匀分布在聚氨酯发泡原料基体内，其中纤维增强体重量占该复合板材总重量的1％～60％，聚氨酯原料占该复合板材总重量的40％～99％；

所述的聚氨酯发泡原料组成包括，以重量份计：聚醚多元醇1，为羟基数93～750mgKOH/g、分子量150～1200，占80～120份；聚醚多元醇2，为羟基数28～93mgKOH/g、分子量1200～4000，占5～10份；催化剂，为叔胺类化合物或有机锡类化合物，占0.01～0.10份；匀泡剂，为聚二甲基硅氧烷-聚氧烷撑嵌段共聚物或磺化蓖麻油，占1～6份；蒸馏水，占0.2～0.6份；阻燃剂，为亚磷酸三苯酯、三(β-氯乙基)磷酸酯、三-(氯异丙基)磷酸酯或三(2，3-二氯丙基)磷酸酯，占5～30份；异氰酸酯，占100～200份；

所述的纤维增强体组成包括，以重量份计：长玻璃纤维，占10～220份；碳纤维，占0～220份；玻璃纤维布，占0～220份；碳纤维布，占0～220份；短切玻璃纤维，占0～15份。