聚氨酯樹脂拉擠

1、武漢理工大學武漢理工大學材料學院復合材料系材料學院復合材料系 王王 鈞鈞改性聚氨酯樹脂改性聚氨酯樹脂在復合材料拉擠方面的應用在復合材料拉擠方面的應用 1909年美國籍化學家年美國籍化學家L.H. Backeland首先合成首先合成出有應用價值的出有應用價值的酚醛樹脂酚醛樹脂 1937年德國化學家年德國化學家Otto Bayer發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)異氰酸酯異氰酸酯與與含活潑氫含活潑氫的化合物的聚合反應，從而建立了的化合物的聚合反應，從而建立了聚聚氨酯氨酯化學的基礎化學的基礎 1941年年不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂開始大規(guī)模應用開始大規(guī)模應用 40年代后期年代后期環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂開始工業(yè)應用開始工業(yè)應用一、

2、熱固性樹脂的發(fā)展一、熱固性樹脂的發(fā)展主要熱固性樹脂性能對比主要熱固性樹脂性能對比價格價格工藝性工藝性力學性能力學性能電學性能電學性能耐候性耐候性燃燒性燃燒性耐熱性耐熱性聚氨酯聚氨酯較高較高- 高高較好較好- 好好較好較好- 很好很好好好較好較好- 很好很好一般一般- 較好較好一般一般- 好好環(huán)氧環(huán)氧較高較高較好較好- 好好較好較好-好好較好較好- 很好很好較好較好- 好好一般一般- 較好較好一般一般- 較好較好不飽和不飽和中中- 較高較高 好好- 很好很好一般一般- 好好一般一般- 好好一般一般- 好好一般一般- 較好較好一般一般- 較好較好酚醛酚醛低低-中中一般一般一般一般- 好好一般一般-

3、 好好一般一般- 好好好好好好二、聚氨酯樹脂二、聚氨酯樹脂2.1 異氰酸酯的反應異氰酸酯的反應NCOHOHNOOCNCOOCNHHOCNNOHOCNOCHNHNHNCOCOOOHCOHNHOHCO22.1.1 異氰酸酯與羥基反應生成氨基甲酸酯異氰酸酯與羥基反應生成氨基甲酸酯2.1.2 異氰酸酯與水反應生成脲和二氧化碳異氰酸酯與水反應生成脲和二氧化碳NCORHNNHOCOCNH2NNH2RHNNHOCOCNNHNHCOOOHOCCO2COCO2.1.3 異氰酸酯與胺反應生成取代脲異氰酸酯與胺反應生成取代脲2.1.4 異氰酸酯與羧酸反應生成酰胺和二氧化碳異氰酸酯與羧酸反應生成酰胺和二氧化碳N C

4、OHOOHROHHNOOCHNOCORHNOCONCOHNOCHNNOCHNCOHN2.1.5 異氰酸酯與多元醇發(fā)生交聯(lián)反應異氰酸酯與多元醇發(fā)生交聯(lián)反應2.1.6 異氰酸酯與脲反應生成縮二脲，并發(fā)生交聯(lián)異氰酸酯與脲反應生成縮二脲，并發(fā)生交聯(lián)HNOOCOCNNOCOCOHNHNOCOCNNOCCOHN2.1.7 異氰酸酯與氨基甲酸酯反應生成脲基甲酸酯，異氰酸酯與氨基甲酸酯反應生成脲基甲酸酯，并發(fā)生交聯(lián)并發(fā)生交聯(lián)2.1.8 異氰酸酯與酰胺反應生成?；澹l(fā)生交聯(lián)異氰酸酯與酰胺反應生成?；澹l(fā)生交聯(lián)2.2 主要異氰酸酯品種主要異氰酸酯品種CH2CH3NCONCONCOCH2NCOOCNCH2N

5、COOCNNCO6OCNNCOTDIHDIMDIHMDINDI2.3 主要聚合物多醇及多胺主要聚合物多醇及多胺RCOOCOORRHOOHCH2CHOOHHnRCH2OOHHnCH2CH2CH2ClCH2NH2H2NClCH2NH2H2NCH2CH2OHHOCHCH2OHHOCH3CH2OHCH2OHCHOHCH2OHCH2OHCCH2OHCH2CH3柔柔 性性剛性剛性支化支化 可以根據(jù)需要可以根據(jù)需要調節(jié)分子中的軟段和硬段調節(jié)分子中的軟段和硬段 可以根據(jù)需要可以根據(jù)需要控制分子間的交聯(lián)控制分子間的交聯(lián) 分子中硬段分子中硬段部分結晶部分結晶2.4 聚氨酯樹脂的分子結構及聚集態(tài)結構聚氨酯樹脂的分子

6、結構及聚集態(tài)結構軟段軟段硬段硬段結晶區(qū)結晶區(qū) 反應速度快反應速度快 耐候性耐候性 耐化學腐蝕性耐化學腐蝕性 粘接性粘接性 高強度高強度 高斷裂延伸高斷裂延伸 耐沖擊耐沖擊三、三、 改性聚氨酯樹脂基復合材料基本性能改性聚氨酯樹脂基復合材料基本性能UPPU環(huán)氧樹脂乙烯基酯樹脂彎曲強度（MPa）488311326彎曲模量（MPa）195081528718308 溫度（60） 濕度（93RH）1D1948499.9169001001799298.34D1910497.91667298.21777197.16D1927298.91660497.81780597.314D1914698.11653797.

7、41775997.021D1909997.91649697.41772296.828D198811021669998.41669991.2溫度（溫度（60）濕度（濕度（93RH）12hrs溫度（溫度（25）濕度（濕度（93RH）12hrs1Cy19981102148501001705193.14Cy196741011464998.61668391.16Cy197721011462198.51665691.014Cy197861011446794.61706493.221Cy195001001442694.41691292.428Cy197781011458995.41682991.9聚氨酯改性

8、不飽和樹脂耐濕熱性能聚氨酯改性不飽和樹脂耐濕熱性能UPPU環(huán)氧樹脂乙烯基酯樹脂彎曲強度（MPa）488311326彎曲模量（MPa）195081528718308 805HCl1D1806892.615488*1580786.34D1756390.01014865.51518282.97D1749189.7/1528983.514D1721788.3/1515682.821D1721288.9/1484481.128D1717488.0/1486381.2 8010NaOH1D1646084.421464*718839.34D1520277.91418066.1/7D1264364.8/聚氨酯

9、改性不飽和樹脂耐化學性能聚氨酯改性不飽和樹脂耐化學性能UPPU環(huán)氧樹脂乙烯基酯樹脂彎曲強度（MPa）488311326彎曲模量（MPa）195081528718308 255HCl1D1856895.223342*1615988.315D1786691.61534565.71541384.230D1778391.2/1513282.7 2510NaOH1D1902097.524571*1783898.915D1842194.11745471.01664995.2%30D1802192.41751071.3%1591994.0聚氨酯改性不飽和樹脂耐化學性能聚氨酯改性不飽和樹脂耐化學性能測試性能U

10、PPU國外產品*強度（MPa）離散性(%)模量（GPa）離散性(%)強度（MPa）模量（GPa）0120623.9656.20.52139854.51102235.643.21.72/292450.236.81.1682022.1聚氨酯改性不飽和樹脂聚氨酯改性不飽和樹脂0彎曲性能彎曲性能0 試樣為純單向纖維試樣為純單向纖維1 試樣為純單向纖維上下表面各加一層氈試樣為純單向纖維上下表面各加一層氈2 試樣為純單向纖維上下表面各加二層氈試樣為純單向纖維上下表面各加二層氈測試性能UPPU國外產品*強度（MPa）離散性(%)模量（GPa）離散性(%)強度（MPa）模量（GPa）044.61.7515.0

11、0.7888.212.41161.234.216.80.53/2220.129.818.40.9928912.4聚氨酯改性不飽和樹脂聚氨酯改性不飽和樹脂90彎曲性能彎曲性能原原 輔輔材材 料料設設 計計結結 構構工工 藝藝 設設 備備測測 試試技技 術術復合材料復合材料 及制品及制品4.1 聚合物基復合材料的構成及相互關系聚合物基復合材料的構成及相互關系四、改性聚氨酯樹脂在拉擠中的應用四、改性聚氨酯樹脂在拉擠中的應用 產品是目的產品是目的 材料是基礎材料是基礎 設計是關鍵設計是關鍵 工藝是手段工藝是手段 測試是保障測試是保障各要素之間關系各要素之間關系 相互聯(lián)系相互聯(lián)系 相互制約相互制約 共同

12、作用共同作用l復合材料既是材料，又是結構，最終是制品復合材料既是材料，又是結構，最終是制品 各要素間的系統(tǒng)匹配是決定復合材料制品優(yōu)劣的關鍵。各要素間的系統(tǒng)匹配是決定復合材料制品優(yōu)劣的關鍵。4.2 聚氨酯樹脂拉擠制品應用實例聚氨酯樹脂拉擠制品應用實例4.2.1 薄壁拉擠制品（移動基站天線罩薄壁拉擠制品（移動基站天線罩南京華格南京華格）抗壓試驗抗壓試驗4.2.2 220kV全復合材料接點桁架塔全復合材料接點桁架塔 復合材料桁架塔優(yōu)點：可以利用復合材料的絕緣性，復合材料桁架塔優(yōu)點：可以利用復合材料的絕緣性，縮小塔體結構、縮短橫擔長度，減少輸電走廊土地面積，縮小塔體結構、縮短橫擔長度，減少輸電走廊土地

13、面積，同時可以減輕塔重。塔體結構、接點間連接是成敗的關同時可以減輕塔重。塔體結構、接點間連接是成敗的關鍵。鍵。（1）整體結構與連接設計）整體結構與連接設計 拉擠復合材料型材（單組份聚氨拉擠復合材料型材（單組份聚氨酯樹脂）酯樹脂） 預制成型的整體框架預制成型的整體框架 不同形狀的復合材料連接夾板不同形狀的復合材料連接夾板 金屬螺絲鎖緊金屬螺絲鎖緊拉擠型材（2）連接結構）連接結構（3）結構強度測試）結構強度測試 該產品已在遼寧丹東該產品已在遼寧丹東220KV高電壓等級輸電線路掛線運行，高電壓等級輸電線路掛線運行，重量比同尺寸鋼結構塔減輕重量比同尺寸鋼結構塔減輕30%、橫擔長度可縮短、橫擔長度可縮短60%。4.2.2 500kV全復合材料接點桁架塔全復合材料接點桁架塔 目前國內唯一通過電氣、力學性能測試全復合材料結構的目前國內唯一通過電氣、力學性能測試全復合材料結構的500kV500kV格構塔塔頭。格構塔塔頭。 復合材料的可設計性為復合材料制品的設計與復合材料的可設計性為復合材料制品的設