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近年来,开发聚氨酯改性的相关技术已经成为研究热点,其目的是使改性后的聚氨酯具有更好的力学性能以及耐热、耐化学等性能,能使这种材料在汽车零部件制造领域获得更广泛的应用。增强反应注射成型(RRIM)是一种新型的反应注射成型技术,通过在预热的模具中放入玻璃纤维等纤维状填料,制备机械性能更好的产品。然而,在众多与RRIM相关的研究工作中,采用纳米SiO2作为增强材料的复合材料工艺相关的研究工作还鲜有报道。利用已有的聚氨酯设备及材料,开展RIM聚氨酯工艺的研究工作,以优化材料的制造工艺,提高材料的使用性能,这是一种降低企业成本,提高企业竞争力,为企业在激烈的市场竞争中获得更多机会的有效方式。基于目前纳米制造新技术以及RIM聚氨酯方面的研究成果,采用纳米SiO2粒子作为RIM聚氨酯材料的增强相,研究基于RRIM工艺制备高性能聚氨酯复合材料的新技术。
基于原料所具有的物理化学特性,探讨了其在聚氨酯合成过程中的作用,确定了基于RRIM工艺制备聚氨酯复合材料的配方;开展了制备聚氨酯复合材料工艺的研究工作,获得了不同工艺参数与聚氨酯复合材料性能之间的关系。运用红外光谱、SEM、TGA等分析手段,研究纳米SiO2作为增强相提高RRIM聚氨酯复合材料性能的作用机理。研究结果如下:
1.可以通过调整异氰酸酯组份中的高官能度原料组份获得最佳材料性能,研究表明在可接受的凝胶时间条件下RIM-聚氨酯制品的力学性能为最佳时碳化二亚胺改性MDI在异氰酸酯组份中所占比例为40[%]。
2.经过对TED-2817与PLURACOL 922的混合料液在不同温度下的黏度及制品性能的分析和比较得出,55℃下PLURACOL 922占20[%]的聚醚多元醇获得的制品各项性能相对较优。
3.异氰酸酯指数为1.06时所得制品的拉伸强度为最佳,比异氰酸酯指数为1.0时提高了16.8[%],拉伸性能随着异氰酸酯指数继续增加逐渐下降,通过计算得出最佳配方为重量比100:11.41。
4.当将模具温度设为50℃,脱模时间为90s时,RIM聚氨酯制品的表面平整、致密、均匀,制品具有比其他模具温度和脱模时间更佳的外观质量。
5.RIM聚氨酯的较佳熟化时间为90min,此时制品的各项性能指标均逐渐趋于稳定。
6.经过偶联剂SH-6030表面改性的纳米SiO2粒子经过超声波辅助分散后制备的聚氨酯复合材料其力学性能和和热稳定性等指标相对未经过改性直接加入的方式制备的材料有明显的提高,纳米SiO2粒子在聚氨酯基体中分散均匀。
研究表明纳米SiO2粒子是一种良好的增强材料,经过偶联剂表面改性后的纳米粒子可以在复合材料制备过程中获得良好的分散,通过适当的工艺优化可以获得性能明显增强的复合材料。RRIM的工艺特点使得该纳米复合材料在汽车线束导槽具有更加灵活的结构设计空间,降低企业制造成本,提高企业市场竞争力,同时大大扩展了RRIM聚氨酯复合材料在汽车制造领域的应用范围。