聚氨酯树脂拉挤

1、武汉理工大学武汉理工大学材料学院复合材料系材料学院复合材料系 王王 钧钧改性聚氨酯树脂改性聚氨酯树脂在复合材料拉挤方面的应用在复合材料拉挤方面的应用 1909年美国籍化学家年美国籍化学家L.H. Backeland首先合成首先合成出有应用价值的出有应用价值的酚醛树脂酚醛树脂 1937年德国化学家年德国化学家Otto Bayer发现发现异氰酸酯异氰酸酯与与含活泼氢含活泼氢的化合物的聚合反应，从而建立了的化合物的聚合反应，从而建立了聚聚氨酯氨酯化学的基础化学的基础 1941年年不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂开始大规模应用开始大规模应用 40年代后期年代后期环氧树脂环氧树脂开始工业应用开始工业应用一、

2、热固性树脂的发展一、热固性树脂的发展主要热固性树脂性能对比主要热固性树脂性能对比价格价格工艺性工艺性力学性能力学性能电学性能电学性能耐候性耐候性燃烧性燃烧性耐热性耐热性聚氨酯聚氨酯较高较高- 高高较好较好- 好好较好较好- 很好很好好好较好较好- 很好很好一般一般- 较好较好一般一般- 好好环氧环氧较高较高较好较好- 好好较好较好-好好较好较好- 很好很好较好较好- 好好一般一般- 较好较好一般一般- 较好较好不饱和不饱和中中- 较高较高 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- 较好较好一般一般- 较好较好酚醛酚醛低低-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、聚氨酯树脂二、聚氨酯树脂2.1 异氰酸酯的反应异氰酸酯的反应NCOHOHNOOCNCOOCNHHOCNNOHOCNOCHNHNHNCOCOOOHCOHNHOHCO22.1.1 异氰酸酯与羟基反应生成氨基甲酸酯异氰酸酯与羟基反应生成氨基甲酸酯2.1.2 异氰酸酯与水反应生成脲和二氧化碳异氰酸酯与水反应生成脲和二氧化碳NCORHNNHOCOCNH2NNH2RHNNHOCOCNNHNHCOOOHOCCO2COCO2.1.3 异氰酸酯与胺反应生成取代脲异氰酸酯与胺反应生成取代脲2.1.4 异氰酸酯与羧酸反应生成酰胺和二氧化碳异氰酸酯与羧酸反应生成酰胺和二氧化碳N CO

4、HOOHROHHNOOCHNOCORHNOCONCOHNOCHNNOCHNCOHN2.1.5 异氰酸酯与多元醇发生交联反应异氰酸酯与多元醇发生交联反应2.1.6 异氰酸酯与脲反应生成缩二脲，并发生交联异氰酸酯与脲反应生成缩二脲，并发生交联HNOOCOCNNOCOCOHNHNOCOCNNOCCOHN2.1.7 异氰酸酯与氨基甲酸酯反应生成脲基甲酸酯，异氰酸酯与氨基甲酸酯反应生成脲基甲酸酯，并发生交联并发生交联2.1.8 异氰酸酯与酰胺反应生成酰基脲，并发生交联异氰酸酯与酰胺反应生成酰基脲，并发生交联2.2 主要异氰酸酯品种主要异氰酸酯品种CH2CH3NCONCONCOCH2NCOOCNCH2NC

5、OOCNNCO6OCNNCOTDIHDIMDIHMDINDI2.3 主要聚合物多醇及多胺主要聚合物多醇及多胺RCOOCOORRHOOHCH2CHOOHHnRCH2OOHHnCH2CH2CH2ClCH2NH2H2NClCH2NH2H2NCH2CH2OHHOCHCH2OHHOCH3CH2OHCH2OHCHOHCH2OHCH2OHCCH2OHCH2CH3柔柔 性性刚性刚性支化支化 可以根据需要可以根据需要调节分子中的软段和硬段调节分子中的软段和硬段 可以根据需要可以根据需要控制分子间的交联控制分子间的交联 分子中硬段分子中硬段部分结晶部分结晶2.4 聚氨酯树脂的分子结构及聚集态结构聚氨酯树脂的分子结

6、构及聚集态结构软段软段硬段硬段结晶区结晶区 反应速度快反应速度快 耐候性耐候性 耐化学腐蚀性耐化学腐蚀性 粘接性粘接性 高强度高强度 高断裂延伸高断裂延伸 耐冲击耐冲击三、三、 改性聚氨酯树脂基复合材料基本性能改性聚氨酯树脂基复合材料基本性能UPPU环氧树脂乙烯基酯树脂弯曲强度（MPa）488311326弯曲模量（MPa）195081528718308 温度（60） 湿度（93RH）1D1948499.9169001001799298.34D1910497.91667298.21777197.16D1927298.91660497.81780597.314D1914698.11653797.4

7、1775997.021D1909997.91649697.41772296.828D198811021669998.41669991.2温度（温度（60）湿度（湿度（93RH）12hrs温度（温度（25）湿度（湿度（93RH）12hrs1Cy19981102148501001705193.14Cy196741011464998.61668391.16Cy197721011462198.51665691.014Cy197861011446794.61706493.221Cy195001001442694.41691292.428Cy197781011458995.41682991.9聚氨酯改性不

8、饱和树脂耐湿热性能聚氨酯改性不饱和树脂耐湿热性能UPPU环氧树脂乙烯基酯树脂弯曲强度（MPa）488311326弯曲模量（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/聚氨酯改

9、性不饱和树脂耐化学性能聚氨酯改性不饱和树脂耐化学性能UPPU环氧树脂乙烯基酯树脂弯曲强度（MPa）488311326弯曲模量（MPa）195081528718308 255HCl1D1856895.223342*1615988.315D1786691.61534565.71541384.230D1778391.2/1513282.7 2510NaOH1D1902097.524571*1783898.915D1842194.11745471.01664995.2%30D1802192.41751071.3%1591994.0聚氨酯改性不饱和树脂耐化学性能聚氨酯改性不饱和树脂耐化学性能测试性能UP

10、PU国外产品*强度（MPa）离散性(%)模量（GPa）离散性(%)强度（MPa）模量（GPa）0120623.9656.20.52139854.51102235.643.21.72/292450.236.81.1682022.1聚氨酯改性不饱和树脂聚氨酯改性不饱和树脂0弯曲性能弯曲性能0 试样为纯单向纤维试样为纯单向纤维1 试样为纯单向纤维上下表面各加一层毡试样为纯单向纤维上下表面各加一层毡2 试样为纯单向纤维上下表面各加二层毡试样为纯单向纤维上下表面各加二层毡测试性能UPPU国外产品*强度（MPa）离散性(%)模量（GPa）离散性(%)强度（MPa）模量（GPa）044.61.7515.00

11、.7888.212.41161.234.216.80.53/2220.129.818.40.9928912.4聚氨酯改性不饱和树脂聚氨酯改性不饱和树脂90弯曲性能弯曲性能原原 辅辅材材 料料设设 计计结结 构构工工 艺艺 设设 备备测测 试试技技 术术复合材料复合材料 及制品及制品4.1 聚合物基复合材料的构成及相互关系聚合物基复合材料的构成及相互关系四、改性聚氨酯树脂在拉挤中的应用四、改性聚氨酯树脂在拉挤中的应用 产品是目的产品是目的 材料是基础材料是基础 设计是关键设计是关键 工艺是手段工艺是手段 测试是保障测试是保障各要素之间关系各要素之间关系 相互联系相互联系 相互制约相互制约 共同作

12、用共同作用l复合材料既是材料，又是结构，最终是制品复合材料既是材料，又是结构，最终是制品 各要素间的系统匹配是决定复合材料制品优劣的关键。各要素间的系统匹配是决定复合材料制品优劣的关键。4.2 聚氨酯树脂拉挤制品应用实例聚氨酯树脂拉挤制品应用实例4.2.1 薄壁拉挤制品（移动基站天线罩薄壁拉挤制品（移动基站天线罩南京华格南京华格）抗压试验抗压试验4.2.2 220kV全复合材料接点桁架塔全复合材料接点桁架塔 复合材料桁架塔优点：可以利用复合材料的绝缘性，复合材料桁架塔优点：可以利用复合材料的绝缘性，缩小塔体结构、缩短横担长度，减少输电走廊土地面积，缩小塔体结构、缩短横担长度，减少输电走廊土地面

13、积，同时可以减轻塔重。塔体结构、接点间连接是成败的关同时可以减轻塔重。塔体结构、接点间连接是成败的关键。键。（1）整体结构与连接设计）整体结构与连接设计 拉挤复合材料型材（单组份聚氨拉挤复合材料型材（单组份聚氨酯树脂）酯树脂） 预制成型的整体框架预制成型的整体框架 不同形状的复合材料连接夹板不同形状的复合材料连接夹板 金属螺丝锁紧金属螺丝锁紧拉挤型材（2）连接结构）连接结构（3）结构强度测试）结构强度测试 该产品已在辽宁丹东该产品已在辽宁丹东220KV高电压等级输电线路挂线运行，高电压等级输电线路挂线运行，重量比同尺寸钢结构塔减轻重量比同尺寸钢结构塔减轻30%、横担长度可缩短、横担长度可缩短60%。4.2.2 500kV全复合材料接点桁架塔全复合材料接点桁架塔 目前国内唯一通过电气、力学性能测试全复合材料结构的目前国内唯一通过电气、力学性能测试全复合材料结构的500kV500kV格构塔塔头。格构塔塔头。 复合材料的可设计性为复合材料制品的设计与复合材料的可设计性为复合材料制品的设