环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫的制备与性能表征.pdf

环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫的制备与性能表征宋宁宁 贾晓蓉 韩建军 田春蓉 陈可平(中国工程物理研究院化工材料研究所 四川绵阳)摘 要:以环氧树脂、聚醚多元醇和与多亚甲基多苯基多异氰酸酯()为主要原料合成了环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫材料(简称改性 泡沫)研究了改性 泡沫耐热性能和力学性能的影响因素 结果表明聚醚多元醇用量的增加会降低泡沫材料的玻璃化转变温度()但可以提高改性 泡沫材料的压缩破坏形变显著改善其韧性 随着固化温度的升高改性 泡沫材料的 增加泡沫材料的耐热性能和高温力学性能得到明显改善 密度为 /的 泡沫在 的导热系数不超过./()表现出优良的隔热性能关键词:聚异氰脲酸酯泡沫硬质聚氨酯泡沫塑料环氧树脂耐热性能中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.聚异氰脲酸酯泡沫(泡沫)是一种基于异氰酸酯三聚反应所制备的特殊硬质聚氨酯泡沫材料 由于其具有优异的耐温性能和阻燃性能受到研究人员的广泛关注并已部分应用于建筑、石油化工和军事领域 但是 泡沫分子主链中存在大量刚性的异氰脲酸酯环结构导致体系交联密度过高最终使得泡沫材料的脆性大使用时容易开裂和掉渣严重限制了其应用范围本研究利用环氧树脂()、聚醚多元醇 和多亚甲基多苯基多异氰酸酯()等为原料制备了环氧树脂改性 泡沫材料并研究了改性 泡沫耐热性能和力学性能的影响因素 实验部分.主要原料聚醚多元醇 江苏金栖聚氨酯有限公司多苯基多次甲基多异氰酸酯()万华化学集团股份有限公司环氧树脂 绵阳荣盛科技有限公司泡沫稳定剂 江苏美思德化学股份有限公司催化剂三乙烯二胺 市售以上均为工业级.仪器设备 型 热 流 法 导 热 仪 德 国 公司 型红外测温仪美国 公司 型红外光谱仪美国 公司 型电子万能试验机日本岛津公司 自制模具尺寸:.环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫的制备称取 环氧树脂、.催化剂、发泡剂水和 泡沫稳定剂然后分别加入、或 聚醚多元醇 搅拌均匀将混合组分、均预热至 然后将 加入混合组分快速搅拌均匀待物料发白后浇注到 的模具中进行发泡 放置 后 固化 得到改性 泡沫制品 根据聚醚用量不同 个硬泡样品分别标记为、和 相应地固化的样品分别标记为、和 样品密度均约为 /.性能表征红外光谱()采用衰减反射法()测试 动态热机械分析()采用双悬臂梁法测试样品尺寸 升温速度 /频率 应变 温度范围 压缩性能按照/测试试样尺寸 测试温度分别为 、和 压缩速率为 /室温及热态拉伸性能按照/测试试样为哑铃型温度分别为 、和 聚氨酯工业 年第 卷 第 期.结果与讨论.红外光谱分析使用红外光谱仪对 固化 的改性 泡沫进行分析结果如图 所示 谱图根据在 处的伸缩振动峰进行了归一化处理图 改性 泡沫红外谱图由图 可知 处出现的强吸收峰属于异氰脲酸酯环上的 不对称伸缩振动证明成功制备了改性 泡沫 处的吸收峰则归属于 的不对称伸缩振动 相同固化温度下随着聚醚多元醇 用量的增大 和 处的特征峰强度明显减弱这是因为聚醚多元醇用量的增加能更多地消耗 使得改性 泡沫中异氰脲酸酯环和残留的 数量减少.改性 泡沫的耐热性能采用 测试研究了改性 泡沫的耐热性能通过表征损耗因子()与温度的关系考察了聚醚多元醇用量和固化温度对其玻璃化转变温度()的影响结果见图 图 改性 泡沫的损耗因子与温度关系曲线由图 可知相同固化温度下随着聚醚多元醇 用量的增加改性 泡沫的 逐渐降低这主要是因为 分子结构中柔性链段含量增多降低了分子链段运动的能垒 聚醚多元醇用量相同的改性 泡沫随着固化温度增加泡沫的 明显增大 样品表现出最优的耐热性能原因是 除了自身能够发生三聚反应生成大量刚性的异氰脲酸环结构在 时还可以与环氧树脂反应生成刚性的噁唑烷酮结构从而大幅度增强聚氨酯分子链的刚性且需要更高的能量才能使分子链运动显著提高了改性 泡沫材料的 进一步改善材料的耐热性能 聚醚用量越少相对占比越高 样品的噁唑烷酮环状结构含量高泡沫表现出最高的耐热性.改性 泡沫的力学性能为研究聚醚多元醇 用量及固化温度对改性 泡沫材料力学性能的影响使用电子万能试验机测试了改性 泡沫压缩性能结果如图 所示图 改性 泡沫的压缩应力应变曲线由图 可知相同固化温度下样品 和 的压缩破坏形变分别为 和 样品 则在压缩测试过程中没有发生破碎这表明环氧树脂占比低的样品 中噁唑烷酮基含量相对较低柔韧性较好 样品 和 的压缩破坏形变分别为 和 表明相同聚醚多元醇用量的改性 泡沫随着固化温度的升高压缩破坏形变降低韧性下降同时脆性增加 原因是当固化温度升高改性 泡沫分子链中噁唑烷酮结构含量增多分子结构刚性增大降低了泡沫韧性为考察改性 泡沫力学性能与温度之间关系选择样品 在不同温度下进行压缩性能和拉伸性能研究泡沫的力学性能数据见表 第 期 宋宁宁等环氧树脂改性聚异氰脲酸酯泡沫的制备与性能表征表 改性 泡沫在不同温度下的力学性能温度/应变压缩强度/.压缩模量/拉伸强度/.拉伸模量/从表 中可知随着温度从 升至 改性 泡沫材料的压缩强度和模量、拉伸强度和模量均降低当温度为 时改性 泡沫的力学性能急剧下降这是因为随着温度过高聚氨酯中的氢键变弱甚至完全消失所致但样品中存在耐热刚性基团和化学交联所以在 仍有一定强度.改性 泡沫的隔热性能选择样品 测试其在不同温度下的导热系数测试结果如图 所示图 改性 泡沫导热系数随温度变化曲线由图 可知样品 的导热系数随着温度的升高而增大这是因为随着温度的升高加速了改性 泡沫材料里气体的运动提高了泡沫材料热传递速度进而使得泡沫材料的导热系数升高隔热性能降低 但 时导热系数不超过./()依然表现出优良的隔热性能 结论()相同固化温度下聚醚多元醇用量增加会降低改性 泡沫材料的 而相同聚醚多元醇用量的改性 泡沫的 随着固化温度的升高而增大()相同固化温度下聚醚多元醇用量增加会改善改性 泡沫的韧性降低脆性而相同聚醚多元醇用量的改性 泡沫的韧性随着固化温度的升高而降低脆性增大()虽然改性 泡沫的隔热性能随着温度的升高而降低但是其在 时的导热系数不超过./()依然表现出优良的隔热性能参 考 文 献 .:.邢益辉芮益民吴一鸣.难燃级硬质聚异氰脲酸酯泡沫的研制.聚氨酯工业():.伍毓强黄诚张崇印.低烟无卤阻燃聚异氰脲酸酯硬泡的制备及性能.聚氨酯工业():.许弟崔正赵欣.国外聚氨酯材料无卤阻燃技术现状与发展趋势.聚氨酯工业():.:.收稿日期 修回日期 ():()().()././().:作者简介 宋宁宁 男 年出生助理研究员主要从事高性能聚合物泡沫材料的设计、制备与性能研究聚氨酯工业 第 卷