【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于先进材料合成领域，具体涉及一种低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫及其制备方法和用途。
技术介绍
1、硬质聚氨酯泡沫(polyurethane rigid foam,pur)是一种以多元醇和异氰酸酯为主要反应物，通过化学反应生成的多孔结构材料。该材料具有低密度、高强度、优异的热隔离性能、良好的机械性能以及抗压强度等特点。硬质聚氨酯泡沫可根据其密度、硬度、结构和用途进行定制，广泛应用于航空航天、远洋运输、防护装备等领域。
2、现如今，飞行器发展对结构轻量化与强度提升有重大需求，作为结构材料使用时，泡沫主体需要承受较大的力学负荷，提高其弯曲强度和弯曲模量能提升飞行器整体结构的强度，在保证轻量化的前提下，提高飞行器的稳定性和抗变形能力；高弯曲性能有助于提高飞行器在长期飞行过程中对重复性载荷的抗疲劳能力，有效延缓材料疲劳破坏，确保飞行器的可靠性和安全性。在船舶结构材料领域，使用低密度、高弯曲性能的材料作为船体夹芯材料能有效减轻船体质量，同时抵抗海上风浪冲击和载荷作用，保证航行安全和运输效率。在浮力与应急救生装置，如救生筏、浮力舱等，低密度、高弯曲性能能使其长时间保持形状和功能，提供长效保护。
3、因此，提高聚氨酯泡沫的弯曲强度和弯曲模量是增强泡沫力学性能和拓宽其应用领域的重要方向。但是，对于低密度的硬质聚氨酯泡沫，其弯曲强度和弯曲模量表现较差。为提高其弯曲性能，国内外学者和研究人员采用了多种途径，最直接的方法就是提高泡沫的密度，能有效提高泡沫的刚性，减少在弯曲载荷下的变形，但是会增加泡沫的重量，降低隔热
4、因此，寻找一种低密度、具有优异弯曲性能、能作为大型结构材料使用的硬质聚氨酯泡沫制备工艺十分重要。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种改性聚氨酯材料及其制备方法，目的在于制备一种低密度、具有优异弯曲性能、能作为大型结构材料使用的硬质聚氨酯泡沫。
2、本专利技术提供一种低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，它采用包括如下重量份的原料制备而成：
3、聚醚多元醇95～150份、
4、扩链剂7～36份、
5、交联剂5～30份、
6、发泡剂0.5～4份、
7、异氰酸酯150～300份。
8、优选的，所述扩链剂选自1,2-丙二醇、乙二醇、1,2-戊二醇、1,2-辛二醇、1,2-十四碳二醇、硬脂酸单甘酯中的至少一种。
9、优选的，所述扩链剂为1,2-丙二醇。
10、优选的，异氰酸酯指数r为1～1.25。
11、优选的，所述聚醚多元醇选自4110聚醚多元醇、8345聚醚多元醇、2490聚醚多元醇；所述交联剂选自丙三醇、二乙醇胺、三乙醇胺，所述发泡剂为水；
12、和/或，所述异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
13、本专利技术提供上述任一项所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，它是通过包括如下步骤的方法制备而成：
14、步骤1，聚醚多元醇与扩链剂、交联剂、发泡剂混合，制得多元醇混合物；
15、步骤2，异氰酸酯与多元醇混合物反应，老化即得。
16、优选的，步骤1中，所述混合为聚醚多元醇与扩链剂、交联剂、发泡剂、泡沫稳定剂、胺类催化剂和抗氧剂混合；
17、所述泡沫稳定剂为s-6920泡沫稳定剂；和/或，所述胺类催化剂为2040催化剂；和/或，所述抗氧剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯。
18、优选的，聚醚多元醇与泡沫稳定剂、胺类催化剂、抗氧剂的重量份比值为95～150:0.5～5:0.1～1:0.5～4。
19、优选的，步骤1中，所述混合为2800～7000r/min的转速下搅拌30～80s；
20、和/或，步骤2中，所述反应为异氰酸酯加入多元醇混合物，2800～7000r/min的转速下搅拌20-25s，混合均匀的物料倒入模具，发泡180～400s；
21、和/或，步骤2中，所述老化为在20～25℃下固化20-26小时。
22、本专利技术还提供上述任一项所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫的制备方法，包括如下步骤：
23、步骤1，聚醚多元醇与扩链剂、交联剂、发泡剂混合，制得多元醇混合物；
24、步骤2，异氰酸酯与多元醇混合物混合，老化即得。
25、本专利技术还提供上述任一项所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫用于作为航空航天、船舶制造、军事车辆和防护装备、汽车领域中的材料的用途。
26、本专利技术提供一种低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫。通过分子结构设计，使用带有不同长度悬挂链的扩链剂，向聚氨酯硬段中引入不同碳链长度、带有极性基团的悬挂链，制备得到了一系列聚氨酯材料。该聚氨酯材料具有低的密度、高的弯曲性能、优异的防潮性能，其中，以1,2-丙二醇为扩链剂时制备的聚氨酯材料性能更为优异。该聚氨酯材料还具有良好的韧性、抗冲击能力、较好的阻尼性能和较好的稳定性，展现出在航空航天、船舶制造、军事车辆和防护装备、汽车行业等领域的发展潜力，应用前景良好。
27、本专利技术仅通过带有不同长度链段和极性基团为悬挂链的扩链剂和特定结构的异氰酸酯为原料，不会使密度骤增，影响轻量化应用。与其他方案相比，本专利技术的生产过程明显简单，不需要加入分散剂、改性剂、不使用超声波分散设备等，与其他方案相比，生产过程更加简单，生产效率更高，适合大规模制备，具有较好的工业应用价值。
28、本专利技术仅通过分子结构设计并不会引入密度远大于聚氨酯基体的填料，不会导致泡沫密度骤增。同时，本方案使用的一步法成型技术，工艺简单，无需经过泡沫前体和预发泡阶段，与其他方案相比，生产过程明显简单，生产效率更高、产品可调节范围更广，更具备工业应用价值。结合全水发泡技术，使用较少的辅助材料和助剂，降低生产过程中废料和污染物的产生，其所产生的残留物和有害气体较少也有利于环境保护，符合目前绿色生产的需求。
29、相较于向聚氨酯泡沫中加入增强材料，本专利技术无需加入偶联剂或者对材料进行表面处理，不增加工艺复杂性及生产成本。从加入更多的异氰酸酯、更换高官能度聚醚多元醇等途径对比看，首先，更换高官能度聚醚多元醇方面，会导致聚醚多元醇自身粘度过高，即使提前预冷处理也无法明显降低其粘度，会给聚氨酯泡沫的可加工性和成型性带来困难。而加入更多异氰酸酯，目前使用的异氰酸酯指数基本保证反应的充分进行，加入更多异氰酸酯虽然能提高硬段比例从而提高交联度，但同时严重限制链段的运动导致泡沫变脆，其弯曲强度和冲击韧性下降。催化剂方面，过多使用催化剂会使发泡反应与凝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：它采用包括如下重量份的原料制备而成：
2.按照权利要求1所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：
3.按照权利要求2所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述扩链剂为1,2-丙二醇。
4.按照权利要求1所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：异氰酸酯指数R为1～1.25。
5.按照权利要求1所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：
6.按照权利要求1-5任一项所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于，它是通过包括如下步骤的方法制备而成：
7.按照权利要求6所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：
8.按照权利要求7所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：
9.权利要求1-8任一项所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.权利要求1-8任一项所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫用于作为航空航天、船
...【技术特征摘要】
1.一种低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：它采用包括如下重量份的原料制备而成：
2.按照权利要求1所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：
3.按照权利要求2所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：所述扩链剂为1,2-丙二醇。
4.按照权利要求1所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：异氰酸酯指数r为1～1.25。
5.按照权利要求1所述的低密度高模量高抗弯硬质聚氨酯泡沫，其特征在于：
6.按照权利要求1-5任一...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁梅，叶航，邹华维，罗银富，邱晨，杨棵，倪龙，周生态，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。