聚氨酯樹脂基體
聚氨酯是以低聚物多元醇和異氰酸酯為主要原料合成的一種主鏈含有氨基甲酸酯基團(tuán)（-NHCOO-）的聚合物。與傳統(tǒng)樹脂相比，聚氨酯與增強(qiáng)材料的結(jié)合更好，因此抗沖擊性能、力學(xué)性能和耐候性優(yōu)異。
聚氨酯樹脂中不含苯乙烯等揮發(fā)物，滿足國家對(duì)“加強(qiáng)綠色產(chǎn)品應(yīng)用研發(fā)，推廣輕量化、低功耗技術(shù)工藝”的相關(guān)要求。
聚氨酯用于拉擠成型具有黏度低、成型速度更快的工藝優(yōu)勢(shì)。拉擠用聚氨酯樹脂典型的相關(guān)性能見下表。
拉擠用聚氨酯樹脂的相關(guān)性能
連續(xù)纖維增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料尚有一些問題需要解決：目前國內(nèi)多存在聚氨酯樹脂配方設(shè)計(jì)和制備工藝與聚氨酯拉擠型材制造工藝相隔離的現(xiàn)象；聚氨酯反應(yīng)劇烈，釋放出大量的熱而不易控制，對(duì)環(huán)境溫度和濕度敏感而容易發(fā)泡。
因此，制備過程中應(yīng)采用合適的工藝設(shè)備（如閉模成型），控制環(huán)境溫度和濕度，降低原料的反應(yīng)活性或采用不發(fā)泡聚氨酯。
增強(qiáng)材料
- 玻璃纖維
玻璃纖維作為性能優(yōu)異的無機(jī)纖維，是一種彈性模量高、拉伸強(qiáng)度大、斷裂伸長率小的脆性材料，具有力學(xué)性能可設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)需要靈活設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來提高產(chǎn)品整體性能，被廣泛用于樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。下表為兩種玻璃纖維的主要性能。
兩種玻璃纖維的主要性能
- 拉擠用玻璃纖維無捻粗紗
研究表明，玻璃纖維表面N元素含量的增加可明顯增大玻璃纖維與聚氨酯樹脂的結(jié)合力，這可能是因?yàn)楹倌軋F(tuán)會(huì)與聚氨酯樹脂中殘余的異氰酸酯反應(yīng)生成脲基，在兩相界面間起到化學(xué)鍵合作用。
碳纖維
碳纖維作為一種優(yōu)異的增強(qiáng)材料，具有比強(qiáng)度和比模量高、密度低、熱膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)低、伸長率低、耐低溫性能良好等優(yōu)點(diǎn)。可根據(jù)不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求選取不同規(guī)格、不同性能的碳纖維。碳纖維的規(guī)格與性能見下表。
碳纖維的規(guī)格與性能
聚氨酯樹脂對(duì)纖維有良好的浸潤性，但若要兩者形成良好界面還需要更高的黏結(jié)強(qiáng)度。所以，在碳纖維的生產(chǎn)過程中，通常會(huì)對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿處理。主要是防止纖維吸附空氣中的雜質(zhì)和水，保護(hù)纖維表面活性基團(tuán)；同時(shí)可提高纖維的集束功能，改善其浸潤性能，具有一定的補(bǔ)強(qiáng)作用。
- 連續(xù)型碳纖維
但是，目前關(guān)于碳纖維增強(qiáng)聚氨酯樹脂基復(fù)合材料的研究，大多集中在短纖維。相比之下，連續(xù)碳纖維在聚氨酯基復(fù)合材料中應(yīng)用時(shí)，碳纖維的含量大大提高，與聚氨酯樹脂基體的界面面積大，界面結(jié)合力大，增強(qiáng)強(qiáng)度遠(yuǎn)比短纖維高。
其它纖維增強(qiáng)材料
除碳纖維與玻璃纖維外，常用的纖維增強(qiáng)材料還有玄武巖纖維、芳綸纖維等。
玄武巖纖維是以天然玄武巖礦石為原料制成的一種高性能纖維增強(qiáng)材料。玄武巖纖維的耐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性較高，而且使用溫度范圍廣，具有高隔熱隔音性。
芳綸纖維，即芳香族聚酰胺纖維，具有高強(qiáng)度、高模量、低密度和耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，與碳纖維、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維并稱當(dāng)今世界三大高科技纖維。
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