一文讀懂聚氨酯復合材料成型工藝
時間：2022-07-04 09:17:58 瀏覽量：
玻璃纖維復合材料行業(yè)的發(fā)展日新月異，聚氨酯樹脂因其韌性好、固化快、環(huán)保無揮發(fā)等優(yōu)點，以往長期被不飽和樹脂和環(huán)氧樹脂主導的應用領域，正逐漸被替代…
復合材料常用樹脂的優(yōu)缺點
聚氨酯復合材料的優(yōu)勢
至今，纖維增強聚氨酯復合材料發(fā)展了長纖維注射(LFI)、拉擠、纏繞、樹脂傳遞成型等工藝，主要用不發(fā)泡的聚氨酯復合材料生產(chǎn)窗框、電線桿、浴缸、汽車大型部件等制品。
1.R-RIM（反應注射成型）
標準的RIM不增強，增強的RIM按增強的材料不同分為R-RIM和S-RIM。
R-RIM（Reinforced Reaction Injection Moulding，增強反應注射成型）：以磨碎玻璃纖維等粉狀材料增強。
S-RIM（Structural Reaction Injection Moulding，結(jié)構(gòu)反應注射成型）：以玻璃纖維織物、短切氈/連續(xù)氈、預成型料增強。
2.LFI（長纖維注射成型）
LFI （Long fiber Injection，長纖維注射成型），主要用于生產(chǎn)對力學性能要求較低，但設計更為復雜的車內(nèi)部件，如儀表盤、內(nèi)飾板、車身底板等。
該工藝中，切割機從合股紗中切割出25-50毫米長的短切紗，輸入溫控模具。同時，含有異氰酸酯、多元醇和催化劑的混合物也被輸入模具。LFI能夠高效地生產(chǎn)出輕質(zhì)高強的聚氨酯部件。
LFI是令人關注的可替代S-RIM的成型方法。LFI基本是一次作業(yè)，而S-RIM需要多道工序：準備玻纖氈，把氈鋪入模具，然后注入聚氨酯。由于LFI工藝中纖維和樹脂被同時輸入，成型時間更短。LFI比S-RIM達到更高的玻璃纖維加入量，還適用于更多的聚氨酯配方，能夠制得更輕的制品，性能更好。
汽車行業(yè)首先采用了LFI工藝制造的聚氨酯復合材料，用于結(jié)構(gòu)和半結(jié)構(gòu)板材，如車頂組件。據(jù)報道，一輛跑車的LFI聚氨酯車頂，比鋼制車頂輕20%，剛度比鋁車頂或其他玻璃鋼車頂高一倍多。
在農(nóng)用和商業(yè)車行業(yè)，LFI聚氨酯復合材料用于拖拉機罩、重卡板材、推土機外車身板、公共汽車行李架等。
拖拉機罩
3．FCS（纖維噴射成型）
聚氨酯復合材料的FCS（纖維復合噴射）技術是一種新穎的解決方案?？蓱糜诖笮屠w維復合材料制品市場。典型應用是一般用途車輛（如公共汽車、拖拉機等）的車身部件和卡車的擋風板、駕駛室等，同時在建筑和基礎設施行業(yè)中也有很多潛在應用。
卡車擋風板
手糊法在復合材料制品生產(chǎn)中仍舊很普遍，手糊法的明顯優(yōu)點是設備成本最低，能夠制造形狀非常復雜的制品。其缺點是人力成本很高，周期長，并且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。此外，生產(chǎn)中所排放的苯乙烯對健康不利，為減少這一風險，需要額外增加運營成本。而纖維復合噴射技術在滿足制品制作要求的同時，可以一定程度避免手糊工藝中存在的不利因素，并且能夠得到品質(zhì)優(yōu)越的制品。
FCS工藝中采用的4組分混合頭提供了選用多種材料的可能性。例如，選擇不同的多元醇（最多達3種），就可在同一產(chǎn)品中兼容致密層和泡沫層。泡沫層可減輕產(chǎn)品重量，還可改善聲學性能。另一變異方法是使用兩種不同的多元醇和兩種異氰酸酯。換句話說，該系統(tǒng)可做成兩種完全不同的聚氨酯體系，例如產(chǎn)品外層是用脂族聚氨酯制成的耐紫外線皮層，而內(nèi)層則是一般的聚氨酯。
Baypreg法
這是一種夾芯板的制造工藝。把紙蜂窩等芯材埋在兩層玻纖氈之間，用雙組份聚氨酯噴射浸漬，然后在閉合模具中壓塑并加熱固化。這種板材比其他夾芯產(chǎn)品更輕，因而對汽車等用途很有吸引力。典型用途有車身底板、行李倉底板、備胎罩、天窗板等。
天窗板
Baypreg可用多種纖維材料如玻璃纖維、碳纖維或天然纖維增強。適用于各種壓塑工藝，與各類型的芯材相容，整個過程不使用溶劑。
Multitec法
這是更新的敞模噴射技術。經(jīng)短切的玻璃纖維和快速固化的聚氨酯混合料中在室溫下被噴射入模，并在敞模中固化。
制造少量制件可以人工噴射，而大批量生產(chǎn)則可用機械手自動噴射。這種工藝典型的制品是水療設備、魚缸、淋浴盤、休閑車輛部件、拖拉機防護罩和翼子板等。
水療設備
4．拉擠成型
近年來，聚氨酯拉擠成型已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化。北美的拉擠廠商看到了中國拉擠產(chǎn)品市場的競爭激烈，希望通過聚氨酯更高的韌性和強度來尋求發(fā)展機遇。
在聚氨酯拉擠過程中，可以使用更多的增強纖維，使制品的強度大大提高。同時，由于聚氨酯本身優(yōu)異的沖擊強度、拉伸強度和層間剪切強度，制品可制得更薄更輕。例如，可用更少的連續(xù)原絲氈，而用更多的無捻粗紗來制得更薄的工字梁，同時保持其縱向剛度不變，不但減輕了重量，還降低了成本。此外，聚氨酯拉擠材料的脆性更小，可用常規(guī)方式裝配而不開裂和破碎。
聚氨酯拉擠材料包括型材、桿件和板材，如梯子桿、工具柄、電線桿橫擔、電線桿、曲棍球桿、貨柜板材等。
聚氨酯拉擠材料最新的應用是門窗系統(tǒng)，它能夠制得更大、更薄而強度足夠的型材，用于大窗框甚至幕墻。這種窗框比鋁、木和塑料窗框更好，具有良好的脹縮性能、耐候性好、外觀經(jīng)涂漆后可形成木質(zhì)外觀。
另一個新的用途是鐵路枕木。日本積水化學已成功將其用于鐵路建造，所用的聚氨酯樹脂來自科思創(chuàng)。這種枕木看似木材，結(jié)合了天然產(chǎn)品和現(xiàn)代設計的所有優(yōu)點。它可用普通木工工具進行鋸、刨、釘、上螺絲和膠粘加工。其熱膨脹系數(shù)和導熱率很低。由于有纖維增強，其抗壓、抗拉、抗彎強度都很高，使用壽命比傳統(tǒng)枕木長3倍多。用于其閉孔機構(gòu)，即使在暴雨中吸水極少，不會影響其電絕緣性能能。其重量和現(xiàn)場加工性能也大大優(yōu)于混泥土，可制成任意長度，不用為每種長度另制模具。此外，它非常環(huán)保，制造時不使用溶劑，生命周期結(jié)束后可循環(huán)利用。日本著名的高速列車“新干線”的鐵軌就使用了這種枕木。
鐵路枕木
5、纏繞成型
在纏繞成型中，用聚氨酯代替聚酯引起了聚氨酯
