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硬质聚氨酯泡沫塑料及其连续玻璃纤维增强复合材料的性能研究

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第1章 前言

第2章 实验部分

第3章 纯硬质聚氨酯泡沫塑料的制备及其表征

第4章 阻燃型硬质聚氨酯泡沫塑料的性能研究

第5章 连续玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料的性能研究

第6章 阻燃型连续玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料的性能研究

第7章 结论

致谢

原创性声明及知识产权保护声明

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摘要

硬质聚氨酯泡沫塑料具有质轻、隔热保温、优良的吸音和抗震性，以及较好的耐化学腐蚀性等优点，同时还具有高的比强度和比模量，因此，广泛应用于冰箱、冰柜和管道的保温，材料的防撞缓冲包装或衬垫；较高密度的硬质聚氨酯泡沫塑料还可以作为工程结构材料使用。但是纯硬质聚氨酯泡沫塑料作为结构材料使用时，强度不够，通常须采用短玻璃纤维、玻璃微珠或纳米粒子等进行增强。这些材料能在一定程度上提高硬质聚氨酯泡沫的弯曲和拉伸性能，但是冲击强度通常都降低。并且，由于硬质聚氨酯泡沫塑料属于易燃材料，在使用前都需要进行阻燃处理。因此，本论文围绕硬质聚氨酯泡沫塑料的增强和阻燃开展相关的应用研究。 为了制备具有高弯曲、冲击性能和良好阻燃性能的硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，选取了连续玻璃纤维和无卤阻燃剂来改善硬质聚氨酯泡沫塑料的强度和阻燃性能。采用红外光谱仪(FTIR)、电子万能试验机、冲击试验机、热重分析仪(TGA)、动态力学性能分析仪(DMA)、体式显微镜以及扫描电镜(SEM)等测试表征手段对复合材料的结构与性能进行一系列的表征，着重研究了聚氨酯硬质泡沫塑料基体密度、连续玻璃纤维的添加量以及不同的无卤阻燃剂的种类及含量对材料性能的影响，初步探讨了增强和阻燃的机理。 论文通过对配方的合理选择及设计，制备了一系列不同密度的硬质聚氨酯泡沫塑料，考察了不同的催化剂含量对硬质聚氨酯泡沫塑料发泡、凝胶和固化速率的影响，发现催化剂添加量减少，体系的发泡、凝胶和固化速率都降低。硬质聚氨酯泡沫塑料红外光谱分析表明，制备的材料具有聚氨酯的特征化学结构；同时硬质聚氨酯泡沫塑料的密度对弯曲性能影响较大，弯曲强度和模量都随其密度的增加而增大。 阻燃剂的种类和含量对硬质聚氨酯泡沫塑料的各种性能都有一定的影响。FR-D的加入对材料的弯曲和冲击性能影响不大，但材料的Tg降低；氧指数的测试中发现，含FR-D的复合材料具有良好的阻燃性能。FR-A和FR-M的加入使材料的弯曲和冲击性能先增加后减小，这与阻燃剂粒子在体系中的分散性有关，并且FR-M也使材料的Tg变化不规则；在TGA测试中，含FR-M和FR-P复合材料的残余质量都较高，而含ATH复合材料的残余质量较低：在氧指数的测试中，含FR-M和FR-P的复合材料都有较好的阻燃效果，而含FR-A的复合材料阻燃效果较差。 连续玻璃纤维的含量和硬质聚氨酯泡沫塑料基体的密度对复合材料的性能有很大的影响。玻璃纤维含量增加使复合材料的弯曲、冲击性能和热变形温度显著提高，同时使复合材料的Tg先升高后降低；基体密度的增加也使复合材料的弯曲和冲击性能提高；SEM观察表明，基体与玻璃纤维之间具有良好的粘结，这是复合材料具有良好的力学性能的重要原因；氧指数也随玻璃纤维体积分数的增加而提高。 在制备玻璃纤维增强复合材料的体系中加入阻燃剂，研究阻燃剂种类及其添加量对复合材料性能的影响。FR-D的加入对复合材料的弯曲和冲击性能影响不大，但是FR-M的加入使复合材料的弯曲和冲击性能变差；FR-D和FR-M的加入使复合材料的阻燃性能有较大幅度的提高，相比之下，FR-D的效果更好；两种阻燃剂的加入都使复合材料的热变形温度降低，FR-D体系下降更加明显。

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