聚氨酯復(fù)合材料正逐漸替代以往長(zhǎng)期被不飽和樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂主導(dǎo)的應(yīng)用領(lǐng)域，復(fù)合材料常用樹(shù)脂的優(yōu)缺點(diǎn)
聚氨酯復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)
使聚氨酯復(fù)材的工藝
1.R-RIM（反應(yīng)注射成型）
標(biāo)準(zhǔn)的RIM不增強(qiáng)，增強(qiáng)的RIM按增強(qiáng)的材料不同分為R-RIM和S-RIM。
R-RIM（Reinforced Reaction Injection Moulding，增強(qiáng)反應(yīng)注射成型）：以磨碎玻璃纖維等粉狀材料增強(qiáng)。
S-RIM（Structural Reaction Injection Moulding，結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射成型）：以玻璃纖維織物、短切氈/連續(xù)氈、預(yù)成型料增強(qiáng)。
VFI（Variable Fiber Injection，可變纖維注射成型）：為克服SRIM預(yù)放氈和玻璃纖維加入量有限（玻璃纖維量增加，樹(shù)脂流動(dòng)性下降，有小氣泡）的不足，德國(guó)、意大利開(kāi)發(fā)了VFI，直接將玻璃纖維無(wú)捻粗紗短切分散進(jìn)入混料腔，然后與聚氨酯一起注入模具，固化成型。與S-RIM工藝相比，VFI高密度制品性能更好。
2.LFI（長(zhǎng)纖維注射成型）
LFI （Long fiber Injection，長(zhǎng)纖維注射成型），主要用于生產(chǎn)對(duì)力學(xué)性能要求較低，但設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的車內(nèi)部件，如儀表盤(pán)、內(nèi)飾板、車身底板等。
該工藝中，切割機(jī)從合股紗中切割出25-50毫米長(zhǎng)的短切紗，輸入溫控模具。同時(shí)，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(qiáng)的聚氨酯部件。
LFI是令人關(guān)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(zhǔn)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(shù)脂被同時(shí)輸入，成型時(shí)間更短。LFI比S-RIM達(dá)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(fù)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(bào)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(fù)合材料用于拖拉機(jī)罩、重卡板材、推土機(jī)外車身板、公共汽車行李架等。
3．FCS（纖維噴射成型）
聚氨酯復(fù)合材料的FCS（纖維復(fù)合噴射）技術(shù)是一種新穎的解決方案?？蓱?yīng)用于大型纖維復(fù)合材料制品市場(chǎng)。典型應(yīng)用是一般用途車輛（如公共汽車、拖拉機(jī)等）的車身部件和卡車的擋風(fēng)板、駕駛室等，同時(shí)在建筑和基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)中也有很多潛在應(yīng)用。
手糊法在復(fù)合材料制品生產(chǎn)中仍舊很普遍，手糊法的明顯優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備成本最低，能夠制造形狀非常復(fù)雜的制品。其缺點(diǎn)是人力成本很高，周期長(zhǎng)，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(duì)健康不利，為減少這一風(fēng)險(xiǎn)，需要額外增加運(yùn)營(yíng)成本。而纖維復(fù)合噴射技術(shù)在滿足制品制作要求的同時(shí)，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(dá)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(xué)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(shuō)，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(duì)汽車等用途很有吸引力。典型用途有車身底板、行李倉(cāng)底板、備胎罩、天窗板等。
Baypreg可用多種纖維材料如玻璃纖維、碳纖維或天然纖維增強(qiáng)。適用于各種壓塑工藝，與各類型的芯材相容，整個(gè)過(guò)程不使用溶劑。
Multitec法
這是更新的敞模噴射技術(shù)。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(jī)械手自動(dòng)噴射。這種工藝典型的制品是水療設(shè)備、魚(yú)缸、淋浴盤(pán)、休閑車輛部件、拖拉機(jī)防護(hù)罩和翼子板等。
4．拉擠成型
在聚氨酯拉擠過(guò)程中，可以使用更多的增強(qiáng)纖維，使制品的強(qiáng)度大大提高。同時(shí)，由于聚氨酯本身優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)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(wú)捻粗紗來(lái)制得更薄的工字梁，同時(shí)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(kāi)裂。
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(dān)、電線桿、曲棍球桿、貨柜板材等。
聚氨酯拉擠材料最新的應(yīng)用是門窗系統(tǒng)，它能夠制得更大、更薄而強(qiáng)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(gè)新的用途是鐵路枕木。枕木看似木材，它可用普通木工工具進(jìn)行鋸、刨、釘、上螺絲和膠粘加工。其熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率很低。由于有纖維增強(qiáng)，其抗壓、抗拉、抗彎強(qiáng)度都很高，使用壽命比傳統(tǒng)枕木長(zhǎng)3倍。用于其閉孔機(jī)構(gòu)，即使在暴雨中吸水也極少，不會(huì)影響其電絕緣性能能。其重量和現(xiàn)場(chǎng)加工性能也大大優(yōu)于混泥土，可制成任意長(zhǎng)度，不用為每種長(zhǎng)度另制模具。此外，它非常環(huán)保，制造時(shí)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。
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供應(yīng)商的很大興趣。一大突破是加拿大的RS技術(shù)公司使用其專有的聚氨酯樹(shù)脂和纖維纏繞專利技術(shù)制造了裝配式復(fù)合材料電線桿。這是第一種聚氨酯復(fù)合材料電線桿。聚氨酯復(fù)合材料可以制造更長(zhǎng)的電線桿，而聚酯復(fù)合材料多用于較小的電線桿。這個(gè)電線桿的內(nèi)層用芳族聚氨酯，外面兩層用脂族聚氨酯。這種樹(shù)脂體系的強(qiáng)度、韌性更高，減輕了45%的重量。
另一個(gè)潛在應(yīng)用領(lǐng)域是耐腐蝕管道和在中東、東南亞地區(qū)的飲用水設(shè)施。熱水箱也很有發(fā)展前景。利用纏繞成型工藝，聚氨酯復(fù)合材料制成的水箱，比聚酯水箱的爆破強(qiáng)度提高40%-50%。
6、樹(shù)脂傳遞成型（RTM）
幾十年以來(lái)，樹(shù)脂傳遞成型(RTM)工藝一直都被用來(lái)制造復(fù)合材料部件。用于此工藝的樹(shù)脂包括有聚酯、乙烯酯和環(huán)氧樹(shù)脂?？扑紕?chuàng)致力于聚氨酯樹(shù)脂在RTM工藝的開(kāi)發(fā)工作。在RTM工藝中，纖維玻璃墊被置于雙面模具之中。當(dāng)模具閉合時(shí)聚氨酯樹(shù)脂被注射入內(nèi)。當(dāng)部件進(jìn)行固化后，模具再次打開(kāi)從而得到最終部件。
真空灌注成型是RTM的一種形式，通過(guò)纖維滲透讓真空將樹(shù)脂吸入模具之中，而不是注射入模具。真空灌注成型確保了纖維玻璃墊的完全浸潤(rùn)，并且消除了可能會(huì)造成部件缺陷的干燥點(diǎn)。
據(jù)悉，把聚氨酯適用期延長(zhǎng)到30分鐘以上的進(jìn)展，使各種灌注成型工藝成為可能。亨斯邁、科思創(chuàng)都研發(fā)了適用于真空灌注成型的聚氨酯樹(shù)脂。
利用RTM工藝制程的聚氨酯復(fù)合材料，比其他樹(shù)脂如不飽和樹(shù)脂或乙烯酯的物理性能更優(yōu)異。它們常被用于防爆防彈和體育器械等領(lǐng)域。
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