三聚氰胺甲醛树脂/酸化蛭石硬质泡沫制备与性能

通过盐酸处理膨胀蛭石得到酸化蛭石,利用酸化蛭石、多聚甲醛和三聚氰胺原位合成具有有机无机连续结构的三聚氰胺甲醛树脂(MF)/酸化蛭石,然后使用MF/酸化蛭石、石油醚、辛基苯酚聚氧乙烯醚、二甲硅油和甲酸制备硬质三聚氰胺甲醛(RMF)泡沫。研究酸化蛭石对RMF泡沫的力学性能、阻燃性能、热稳定性、热导率和微观形态的影响。结果表明,酸化蛭石表面存在羟基,酸化蛭石与三聚氰胺和甲醛反应形成具有连续结构的MF/酸化蛭石,Si-O-C结构把蛭石和三嗪环有效地结合在一起,增大了三嗪环之间的距离,提高了RMF泡沫的压缩强度,同时有利于燃烧时炭层的生成;添加2份酸化蛭石的RMF泡沫的综合性能最为优异,其压缩强度可达到293.81 kPa、极限氧指数为34.5%、粉碎率为2.22%、热导率为0.0363 W/(m·K)。

三聚氰胺甲醛树脂硬质泡沫体的研究

以三聚氰胺和甲醛为原料合成三聚氰胺甲醛树脂,将树脂制成硬质闭孔泡沫体。该泡沫体泡孔分布均匀,直径60～100μm,经测试,氧指数37,导热系数为0.032 W/(m.K),抗折、抗压强度接近聚苯乙烯外墙保温板的部颁标准。

不同密度硬质聚氨酯泡沫的力学性能和本构关系

目的不同密度的硬质聚氨酯泡沫(RPUF)适用于不同的工程应用,通过对不同密度RPUF力学性能开展研究,并对现有的本构模型加以修正,得到材料真实的本构关系。方法通过开展不同密度RPUF材料的准静态压缩实验(0.001 s^(−1))及不同加载速率(100~1000 s^(−1))下的动态压缩力学性能实验,得到材料的应力-应变曲线,在此基础上分析RPUF材料的密度效应及应变率敏感性,得到其真实本构关系。结果RPUF材料力学性能受到密度和应变率的耦合影响,随着密度以及应变率的增大,RPUF材料的屈服应力呈指数函数形式增大;给出了RPUF材料屈服应力与应变率及密度之间的函数关系式。结论得到了基于实验数据以及横向惯性效应修正后的Sherwood-Frost模型(M-S-F模型),研究结果可为RPUF材料在抗冲击方面的工程应用提供指导。

聚氨酯/三聚氰胺甲醛树脂互穿网络硬质泡沫性能的研究

采用分步IPN法合成了一系列聚氨酯/三聚氰胺甲醛树脂互穿网络硬质泡沫,并通过表观密度、压缩强度、弯曲强度、阻燃性能和泡孔结构对其进行了表征.结果表明:随着聚氨酯的加入,泡沫塑料的表观密度降低,并有效提高泡沫塑料的力学性能.但在加入20%的聚氨酯之后,力学性能增加不明显,且泡沫塑料从高难燃材料、难燃材料,向易燃材料转变.

硬质聚氨酯泡沫塑料在旅游景区建筑节能中的应用

硬质聚氨酯泡沫塑料在旅游景区建筑节能中的应用,凸显了其对全球节能和可持续发展趋势的响应。随着人们对气候变化的日益关注,越来越多的地区实施严格的建筑能效标准,从而推动了硬质聚氨酯泡沫塑料等新型建筑材料的应用。这种材料以其卓越的绝热性显著降低了建筑的能源需求。

基于光谱学分析的硬质聚氨酯泡沫/钢渣/次磷酸铝复合材料阻燃机理研究

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢渣的附加值,将SS和次磷酸铝(AHP)引入到RPUF中,采用一步全水发泡法,制备一系列阻燃RPUF(FR-RPUF)复合材料。利用射线荧光光谱分析(XRF)探究了SS的化学成分,并系统研究了SS/AHP对FR-RPUF复合材料的微观形貌、热稳定性、阻燃性能以及气相产物的影响。XRF测试表明:钢渣的化学成分主要是CaO、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SO_(3)、MgO,以上金属氧化物能够作为协效剂促进聚合物成炭,并覆盖在材料表面阻隔燃烧热,在凝聚相达到阻燃目的。扫描电镜(SEM)测试表明:SS/AHP与RPUF基体的相容性较差导致FR-RPUF的泡孔出现不同程度的破损。阻燃测试表明:RPUF-1、RPUF-4、RPUF-5的极限氧指数分别为24.2 vol%、23.4 vol%、19.7 vol%,说明SS和AHP存在一定的协效阻燃作用,且RPUF/SS/AHP复合材料全部通过UL-94 V-0级别,满足外墙保温材料使用要求。热重-红外分析(TG-FTIR)测试表明:SS/AHP并未改变RPUF的降解过程,气相产物主要为碳氢化合物、羰基化合物、氨基甲酸酯、CO_(2)、异氰酸酯化合物、芳香族化合物、氰化氢、羰基化合物和酯类。对典型挥发性产物进一步分析发现,AHP和SS的加入促进RPUF基体早期降解。拉曼测试表明:当SS/AHP加入到RPUF后,RPUF-4的D峰与G峰的峰面积比(I_(D)/I_(G))值最小,表明SS/AHP的加入提高了FR-RPUF复合材料炭渣的致密性、石墨化程度。结合上述分析提出阻燃机理:首先AHP吸热分解,降低了火焰周围的温度,其分解的PO·自由基捕获游离的HO·抑制连锁反应,分解产生的焦磷酸铝与炭渣覆盖在基体表面,抑制了火焰和可燃气体的扩散。AHP分解产生的PH3遇氧气生成酸性物质(磷酸和聚磷酸),促进了RPUF脱水成炭,并且钢渣中的矿物成分会与磷酸或聚磷酸反应,形成致密炭层,与AHP共同发挥协效阻燃作用。研究为SS和AHP复配阻燃硬质聚氨酯泡沫材料提供理论依据和实验基础。

无卤阻燃全水发泡聚氨酯硬质泡沫的研究进展

聚氨酯硬质泡沫塑料是一种综合性能优异的功能材料,应用十分广泛。近年来,随着环保标准与防火要求的提高,与聚氨酯硬质泡沫相关的研究取得了可喜的成果。为了给后续研究提供参考,对比分析了氯氟烃、戊烷等物理发泡剂和全水化学发泡对阻燃的影响,介绍了阻燃聚氨酯硬质泡沫的发展概况,梳理了无卤阻燃聚氨酯硬质泡沫的阻燃机理,综述了阻燃聚氨酯硬质泡沫在重点领域的应用进展情况。

基于ALE方法的弹体入水硬质聚氨酯泡沫缓冲器降载性能分析

针对弹体高速入水过程中的降载问题,设计一种硬质聚氨酯泡沫缓冲器。基于霍普金森压杆实验技术,获取冲击载荷下硬质聚氨酯泡沫密度和应变率效应,构建其宏观本构模型。采用拉格朗日-欧拉流固耦合方法(ALE),建立弹体入水冲击数值仿真模型,验证所建本构关系及ALE方法的合理性,对加装缓冲器的弹体高速入水问题进行数值仿真计算,获得入水过程中硬质聚氨酯泡沫的动态破坏过程及弹体运动参数,从而分析硬质聚氨酯泡沫密度、厚度对降载特性影响规律,讨论不同入水速度下硬质聚氨酯泡沫参数的设计方法。研究结果表明:硬质聚氨酯泡沫动态力学性能应变率效应不明显,但密度效应明显,缓冲降载性能随硬质聚氨酯泡沫密度和厚度的增大而升高。

聚氨酯硬质泡沫材料的阻燃改性进展

聚氨酯硬泡材料(RPUF)优异的隔热性、低密度和良好的压缩性质使其被广泛用作建筑、汽车、电子电器等领域的隔热保温材料,但RPUF极易燃烧、火焰蔓延速率快、烟毒性大等缺点给人们的生命安全造成了巨大的损失。传统的反应型阻燃聚氨酯硬泡材料阻燃效率低,而添加性阻燃剂与聚氨酯基体不相容而对其制备工艺和力学性能有严重的影响。文中综述了近年来发展的层层自组装(LBL)法、光热固化涂覆法、气凝胶涂覆法等新型的阻燃聚氨酯制备途径,这些方法在保证聚氨酯硬泡材料优异的物理性能基础上能同时提升阻燃效率,制备出高效阻燃RPUF,并展望了未来阻燃聚氨酯的发展趋势与前景。

硬质聚氨酯泡沫/EG/MPP复合材料的制备及阻燃性能

将三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)与可膨胀石墨(EG)进行复配,并采用一步法全水发泡法制备了硬质聚氨酯泡沫/可膨胀石墨/三聚氰胺聚磷酸盐(RPUF/EG/MPP)复合材料。在此基础上,采用热重分析(TG)、阻燃测试、微型量热(MCC)、扫描电镜(SEM)系统研究RPUF/EG/MPP复合材料的热稳定性、阻燃性、燃烧特性和炭渣微观形貌。研究表明,EG和MPP的加入可以明显提高RPUF/EG/MPP复合材料的热稳定性,40.6份MPP和20.3份EG的加入使得RPUF-2在800℃时,残炭率高达31.7%。阻燃测试表明,MPP和EG之间存在协效阻燃作用,其最大极限氧指数可达29.9%。微型量热测试表明,MPP和EG的加入可以有效降低RPUF复合材料燃烧过程中的热释放,提升其火灾安全性能。

典型硅化合物阻燃硬质聚氨酯泡沫的火灾安全性能

将正硅酸乙酯(TEOS)作为阻燃剂,以提高硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的火灾安全性能。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对其进行表征,根据锥形量热仪测试(CCT)、微型量热仪(MCC)、热重分析(TG)、热重-红外联用(TG-IR)和极限氧指数(LOI)测试RPUF复合材料火灾安全性能。CCT结果表明,RPUF/TEOS复合材料的热释放速率峰值(PHRR)降低。RPUF/TEOS1.0的点燃时间与纯RPUF相比延长了7倍,复合材料的CO和CO_(2)的峰值释放速率均降低。RPUF/TEOS2.0烟释放速率峰值(PSPR)降低了35%。RPUF/TEOS1.0的火灾性能指数(FPI)是纯RPUF的7.42倍,而火灾蔓延指数(FGI)是纯RPUF的0.24倍。RPUF/TEOS复合材料的极限氧指数(LOI)值均高于纯RPUF。TEOS的加入使RPUF/TEOS复合材料的炭层更加稳定与致密,抑制了热和氧的传递。因此,TEOS的引入提高了RPUF复合材料的火灾安全性能。

HFC-365mfc/227ea替代HCFC-141b在硬质聚氨酯泡沫喷涂中的应用

以HFC-365mfc/227ea混合发泡剂替代HCFC-141b,采用喷涂工艺进行低密度硬质聚氨酯泡沫外绝热防护层的生产,对发泡剂用量、泡沫性能、泡沫尺寸稳定性等进行了研究。结果表明:当泡沫的密度、机械强度和导热系数满足外绝热防护层技术要求时,HFC-365mfc/227ea混合发泡剂用量为38~44 g;采用HFC-365mfc/227ea混合发泡剂制备的泡沫密度与HCFC-141b相近时,发泡剂用量比HCFC-141b多25%左右,泡沫的压缩强度和模量高15%、剪切强度和模量比HCFC-141b高50%,导热系数低10%。在不超过80℃的使用温度范围内,HFC-365mfc/227ea混合发泡剂制备的泡沫具有良好的尺寸稳定性,尺寸变化率不超过1%。

硬质聚氨酯泡沫动态压缩本构模型研究及有限元仿真

硬质聚氨酯泡沫常被用于缓冲吸能结构,为了更好地在动态加载场景中对该材料进行设计及仿真,需要对其动态力学性能及本构模型进行研究。文章对硬质聚氨酯泡沫进行中低应变率下的动态压缩试验,并进一步分析了应变率对材料性能的影响;使用Avalle模型建立了描述材料压缩力学行为的本构模型,在模型中引入应变率项并基于试验数据的量化分析结果对模型进行了修正;在ABAQUS有限元软件中输入修正后的Avalle本构模型数据,对硬质聚氨酯泡沫进行冲击仿真。研究结果表明:硬质聚氨酯泡沫应力-应变响应对应变率具有敏感性,修正后的Avalle模型对多种应变率下的试验数据拟合较好,而基于该模型进行的有限元数值仿真在6 m/s及8 m/s的冲击条件下加速度峰值与试验数据误差分别为4.09%以及12.72%,模型可靠性较高。

综合性高分子化学实验设计:硬质聚氨酯泡沫材料制备与性能表征

针对传统“高分子化学实验”课程教学中,存在综合性、研究性实验项目少,不能支撑“新工科”人才实践和创新能力培养要求等问题,开发了硬质聚氨酯泡沫材料制备与性能表征综合实验项目。采用全水发泡体系,通过调节发泡剂和阻燃剂用量,制备了七组聚氨酯泡沫材料,然后采用国标方法表征了材料的表观密度、压缩强度和氧指数,分析了发泡剂和阻燃剂不同配比对泡沫材料性能的影响及原因。本实验贴近高分子产业发展,突出综合性和研究性,教学过程实现了基本实验技能与科学研究方法训练的有机结合,有助于提升高分子化学实验课程“创新性、高阶性和挑战度”,支撑“新工科”人才培养。

硬质聚氨酯泡沫材料制备与成型工艺的研究进展

硬质聚氨酯泡沫材料凭借其优秀的理化性能和机械性能,广泛应用于国民生产和国防军工等多个领域,具有不可替代的重要作用。同时,随着材料成型技术的进步,又发展出一些性能增强的新型硬质聚氨酯复合材料。本文综述了硬质聚氨酯泡沫材料的原料体系、成型工艺及阻燃聚氨酯泡沫、材料增强方法的最近研究进展,详细分析了异氰酸酯、多元醇和多种纤维和粒子增强材料对硬质聚氨酯泡沫性能的增强机理及影响规律。最后,对硬质聚氨酯泡沫材料的未来研究和发展方向进行了展望。

改性氧化石墨烯对硬质聚氨酯泡沫的协效阻燃

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)具有较好的隔热保温性能,但是,易燃烧,需要提高其阻燃性能。制备氧化石墨烯(GO)后,采用氧化锌(ZnO)对GO的分散性进行改性,复配阻燃剂,应用于RPUF的阻燃处理。利用锥形量热、氧指数、红外光谱、X射线衍射、透射电镜和热重,对其阻燃性能和阻燃机理进行研究。结果表明,ZnO成功负载于GO表面,同时改善了GO的分散性及热稳定性,FGO/RPUF阻燃复合材料的LOI为28.8,与纯RPUF(LOIRPUF=19.4)相比,提高了9.4,燃烧等级达到了V-0级;CO_(2)释放量、烟释放总量和热释放总量与GO/RPUF阻燃复合材料相比,分别降低了6.75%、7.64%和11.33%,残炭量提升了3.35%。加入GO后,“蠕虫状”的膨胀炭层更加致密、平整,阻燃性能得到提升。

聚氨酯/环氧树脂互穿网络硬质泡沫塑料反应过程和微观结构

聚氨酯/环氧树脂互穿网络(PU/EP IPN)硬泡中异氰酸根的消耗速度较纯PU硬泡高,是由于环氧树脂的固化剂同时也是异氰酸根反应的催化剂。而PU/EP IPN硬泡中环氧基的反应速度和反应程度均较纯EP网络低,归因于互穿网络对基因扩散的阻碍。在互穿网络硬泡形成过程中,存在环氧开环中所新产生的羟基与异氰酸根的反应、大分子多元醇中羟基与环氧基的反应以及异氰酸根与环氧基形成噁唑烷酮的反应三种形成网络间的化学键的途径。同时由于PU/EP IPN硬泡高度的交联,使得IPN硬泡中两个网络具有良好的相容性。动态力学性能表明所有IPN样品都只有一个玻璃化温度。透射电镜表明IPN样品无明显的相界面。

阻燃硬质聚氨酯泡沫的进展

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)为多元醇与异氰酸酯通过加聚反应制备的高分子材料,由于其具有低导热性、显著的力学性能,并且,质地轻盈,被广泛应用于各个领域。但是,硬质聚氨酯泡沫具有特殊的多孔结构和大量的碳氢链段,极易燃烧,并且,在燃烧过程中释放CO、NO_(x)及HCN等有毒气体,使其在使用过程中存在极大的火灾安全隐患,需要进行阻燃处理。目前,阻燃方法主要有反应型阻燃、添加型阻燃和纳米复合等,通过叠加使用上述方法,实现协效阻燃、催化成炭、减烟抑毒的目的,有效地降低了复合材料燃烧时的热危害和毒性危害。基于阻燃机理,进一步分析国内外添加型阻燃剂、反应型阻燃剂、结构型阻燃剂、涂层型阻燃的研究现状及存在的问题,并且,阐述了生物质基聚氨酯泡沫的研究进展。最后,对硬质聚氨酯泡沫的发展前景进行展望。

聚氨酯/UP树脂互穿网络硬质泡沫塑料的研究

对聚氨酯/UP树脂互穿网络硬质泡沫塑料体系进行了研究。通过改变UP树脂用量,得到提高压缩强度的优化配方,并对短切玻璃纤维的增强效果进行了研究,同时对该互穿网络微观结构及制备工艺进行了初步探讨。

聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物硬质泡沫机械性能研究

采用同步法合成了聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物(PU/EP IPN)硬质泡沫,对机械性能进行了研究。结果表明,与纯聚氨酯硬质泡沫相比,PU/EP IPN硬质泡沫的压缩强度和弯曲强度明显提高,在PU/EP IPN硬质泡沫中,随环氧树脂含量增加,PU/EP IPN硬质泡沫压缩强度和弯曲强度随之增大,当E-39D质量分数增加到24.2%时,PU/EP IPN硬质泡沫压缩强度和弯曲强度出现最大值;PU/EP IPN硬质泡沫机械强度随材料密度的增大而增加;随着环氧树脂中环氧值的增加,PU/EP IPN硬质泡沫的压缩强度、弯曲强度和拉伸强度均呈逐渐升高的趋势。