[发明专利]接触成型聚氨酯或聚脲复合材料构件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维增强聚合物基复合材料构件的制备方法，尤其涉及一种类似聚氨酯或聚脲复合材料构件的制备方法。

背景技术

与环氧树脂、不饱和聚酯树脂等聚合物基复合材料的基体树脂相比，聚氨酯、聚脲等材料具有类似的机械性能、耐腐蚀性及耐候性等，而其柔韧性、反应活性却比环氧树脂和不饱和聚酯树脂要高得多。长期以来，因合成聚氨酯、聚脲的两种组分的反应速度快，实现均匀混合后没有充分浸渍增强纤维与构件成型的时间，加上多元醇易吸水而引起异氰酸酯发泡等问题，使聚氨酯等难以在复合材料领域中应用。国外有人研制出反应速度慢的聚氨酯树脂，并将其用在拉挤和布带缠绕纤维增强复合材料构件中，结果表明，纤维增强聚氨酯复合材料的力学性能与纤维增强环氧树脂复合材料的大体相当。如果能够同时解决聚氨酯、聚脲等对增强材料的充分浸润，又保证其能够充分混合，如果能采取措施控制原料吸水，就能以普通聚氨酯和聚脲作为复合材料基体树脂，这不但扩展了复合材料基体树脂的范围，而且与环氧树脂相比，聚氨酯固化反应可以在常温下进行，能大大降低制品生产的能耗；再加上聚氨酯、聚脲的固化反应过程放热少，树脂韧性好，构件不易开裂等优点，成型的构件尺寸可不必受固化炉的限制，厚度可以比环氧和不饱和聚酯树脂复合材料厚，成型的诸如实心圆棒的直径可以更大。

另外，由于聚氨酯与聚脲的韧性比环氧树脂和不饱和聚酯树脂好很多，以此为基体成型的复合材料在开孔、攻丝、钉钉等后加工能力上自然比环氧树脂基复合材料更好。此外，由于聚氨酯与聚脲可以为弹性体，以此为树脂基体还可以制备柔性复合材料构件。

对于大直径复合材料构件，如城市水管、大容量储罐、输变电杆塔等制品，如果以聚氨酯、聚脲为基体，可不必加热固化，可不必担心树脂流失，成型高性能大型构件的设备投入与能耗大大降低。例如，高电压输变电复合杆塔，如以环氧为基体，就必须大尺寸加热固化炉，不仅设备投入大，而且能耗很高，生产周期长。如以不饱和聚酯树脂为基体，树脂对增强材料浸润和构件成型的操作时间紧张，其耐候性也远远不如环氧树脂。聚氨酯具有与环氧树脂相似的力学性能、耐候性、绝缘性；固化快，不需加热；韧性好；如果能以此为基体可方便成型输变电复合杆塔类等大型构件。

对于大尺寸绝缘构件，如复合套管、复合支柱绝缘子等，因其不仅需要机械性能，还对构件绝缘性能有较高要求，目前大部分是环氧基复合材料，主要生产工艺有拉挤、缠绕等。一些需要大直径的制品，如果采用实心结构，重量重、成本高、成型过程容易开裂；如采用空心结构，运行过程为防止内部爬电，需要充气，或其他绝缘介质（如聚氨酯泡沫）。这样就存在聚氨酯与环氧树脂界面的处理问题，如果界面处理不好，就成为弱电界面，存在事故隐患。如果以聚氨酯为基体生产该类构件，首先其绝缘性能满足要求，再者可成型大直径制品（与环氧树脂基复合材料棒比，聚氨酯基复合材料制品的直径可更大），工艺难度低，如果采用轻质夹心结构，不存在界面隐患，还可以降低重量与成本。

可见，如果能有效解决聚氨酯基复合材料成型过程中存在的相关技术问题，则能为聚氨酯在复合材料成型中的应用提供广阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低投入、低成本、适用范围广、能耗低、产品性能好且工艺步骤简单的接触成型聚氨酯或聚脲复合材料构件的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种接触成型聚氨酯或聚脲复合材料构件的制备方法，包括以下步骤：

（1）浸渍：用异氰酸酯浸渍增强材料，制成A预浸料；用多元醇（包括聚酯多元醇、聚醚多元醇）或多元胺浸渍增强材料，制成B预浸料；前述的浸渍过程在干燥环境下进行；

（2）接触成型：浸渍完成后，将所述A预浸料和B预浸料相互接触，通过对接触后的A预浸料和B预浸料进行反复挤压（挤压包括滚压、碾压、对压等），使A预浸料和B预浸料中的原料组分充分混合，同时积厚或积束，待原料组分充分交联反应固化（常温、常压下即可反应）后得到聚氨酯或聚脲复合材料构件。

上述的接触成型聚氨酯或聚脲复合材料构件的制备方法中，所述步骤（1）中，控制单位面积A预浸料上异氰酸酯的量优选为同样面积增强材料质量的40%以下（对于一定厚度的二维织物而言），或控制单位长度A预浸料上异氰酸酯的量优选为同样长度增强材料质量的20%以下（对于纤维束而言）。

上述的接触成型聚氨酯或聚脲复合材料构件的制备方法中，所述步骤（1）中， B预浸料上多元醇或多元胺的用量控制与上述A预浸料基本相同。