HGB-TPU復(fù)合泡沫材料的制備及性能研究.pdf

1、泡沫塑料因其具有輕質(zhì)、比強(qiáng)度高、吸收沖擊載荷能力強(qiáng)、隔熱性能好等特點(diǎn)而備受青睞。然而泡沫塑料在降低密度和成本的同時(shí)，力學(xué)性能也會(huì)下降，這就極大地限制了泡沫塑料的應(yīng)用。特別是在某些運(yùn)動(dòng)場合，如摩托車競賽、足球、橄欖球等運(yùn)動(dòng)防護(hù)，由于泡沫體本身的力學(xué)性能仍不能滿足使用要求，現(xiàn)有的泡沫塑料對(duì)運(yùn)動(dòng)者身體的防護(hù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此需要研制一種既能滿足防護(hù)性又能兼顧舒適性的發(fā)泡材料。熱塑性聚氨酯(TPU)具有優(yōu)良的綜合性能，如高強(qiáng)度、高彈性、高耐磨、

2、減震能力強(qiáng)以及可回收利用等，是一種理想的運(yùn)動(dòng)防護(hù)材料?？招牟Ａ⒅?HGB)是一種新型的輕質(zhì)無機(jī)非金屬材料，具有低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)、低膨脹系數(shù)、高抗壓強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。近年來，以HGB為填料的復(fù)合材料開始成為人們研究的熱點(diǎn)。
　　 本文采用化學(xué)發(fā)泡法，將改性后的HGB填充TPU，通過擠出發(fā)泡工藝和模壓發(fā)泡工藝制備HGB/TPU復(fù)合發(fā)泡材料。在對(duì)HGB/TPU體系流變特性及其影響因素研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析和討論了不同發(fā)泡工藝條件下配方和

3、工藝參數(shù)對(duì)發(fā)泡材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:
　　 (1)先經(jīng)NaOH洗滌再經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的HGB表面被偶聯(lián)劑均勻包覆，且出現(xiàn)了KH550的特征吸收峰，改性后的HGB與TPU基體之間的相容性得到改善，這說明對(duì)HGB的表面改性是有效的。
　　 (2)HGB/TPU熔體屬于假塑性流體，復(fù)數(shù)粘度隨著頻率的增大而減小，呈現(xiàn)典型的切力變稀行為。隨著HGB含量的增大，HGB/TPU體系的復(fù)數(shù)粘度、儲(chǔ)能模量和損耗模量逐漸增大，

4、而損耗角正切則逐漸減小，這說明復(fù)合體系的彈性提高。HGB/TPU體系的表觀粘度隨著溫度的升高而降低，且在高剪切速率區(qū)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的頻率依賴性。
　　 (3)通過對(duì)HGB/TPU擠出發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)的表征及力學(xué)性能的測試，系統(tǒng)地研究了AC發(fā)泡劑含量、HGB含量、口模溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、冷卻方式對(duì)發(fā)泡過程的影響，得出最佳的配方:TPU含量為97份，HGB含量為3份，AC含量為1.5份;最佳的工藝參數(shù):口模溫度為180℃，螺桿轉(zhuǎn)速為35rp

5、m，冷卻條件為空氣自然冷卻。在此條件下獲得的擠出發(fā)泡試樣內(nèi)部泡孔分布均勻，大小均一，約為56μm，泡孔密度最大，發(fā)泡效果最佳;表觀密度達(dá)到最小值0.644g/cm3，發(fā)泡倍率為1.86，拉伸強(qiáng)度為8.21MPa，發(fā)泡性能優(yōu)異。
　　 (4)通過對(duì)HGB/TPU模壓發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)的表征及力學(xué)性能的測試，系統(tǒng)地研究了AC含量、HGB含量、模壓溫度、壓力、發(fā)泡時(shí)間對(duì)發(fā)泡過程的影響，得出最佳的配方:TPU含量為97份，HGB含量為3份

6、，AC含量為1份;最佳的工藝參數(shù):模壓溫度為200℃，壓力為5MPa，發(fā)泡時(shí)間為5min。在此條件下獲得的模壓發(fā)泡試樣內(nèi)部泡孔分布均勻，大小均一，約為70μm，泡孔密度最大，發(fā)泡效果最佳;表觀密度達(dá)到最低值0.436g/cm3，發(fā)泡倍率為2.75，拉伸強(qiáng)度為4.08MPa，壓縮強(qiáng)度為16.38MPa，硬度為48A，綜合性能最好。
　　 (5)在模壓發(fā)泡過程中，添加3份HGB時(shí)試樣的壓縮強(qiáng)度達(dá)到最大值16.38MPa，比未添加HG