近年來，高強(qiáng)度硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，特別是在其混雜增強(qiáng)和納米增強(qiáng)方面取得了顯著進(jìn)展。隨著高強(qiáng)度硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的不斷發(fā)展，必將在管材、橋梁型材以及軍工宇航器件等需要承受高負(fù)荷的部件方面獲得更廣泛的應(yīng)用。

增強(qiáng)機(jī)理

Cotgreave和Korzeniowski主要研究玻璃纖維對泡沫塑料的增強(qiáng)機(jī)理和失效機(jī)理,他們在增強(qiáng)聚氨酯泡沫塑料強(qiáng)度和斷裂特性研究中，主要提出了如下的觀點(diǎn)：纖維的加入產(chǎn)生泡沫材料胞體形狀的局部改變，這種變化影響了泡沫材料的臨界纖維性質(zhì)。

并且，他們根據(jù)斷裂發(fā)生在遠(yuǎn)離纖維界面的破壞機(jī)理確定了增強(qiáng)聚氨酯泡沫塑料的臨界纖維長度(泡沫增強(qiáng)的最大纖維長度)，這一長度依賴于基體材料的剪切強(qiáng)度和泡沫密度。

混雜增強(qiáng)方式

在纖維增強(qiáng)中，常用的纖維有玻璃纖維、碳纖維、有機(jī)纖維、天然植物纖維等。另外，近年來涌現(xiàn)出一批無機(jī)人造纖維(如機(jī)械強(qiáng)度很高的硅酸鋁纖維、金屬纖維、硼纖維和SiC纖維)和陶瓷纖維應(yīng)用于硬質(zhì)聚氨酯泡沫中。另一方面，無機(jī)粒子也經(jīng)常被用來填充聚氨酯硬泡，改善聚氨酯硬泡的壓縮強(qiáng)度和彈性模量，提高材料的剛度、硬度和尺寸穩(wěn)定性，常用的主要有CaCO2、SiO2、BaSO4、玻璃微珠、滑石粉和陶瓷微珠等。

不同類型的填料對泡沫塑料的增強(qiáng)效果是不同的。纖維增強(qiáng)技術(shù)可以提高泡沫塑料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，但可能減弱其壓縮強(qiáng)度，采用無機(jī)粒子填充技術(shù)則可以明顯地改善泡沫塑料的壓縮強(qiáng)度、彈性模量、尺寸穩(wěn)定性以及硬度，但會(huì)降低其拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。所以現(xiàn)在常用纖維增強(qiáng)和無機(jī)粒子填充并用的方法(即混雜增強(qiáng)技術(shù))來強(qiáng)化增強(qiáng)效果。

并且，從國內(nèi)外的研究情況來看，增強(qiáng)方式也逐漸趨

向于混雜增強(qiáng)。研究表明，在SiO2顆粒含量為20wt％、玻璃纖維含量為7.8wt％ 時(shí)復(fù)合材料力學(xué)性能最好。

混雜增強(qiáng)除了用纖維和粒子混雜復(fù)合增強(qiáng)之外，還有用纖維(或粒子)與聚合物復(fù)合來實(shí)現(xiàn)混雜增強(qiáng)。

聚氨酯硬泡的納米增強(qiáng)

納米增強(qiáng)的顯著特點(diǎn)是可以使材料具有更高的強(qiáng)度、模量，同時(shí)還具有高韌性。在加入與普通填料粉體相同體積份數(shù)的情況下，強(qiáng)度和韌性一般要高出1～2倍；在加入相同質(zhì)量份數(shù)時(shí)，一般要高出10倍以上。Tien等研究發(fā)現(xiàn)蒙脫土填充聚氨酯硬泡的儲(chǔ)能模量比增強(qiáng)前要提高5倍以上。

Hirai等發(fā)現(xiàn)用納米CdS填充聚氨酯硬泡，其拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度以及壓縮強(qiáng)度均比增強(qiáng)前要高。這方面研究涉及的內(nèi)容較多，這里主要介紹納米二氧化硅(納米SiO2)、碳納米管、蒙脫土、多面體低聚半硅氧烷(POSS)等增強(qiáng)聚氨酯泡沫塑料的研究進(jìn)展。

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