聚氨酯拉挤技术及玻璃钢复合材料制品应用

       可用于拉挤成型的聚氨酯树脂包括单组份聚氨酯、双组份热固性聚氨酯和热塑性聚氨酯。这些韧性的聚氨酯树脂，无论是热固性的还是热塑性的，都可提供优良的静态力学性能和抗冲击性能。
    实际生产中的拉挤用双组份聚氨酯选用一种由多元醇与高活性异氰酸酯的组合物来优化工艺特性，包括粘度低（保证纤维良好浸湿），相对胶凝时间长（方便启动和停机），聚合迅速（加快工艺速度），形成光洁表面和降低成本等。以拜耳材料科技公司专为拉挤应用配制的Baydur PUL2500聚氨酯树脂为例，其强度和刚度性能比不饱和聚酯树脂高2—5倍。与其它材料相比，聚氨酯拉挤工艺可采用更高的玻璃纤维含量，从而提高最终制品的性能。例如，拉挤成型的聚氨酯复合材料窗框比PVC窗框强度高8倍，比铝窗框的导热性低40倍，因而是极好的绝热体。同时，因为拉挤聚氨酯窗框脆性更小，不会开裂或劈裂，紧固性能极好。由于聚氨酯拉挤材料具有硬质表面和低孔隙率，其吸水性比其它树脂低得多。容易水解的树脂，当拉挤制品吸水或吸收其它溶剂时，渗入的液体可能引起降解。为防水和防紫外线，可在聚氨酯拉挤制品表面涂漆。
    在成型原料方面，由于聚氨酯具有较好的冲击性能和横向性能，因此常常可以用玻璃纤维无捻粗纱来代替玻璃纤维毡。一些传统的型材拉挤工艺要求使用多达4或5种不同的毡，这些毡必须切窄后成型，而聚氨酯窗框成型不用毡就可减少原料成本和劳力成本。用无捻粗纱取代毡，纤维体积含量可增至80％左右，提高玻璃纤维含量，就可以提高聚氨酯拉挤型材的强度和刚度。更高的制品性能则能开拓一些新的用途，例如在建筑、基础设施和运输市场中用聚酯树脂不能实现的代钢代铝用途。聚氨酯拉挤成型能够经济地实现，不需大的投资。把原有的拉挤系统改换成聚氨酯拉挤是比较简单的，可以使用原有的模具、加热器和机器。毡还容易断裂成碎片，堵塞设备，对生产造成影响。在很多情况下，不用毡可以提高生产线速度，增加制品成本效益。而大多数非聚氨酯拉挤制品的纤维体积含量只有60％。
    聚氨酯拉挤的两大技术要求是树脂计量／混合系统和树脂注射室。在使用双组份聚氨酯时，要求一种专用的计量／混合装置。拜耳材料科技公司与设备制造商合作研发了这种专用装置，现已投放市场。此装置包括活塞泵、内置贮槽、气动树脂混合头、一次性静态混合器、静态混合器与注射室之间的一次性连接管等。聚氨酯树脂体系的活性还要求取消传统的敞式树脂浴槽，代之以一个树脂注射系统来适配聚氨酯更快的胶凝时间。拜耳材料科技公司为此设计了一种旨在拉挤过程中达到最佳玻璃纤维浸透度的注射室。该注射室与拉挤模头的进口表面齐平安装。注射室可用高密度聚乙烯加工制成，以尽量减少成本，方便清洗和防止纤维断裂。聚氨酯树脂二个组份的泵送速率应与树脂耗量匹配和保持注射室内足够压力，以保证纤维浸透。把上述树脂计量／混合装置和树脂注射室装入原有的拉挤机．即可改成聚氨酯拉挤机。
    聚氨酯拉挤还具有制品装配方面的优点，特别是在紧固方面。由于聚氨酯的非凡强度，在聚氨酯拉挤制品中旋入螺丝时不必预先钻孔。反之，在聚氨酯拉挤制品中拔出螺丝所需的力是在聚酯拉挤制品中拔出螺丝所需之力的两倍多。在环境方面，随着厂商们日益寻求“更绿”的方式，聚氨酯树脂比其它拉挤成型用树脂更加环境友好。因为不饱和聚酯含有排放VOC（挥发性有机化合物）的苯乙烯以及需要冷冻的过氧化物催化剂。

    在此介绍国外公司在聚氨酯拉挤工艺上开发的产品：
   （1）加拿大茵莱玻璃钢公司。茵莱公司采用聚氨酯拉挤工艺和Baydur PUL2500聚氨酯树脂制造窗框，可制得更大、更强、壁更薄、形状更复杂的制件。窗框型材的性能大大胜过铝、木材和聚氯乙烯塑料型材。
   （2）美国Conforce国际公司。Conforcei公司使用Baydur PUL 2500聚氨酯树脂拉挤出轻质的复合材料板材，供美国军方的运货集装箱使用。这种板材达到了集装箱壁板的性能要求，除了比传统板材具有更高强度和耐久性外，还有一大优点：不因气候而降解或腐蚀，从而延长使用寿命。同时，该板材还对厂商提供了设计灵活性，并简化了制造过程。
   （3）日本积水化学公司。该公司的FFU材料（纤维增强聚氨酯）是用长玻璃纤维增强的硬质聚氨酯泡沫材料。是一种轻质的结构材料。FFU铁路枕木是用拉挤工艺制成的枕木，它看似木质枕木，结合了天然产品和现代设计的所有优点，可用普通木工工具进行锯、刨、钉、上螺丝和胶粘等加工，其热膨胀系数和导热率都很低。由于有纤维增强，其抗压、抗拉、抗弯强度都很高，使用寿命比传统枕木长3倍多，具有优良的耐腐蚀、耐气候性能和生态性能。这些优点使得FFU枕木在日本国内外日益获用，尤其在隧道、桥梁应用中受到欢迎。
   （4）美国Fulcrum复合材料公司。Fulcrum公司是专营热塑性复合材料的厂商，以其复合材料专利拉挤技术，可制成实心的和空心的型材，管、棒产品。这种管、棒型材可经各种热塑性树脂涂覆，获得各种表面性能，如颜色、抗静电性、柔软触感、耐磨性、表面纹理、耐紫外线性、更好的耐腐蚀性等。还可以拉挤复合材料为芯，在其表面采用一种申请专利的独特工艺做成螺纹。这种技术可使制件的拉伸强度、剪切强度和扭转强度最大化。Fulcrum技术与套挤或共挤技术相结合，提供了超常的设计自由度。它可独立于复合材料结构来定制表面性能，还可通过在结构内加入不同元件来赋予所需功能。
    目前，德国拜耳材料科技已经开发出定制型聚氨酯系统，使其能够替代传统树脂材料，这种系统能够更成熟灵活的应用在风力涡轮机根环和叶片，运输行业结构组件上。国内目前已开发的聚氨酯玻璃钢制品有窗框、架设碳纤维芯材电缆的杆塔、风电叶片等。