高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料及其制备方法与用途与流程

1.本发明属于聚氨酯领域，特别涉及一种高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料及其制备方法与用途。


背景技术：

2.汽车衣帽架板用来遮盖、隔离后备箱仓，同时兼具放置物品、行李的功能，具有隔音降噪等作用，为了满足这些功能性要求，汽车衣帽架板需具备较高的承载性和良好的吸音性。目前在汽车内饰件材料领域，汽车衣帽架板多采用pp吹塑成型、瓦楞蜂窝纸喷涂成型等材料和生产工艺进行复合制作；但上述工艺制作的汽车衣帽架板存在较多的不足点，如总质量大、承载性有限、高温容易变形、吸音降噪效果差等。随着市场和消费者对汽车产品材料的要求越来越高，现有的复合材料和工艺已不能满足主机厂对上述汽车衣帽架板在轻量化、高承载性、高温成型良好等方面的需求，因此采用pu复合板制备的汽车衣帽架板因其质轻、耐高温、高透气吸音性等优异特点，逐渐走入大众的视野。
3.使用pu复合板制备汽车衣帽架板工艺，为满足汽车轻量化需求，也为了体现成本优势，通常情况下，pu聚氨酯泡沫的密度都控制在50～60kg/m3之间，但这样又会导致复合板材骨架偏软、承载性不足，无法满足汽车衣帽架板对聚氨酯泡沫的内控性能指标要求，即一般承载性能要求：拉伸强度≥150kpa，压缩强度≥200kpa；高承载性能要求：拉伸强度≥400kpa，压缩强度≥250kpa，弯曲强度≥150kpa；且在工艺条件为220～230℃温度下软化时，易出现明显的卷曲变形，影响正常的工艺生产。
4.中国专利cn109666123a公开了一种玻纤增强蜂窝夹芯板用聚氨酯组合物及其使用方法，由两种组分组成，a组分：40％～70％聚醚多元醇1，5～10％聚醚多元醇2，5％～10％聚醚多元醇3，0～10％聚酯多元醇1，4％～10％交联剂，5％～15％扩链剂，0.2％～2％泡沫稳定剂，0.2％～1.5％催化剂，5～10％阻燃剂，0.2％～1％水，0.2～2％内脱模剂，0.2～1％其他添加剂；b组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；制得的玻纤增强蜂窝夹芯板具有较高的冲击强度、耐高温性能、较好的尺寸稳定性和较好的阻燃性，其在80℃下材料的尺寸变化率＜1％，但未提及在更高温度下，如100℃或230℃时复合材料是否变形的问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中用于汽车衣帽架板的聚氨酯泡沫制品，当满足轻量化要求时其承载强度低、高温尺寸稳定性差的问题，提供一种高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料，该发泡材料同时具有质量轻、承载强度高、高温尺寸稳定性好的优点。
6.本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料的制备方法。
7.本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之一相对应的高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料的应用。
8.为解决上述技术问题之一，本发明提供的技术方案如下：一种高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料，由组分a和组分b组成，组分a与组分b的重量份数比为100：180～220，其中，组分a以重量份数计包括：聚醚多元醇ⅰ15～30份，聚醚多元醇ⅱ50～70份，开孔剂2～10份，聚多元醇5～10份，反应型催化剂0.8～2份，表面活性剂1～2份，水2～3份，玻纤粉0.3～1份；组分b为聚合mdi；其中，所述的聚醚多元醇ⅰ是以丙三醇、三羟甲基丙烷或山梨醇中的至少一种为起始剂，由环氧乙烷和环氧丙烷共聚，以环氧乙烷封端的聚醚多元醇，其平均分子量为4000～12000，伯羟基含量为70～90％；所述的聚醚多元醇ⅱ是以二甘醇、丙三醇、季戊四醇、乙二胺、蔗糖或山梨醇中的至少一种为起始剂，由环氧丙烷嵌段聚合而成的聚醚多元醇，其平均分子量为300～1000，羟值为200～800mgkoh/g；所述的开孔剂选自羟值为25～35mgkoh/g的由环氧丙烷和环氧乙烷共聚的聚醚型开孔剂；所述的聚多元醇是由至少两个小分子多元醇的分子间羟基经脱水缩合生成醚键的聚多元醇，其聚合度为2～10，羟值为800～2000mgkoh/g；所述的反应型催化剂为含有羟基的叔胺型催化剂；所述的表面活性剂为聚硅氧烷-氧化烯烃嵌段共聚物。
9.上述技术方案中，优选地，所述的小分子多元醇为甘油。
10.上述技术方案中，优选地，所述的聚醚多元醇ⅰ选自che-2801、che-330n、che-360n、che-822p或che-628中的至少一种；所述的聚醚多元醇ⅱ选自che-303、che-306、n-405或zs-4110中的至少一种；所述的聚醚型开孔剂选自chk-350d、cp1421或ak-9901中的至少一种；所述的表面活性剂选自b8444、b8547、b8534、b8460、b8409、ak-7703、l-580或l-5345中的至少一种；所述的聚合mdi选自s5005、m20s、pm-100或pm-200中的至少一种。
11.上述技术方案中，优选地，所述的叔胺型催化剂选自发泡型叔胺催化剂、平衡型叔胺催化剂或延迟型叔胺催化剂中的至少一种；所述的玻纤粉由短纤维切碎研磨而成，其公称直径为150～300μm，碱金属氧化物质量百分含量≤1％。
12.上述技术方案中，优选地，所述的发泡型叔胺催化剂选自zf-10、dabcot或le-15中的至少一种；所述的平衡型叔胺催化剂选自dmea、dpa或pc17中的至少一种；所述的延迟型叔胺催化剂选自dabco 8154或mp-608中的至少一种；所述的玻纤粉为无碱磨碎玻璃纤维粉，其碱金属氧化物质量百分含量≤0.8％，公称直径为170～280μm。
13.上述技术方案中，优选地，所述的玻纤粉选自mg-170、mg-200、mg-230、mg-250或mg-280中的至少一种。
14.为解决上述技术问题之二，本发明提供的技术方案如下：一种高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
15.(1)按以下各组分的重量份数准备原料：
16.组分a与组分b的重量份数比为100：180～220，组分a以重量份数计包括：聚醚多元醇ⅰ15～30份，聚醚多元醇ⅱ50～70份，开孔剂2～10份，聚多元醇5～10份，反应型催化剂0.8～2份，表面活性剂1～2份，水2～3份，玻纤粉0.3～1份；组分b为聚合mdi；其中，所述的聚醚多元醇ⅰ是丙三醇、三羟甲基丙烷或山梨醇中的至少一种为起始剂，由环氧乙烷和环氧丙烷共聚，以环氧乙烷封端的聚醚多元醇，其平均分子量为4000～12000，伯羟基含量为70～90％；所述的聚醚多元醇ⅱ是以二甘醇、丙三醇、季戊四醇、乙二胺、蔗糖或山梨醇中的至少一种为起始剂，由环氧丙烷嵌段聚合而成的聚醚多元醇，其平均分子量为300～1000，羟值为200～800mgkoh/g；所述的开孔剂选自羟值为25～35mgkoh/g的由环氧丙烷和环氧乙烷
共聚的聚醚型开孔剂；所述的聚多元醇是由至少两个小分子多元醇的分子间羟基经脱水缩合生成醚键的聚多元醇，其聚合度为2～10，羟值为800～2000mgkoh/g；所述的反应型催化剂为含有羟基的叔胺型催化剂；所述的表面活性剂为聚硅氧烷-氧化烯烃嵌段共聚物；(2)制备组分a：
17.按照步骤(1)中的组分及重量份数，在容器a中依次加入聚醚多元醇ⅰ，聚醚多元醇ⅱ，开孔剂，聚多元醇，反应型催化剂，表面活性剂，水，玻纤粉，在20～25℃温度下搅拌均匀，得到混合物料ⅰ；(3)制备组分b：
18.按照步骤(1)中的组分及重量份数，在容器b中加入聚合mdi，在20～25℃温度下搅拌均匀；
19.(4)将组分a与组分b按照重量份数比100：180～220，快速混合搅拌均匀后，迅速注入事先准备好的工装模具中，自由起发完毕后，熟化2～3天，制得高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料。
20.上述技术方案中，优选地，所述的小分子多元醇为甘油。
21.上述技术方案中，优选地，所述的聚醚多元醇ⅰ选自che-2801、che-330n、che-360n、che-822p或che-628中的至少一种；所述的聚醚多元醇ⅱ选自che-303、che-306、n-405或zs-4110中的至少一种；所述的聚醚型开孔剂选自chk-350d、cp1421或ak-9901中的至少一种；所述的表面活性剂选自b8444、b8547、b8534、b8460、b8409、ak-7703、l-580或l-5345中的至少一种；所述的聚合mdi选自s5005、m20s、pm-100或pm-200中的至少一种。
22.上述技术方案中，优选地，所述的叔胺型催化剂选自发泡型叔胺催化剂、平衡型叔胺催化剂或延迟型叔胺催化剂中的至少一种；所述的玻纤粉由短纤维切碎研磨而成，其公称直径为150～300μm，碱金属氧化物质量百分含量≤1％。
23.上述技术方案中，优选地，所述的发泡型叔胺催化剂选自zf-10、dabcot或le-15中的至少一种；所述的平衡型叔胺催化剂选自dmea、dpa或pc17中的至少一种；所述的延迟型叔胺催化剂选自dabco 8154或mp-608中的至少一种；所述的玻纤粉为无碱磨碎玻璃纤维粉，其碱金属氧化物质量百分含量≤0.8％，公称直径为170～280μm。
24.上述技术方案中，优选地，所述的玻纤粉选自mg-170、mg-200、mg-230、mg-250或mg-280中的至少一种。
25.为解决上述技术问题之三，本发明提供的技术方案如下：将制得的高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料用于汽车衣帽架板的应用中。
26.本发明的高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料中，通过对不同的聚醚多元醇、开孔剂、硅油和催化剂进行选择、复配，特别是在反应组分中引入由小分子多元醇形成的聚多元醇(例如多聚甘油)，提高了制得的聚氨酯板材发泡材料的强度；同时添加了特殊尺寸的玻璃纤维粉代替常规的玻璃纤维条，使得到的聚氨酯板材发泡材料在满足汽车衣帽架板对聚氨酯板材发泡材料的常规内控指标的基础上，还进一步取得了承载性更高、耐高温的优点(可满足高承载性能要求：拉伸强度≥400kpa，压缩强度≥250kpa，弯曲强度≥150kpa)，如拉伸强度高达530kpa，压缩强度高达348kpa，弯曲强度高达183kpa，在100℃放置1h后的尺寸变化率可低至0.1％；得到的聚氨酯板材发泡材料在复合工艺过程中，在高温230℃条件下仍能保持平整不变形的良好状态，取得了好的技术效果。
27.下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
28.表1原料清单
29.[0030][0031]
【实施例1】
[0032]
一种高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
[0033]
(1)按以下重量份数准备原料：
[0034]
组分a：100份，具体为30份che-2801、55份che-303、4.5份chk-350d、5份三聚甘油、0.2份zf-10、0.8份dmea、0.4份b8534、0.6份b8460、3份水和0.5份mg-170
[0035]
组分b：180份，具体为100份s5005和80份pm-100
[0036]
(2)制备组分a：
[0037]
按照步骤(1)中的重量份数，在容器a中依次加入che-2801、三聚甘油、chk-350d、zf-10、dmea、b8534、b8460、mg-170、水和che-303，在22
±
2℃温度下搅拌均匀，得到混合物料ⅰ；
[0038]
(3)制备组分b：
[0039]
按照步骤(1)中的重量份数，在容器b中加入s5005和pm-100，在22
±
2℃温度下搅拌均匀；
[0040]
(4)将组分a与组分b快速混合搅拌均匀后，迅速注入事先准备好的工装模具中，自由起发完毕后，熟化3天，制得高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料，其性能指标数据见表3所示。
[0041]
(5)将制得的高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料用于制备汽车衣帽架。
[0042]
【实施例2～10】
[0043]
实施例2～10按照实施例1中的各个步骤进行，区别为发泡配方中的反应原料、原料配比不同，具体见表2；制得的高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料的性能指标数据见表3所示。
[0044]
表2实施例1～10高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料配方中各组分的重量份数
[0045]
[0046][0047]
【比较例1】
[0048]
一种聚氨酯板材发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
[0049]
(1)按以下重量份数准备原料：
[0050]
组分a：100份，具体为30份che-2801、55份che-303、4.5份chk-350d、5.5份甘油、0.2份zf-10、0.8份dmea、0.4份b8534、0.6份b8460和3份水
[0051]
组分b：180份，具体为100份s5005和80份pm-100
[0052]
(2)制备组分a：
[0053]
按照步骤(1)中的重量份数，在容器a中依次加入che-2801、甘油、chk-350d、zf-10、dmea、b8534、b8460、水和che-303，在22
±
2℃℃温度下搅拌均匀，得到混合物料ⅰ；
[0054]
(3)制备组分b：
[0055]
按照步骤(1)中的重量份数，在容器b中加入s5005和pm-100，在22
±
2℃℃温度下搅拌均匀；
[0056]
(4)将组分a与组分b快速混合搅拌均匀后，迅速注入事先准备好的工装模具中，自由起发完毕后，熟化3天，制得聚氨酯板材发泡材料，其性能指标数据见表3所示。
[0057]
(5)将制得的聚氨酯板材发泡材料用于制备汽车衣帽架。
[0058]
【比较例2】
[0059]
采用市面上常见的发泡配方制备聚氨酯板材发泡材料，包括以下步骤：
[0060]
(1)按以下重量份数准备原料：
[0061]
组分a：100份，具体为30份che-2801，50份che-303，4.5份乙二醇、2.5份甘油，3份三乙醇胺，0.6份a1、0.2份二月桂酸二丁基锡，0.2份异辛酸钾，1份表面活性剂l-6970，5份膨胀石墨，0.5份炭黑，0.5份抗氧剂i 245，0.5份lesorb 292，0.5份内脱模剂硬脂酸钾，1份
水
[0062]
组分b：160份，具体为160份m20s
[0063]
(2)制备组分a：
[0064]
按照步骤(1)中的重量份数，在容器a中依次加入che-2801、che-303、乙二醇、甘油、三乙醇胺、a1、二月桂酸二丁基锡、异辛酸钾、l-6970、膨胀石墨、炭黑、抗氧剂i 245、lesorb 292、内脱模剂硬脂酸钾和水，在22
±
2℃℃温度下搅拌均匀，得到混合物料ⅰ；
[0065]
(3)制备组分b：
[0066]
按照步骤(1)中的重量份数，在容器b中加入m20s，在22
±
2℃℃温度下搅拌均匀；
[0067]
(4)将组分a与组分b快速混合搅拌均匀后，迅速注入事先准备好的工装模具中，自由起发完毕后，熟化3天，制得聚氨酯板材发泡材料，其性能指标数据见表3所示。
[0068]
(5)将制得的聚氨酯板材发泡材料用于制备汽车衣帽架。
[0069]
表3实施例1～10及比较例1～2的聚氨酯板材发泡材料的性能检测数据
[0070][0071]
由表3的数据结果可以看出：市面上常用的配方体系比较例2的密度为80kg/m3，无法满足轻量化的要求，而实施例1～10的密度可降至50～60kg/m3，质量更轻，满足轻量化要求；
[0072]
实施例1～10和比较例1～2相比，常规条件下的拉伸强度、断裂伸长率和压缩强度等物理性能测试数据相近，均满足高承载性能要求的指标(拉伸强度≥400kpa，压缩强度≥250kpa)，且弯曲强度为163～183kpa，高于比较例1～2，承载性能更好；在100℃高温条件下放置1h后，未添加聚多元醇和玻纤粉的比较例1的尺寸变化率为0.8％，尺寸稳定性较差，在230℃模压复合成型的过程中，出现了表面卷曲变形的现象，可见，比较1的耐高温性能较差；同样，市面上普通的配方体系比较例2，在100℃高温条件下放置1h后的尺寸变化率为1.5％，尺寸稳定性差，在230℃模压复合成型的过程中，出现了严重的变形，可见，比较2的耐高温性能差；而实施例1～10中的聚氨酯板材发泡材料在100℃高温条件下放置1h后的尺寸变化率为0.1～0.5％，在230℃模压复合成型的过程中，成型良好，表面未发生卷曲或严重变形，具有优异的耐高温性能。
[0073]
所以，由本发明提供的高承载耐高温聚氨酯板材发泡材料在保持轻量化优点的同时，还具有良好的耐高温性和高承载性，取得了好的技术效果，可用于汽车衣帽架板的工业应用中。