聚氨酯硬泡仿木材料簡(jiǎn)述
摘要：首先介紹了合成木材的特點(diǎn)和以塑代木的意義，主要介紹了聚氨酯仿木材料的性能特點(diǎn)為，應(yīng)用領(lǐng)域，原料體系，制造工藝注意事項(xiàng)，指出這類材料利用了硬質(zhì)聚氨酯結(jié)構(gòu)泡沫塑料的優(yōu)點(diǎn)，可制造仿木雕等裝飾材料和結(jié)構(gòu)材料。代替木材，具有良好的發(fā)展前景。
1合成木材的現(xiàn)實(shí)意義
木材的用途廣泛，但近年來，由于森林資源的過度開采，造成了生態(tài)環(huán)境惡化和水土流失，所以一些國家控制天然林業(yè)資源的開發(fā)，制止濫砍濫伐。近年來，仿木材料已經(jīng)成為研究和開發(fā)的一個(gè)新領(lǐng)域。在木材的許多傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，例如木質(zhì)家具，門窗，電器外殼，木盆，雕刻裝飾器件，鏡框等，塑料，金屬材料和仿木材料已經(jīng)部分替代了木材。大多數(shù)合成木材可釘，可刨，可鋸，且外觀，手感，密度和木材類似，還有防潮，防蟲蛀，阻燃，無需油漆等優(yōu)于木材的特點(diǎn)。
用于合成木材的原料有很多種，一般用無機(jī)或有機(jī)填料與粘合劑模壓制造。用于仿木材料的樹脂，常見的樹脂有聚氯乙烯，聚酯，聚氨酯，聚苯乙烯，ABS等，有機(jī)填料有天然纖維（稻草，秸稈與其它稈類，草類，麻類，竹絲等農(nóng)副產(chǎn)品粉碎物。）無機(jī)填料有硫酸鈣，石粉等。推廣以塑代木，特別是以廢變寶，綜合利用，可節(jié)省木材，保護(hù)資源和環(huán)境。
有少數(shù)仿木材料是高密度的混凝土，鋼鐵等，只是通過涂裝或者模制工藝，使之外表具有木紋或樹皮結(jié)構(gòu)，作為裝飾材料或欄桿等，不是真正意義上的合成木材，多數(shù)仿木材料可具有類似天然木材的密度，表面紋理，這些仿木材料大多具有微孔結(jié)構(gòu)，例如微孔聚氯乙烯，微孔聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料，有類似木材細(xì)胞結(jié)構(gòu)，可代替天然木材使用。
聚氨酯結(jié)構(gòu)泡沫塑料是非功過20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種中高密度微孔材料。由于它具有很高的剛性和機(jī)械強(qiáng)度。成型工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，制品外形美觀，可替代木材用作各類高檔制品，深受用戶的歡迎，所以近期內(nèi)10年我國聚氨酯仿木材料在家具工業(yè)，裝飾工程等行業(yè)中發(fā)展迅速。
2聚氨酯仿木材料的性能和用途
2，1聚氨酯仿木材料的性能特點(diǎn)
聚氨酯仿木材料，或者聚氨酯合成木材，從聚氨酯材料學(xué)科的角度來說，是一類中高密度的結(jié)構(gòu)性硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（簡(jiǎn)稱聚氨酯硬泡）。它具有微細(xì)泡孔結(jié)構(gòu)，具有比常規(guī)保溫用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料高得多的密度，密度通常高于0,2g/cm3(200kg/m3)，特殊的仿木材料密度也可低于這個(gè)值：大多數(shù)用于合成木材的聚氨酯結(jié)構(gòu)泡沫塑料，具有致密堅(jiān)韌的表皮，屬于整皮（或稱自結(jié)皮）硬質(zhì)泡沫塑料，致密的表皮使這種合成材料不僅具有木材的外觀和密度范圍，而且強(qiáng)度較高，不易擦傷，而制件的芯部可做到較低的密度，舅此可減輕制件重量，同時(shí)具有較高的整體強(qiáng)度：具有較高的抗壓強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度，抗沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，密度300——600kg/m3的聚氨酯泡沫塑料仿木材料，拉伸強(qiáng)度一般在6——25Mpa，彎曲強(qiáng)度8——80MPA，沖擊強(qiáng)度8——20KJ/M，壓縮強(qiáng)度5——20MPA；當(dāng)然，由于聚氨酯泡沫塑料的發(fā)泡方向強(qiáng)度的各向異性，大型制品內(nèi)部泡沫芯的縱向和橫向的強(qiáng)度不同，不過整皮硬泡制品的堅(jiān)硬表皮可消除這些差異；較低密度的聚氨酯仿木材料具有聚氨酯硬泡的高隔熱性能優(yōu)點(diǎn)；用于高承載場(chǎng)合的聚氨酯仿木材料，為了獲得較高強(qiáng)度，除適當(dāng)提高密度外，還可以用玻璃纖維或天然纖維等進(jìn)行增強(qiáng)，使得彎曲強(qiáng)度成倍提高；硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有閉孔的泡孔結(jié)構(gòu)，透氣性差，吸水率比較低，有研究表明密度0.5G/CM3的高密度聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料（150MM*150MM*40MM）的體積吸水率和質(zhì)量吸水率分別為0.93%和1.89%，然而木材吸水率較高，吸水后強(qiáng)度明顯下降。
聚氨酯仿木材料與然木材相比明顯的優(yōu)點(diǎn)是可以通過模具設(shè)計(jì)，模塑成型批量生產(chǎn)各種形狀，特別是具有雕刻花紋圖案的仿木雕制品，形態(tài)逼真，制品的重復(fù)模塑性能極為優(yōu)良，成型工藝簡(jiǎn)單，省時(shí)高效；外觀與性能與木材相近，強(qiáng)度可比天然木材高，密度可比天然木材低，可刨，鋸，釘，鉆；耐酸堿性和防腐性能優(yōu)良，另外在制造聚氨酯仿木材料時(shí)一般需要添加阻燃劑，材料具有阻燃性能，還有防蟲蛀；若制造時(shí)添加所需顏色的色漿，制得地仿木材可無須油漆。
2.2聚氨酯仿木的應(yīng)用
仿木材料屬于聚氨酯結(jié)構(gòu)硬泡，可根據(jù)密度區(qū)分三大類制品：制品密度在150——400kg/m3的多用于非承重型裝飾材料，如建筑上的仿木雕裝飾條，裝飾板羅馬柱雕刻畫等工藝品，密度在400——600kg/M3的承重型結(jié)構(gòu)合成木材類，可用于制造桌椅，工業(yè)支架櫥柜，沙發(fā)腿，油畫框，鏡框，門，窗，花盆，衛(wèi)生間器具等。密度在大于600kg/m3整皮硬泡以及中高密度增強(qiáng)硬泡材料，可用于制造汽車門板，蓄電池箱，行李箱蓋，鐵道枕木，家電外殼，滑雪板。雪橇，高爾夫球桿等。
例如，聚氨酯仿木管托與常規(guī)木托產(chǎn)品相比具有吸水率低，隔熱性能低，阻燃性能好，不易腐爛，成本低的優(yōu)點(diǎn)，并且接縫緊密美觀，從根本上解決了管托與管道保溫主材一體化的問題，簡(jiǎn)化了安裝工藝，北京建工集團(tuán)安裝機(jī)電公司等單位生產(chǎn)的仿木管托，自2000年以用于供熱系統(tǒng)，輸油聚氨酯保溫管道的支護(hù)。
3聚氨酯仿仿木材料的原料體系以及制造工工藝
3.1原料體系及其原料對(duì)性能的影響
仿木材料是一種中高密度聚氨酯硬泡,這種聚氨酯結(jié)構(gòu)硬泡和普通聚氨酯硬泡一樣,是雙組分原料體系.其中組合聚醚組分(白料)同樣是以多官能度,高羥值的聚醚多元醇為主,并配有催化劑,發(fā)泡劑,勻泡劑,阻燃劑等助劑,異氰酸酯組分一般是粗MDI即PAPIA(多亞甲基多苯基多異氰酸酯)或者含有改性MDI的粗MDI,官能度以2.5左右較為適宜.
3.1.1聚醚多元醇
合聚醚預(yù)混料中，聚醚多元醇是主原料之一，它不僅影響組合聚醚的粘度等參數(shù)和發(fā)泡工藝，而且影響制品的物理性能，通常，在一定范圍內(nèi)，聚醚多元醇的平均官能度越高，所制得的聚合物交聯(lián)度越大，制品的機(jī)械性能和耐熱性能越高。但高官能度聚醚多元醇粘度大，組合聚醚粘度大，發(fā)泡料流動(dòng)性等工藝性能差，可能引起注模不均勻和制件缺陷。因此在仿木硬泡原料體系，一般在高官能度聚醚多元醇中摻入部分低粘度的低官能度聚醚多元（如聚醚二醇或聚醚三醇），它們的比例調(diào)整在一定的范圍，以高官能度聚醚多元醇為主，聚醚多元醇的平均官能度可控制在世界上3.5-4范圍,以使得組合聚醚即有良好的流動(dòng)性,硬泡制品具有良好的性能,若低官能度聚醚用量過大,制得的硬泡壓縮強(qiáng)度會(huì)降低,泡沫的后固化時(shí)間也將明顯增長,當(dāng)然,為了改善因添加低官能度聚醚造成的性能下降,提高硬度,也可以加入低分子量多元醇或者胺類擴(kuò)鏈劑,其加入量應(yīng)控制在此10%以下,也有報(bào)道采用特制的具有較低粘度的單種聚醚多元醇制備聚氨酯仿木材料.
3.1.2發(fā)泡劑
聚氨酯發(fā)泡過程中手忙所用的發(fā)泡劑可以分為物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑劑兩大類,物理發(fā)泡劑是低沸點(diǎn)化合物,如CFC-11.HCFC-141B.環(huán)戊烷，化學(xué)發(fā)泡劑一般是水，對(duì)于仿木物品，導(dǎo)熱系數(shù)不是考慮因數(shù)，不使用物理發(fā)泡劑，僅用水發(fā)泡也能制得高密度硬泡，但也需控制聚醚多元醇等所帶入的水份，水含量過高引起制品密度降低，強(qiáng)度降低，并且可能因?yàn)樗c異氰酸酯反應(yīng)放熱不易控制而引起泡沫燒芯和開裂。并且單獨(dú)用水作發(fā)泡劑，在制品的表皮出現(xiàn)泡孔和孔洞，模塑制件沒有明顯的密度梯度，表皮強(qiáng)度較低，實(shí)用性較差。所以一般控制水份在較低的水平，例如0.15%左右，另外添加低沸點(diǎn)的物理發(fā)泡劑。
發(fā)泡劑（包括水）的用量宜根據(jù)制品聽密度要求，是否需要致密的表皮進(jìn)行調(diào)整，通過模塑發(fā)泡試驗(yàn)決定。
添加物理發(fā)泡劑的優(yōu)點(diǎn)，降低組合聚醚的粘度，提高發(fā)泡料的流動(dòng)性，調(diào)整和控制泡沫制品的密度和性能。形成致密的表皮。制造自結(jié)皮或者整皮硬泡原理是：在密閉模腔內(nèi)成型時(shí)泡沫放熱反應(yīng)使物料溫度升高，但靠近模具的物料溫度較低，以及低沸點(diǎn)發(fā)泡劑壓力效應(yīng)而冷凝，使得表皮沒有泡孔，靠近表皮的泡沫塑料也極其微細(xì)，密度較高，因而形成芯密度低到表皮密度高的密度梯度。這對(duì)生產(chǎn)承載的以及光滑表面的仿仿木材料特別重要。
CFC-11因?yàn)閾p傷臭氧層而逐漸被禁用，目前可用HCFC-141B，環(huán)戊烷以及復(fù)配的低沸點(diǎn)發(fā)泡劑生產(chǎn)整皮仿木聚氨酯硬泡。
當(dāng)然也可不用物理發(fā)泡劑生產(chǎn)仿木硬泡，例如日本專利特開平8-41154以及特開平8-12880介紹，采用全水發(fā)泡制造仿木材聚氨酯硬泡，每100份聚醚使用0.8份水，且用1——50份二氧化鈦或者1-10份的微細(xì)木粉作填料，硬泡制品具有良好均勻的外觀。在其表面可用丙烯酸聚氨酯涂料進(jìn)行涂裝，得到仿木材料。而不用填表料填料制得的硬泡表面不均勻。
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