摘 要

本文研究的聚氨酯复合材料是在聚氨酯预聚体中加入玻璃微珠或纤维等填料复合而成，将纤维的刚性、强度及空心玻璃微珠的轻质、阻尼性和聚氨酯弹性体的高阻尼、高弹性有机结合，获得与单一组分材料相比综合性能更为优异的复合材料，应用于轨道交通等某些特定领域的隔震材料。

本文主要研究不同含量的玻璃微珠、玻璃纤维单一增强和不同混合比的两者增强的方式增强聚氨酯弹性体复合材料的密度、拉伸力学性能及阻尼性能随不同组分的含量变化的规律。本次实验是按收集相关资料、确定选材、配方设计、成型工艺设计、选定测试内容和方法、制样、测试、数据处理和结果分析、总结等顺序进行的。

本文研究结果表明：PUE的密度为1.151g/cm³，相对较低，由于复合的平均效应使得PUE复合材料的密度随玻纤含量的增大而升高，随HGB含量的增加而减小；在HGB质量分数保持一致下，GF/PUE复合材料拉伸的最大载荷随GF的含量增大而升高，而断裂伸长率则相反趋势变化，而HGB/PUE复合材料的最大载荷随HGB含量的增加而降低，断裂伸长率变化不一，HGB,GF/PUE复合材料的最大载荷则介于两单一组分材料增强复合材料之间，当20wt%GF,1wt%HGB下力学性能最佳。PUE损耗因子为0.427,阻尼性能较好，比常见材料大2-3个数量级，不但阻尼因子峰高而宽，温域范围达60℃，而且损耗因子峰位置在常温附近，低温区和高温区损耗因子（大约在0.1）也较大，表面处理效果不佳的填料的加入虽使得阻尼因子和温域范围有所下降，但阻尼性能仍较好。

关键词：玻璃纤维；空心玻璃微珠；聚氨酯弹性体；复合材料

Abstract

The polyurethane composite is filled polyurethane prepolymer with glass bead or fiber filler ,combined of the rigidity, strength of fiber, and the light, damping and heat of hollow glass micro bead and high damping, high elastics of polyurethane elastomer, compared with the single component materials, composite is more excellen and comprehensive performance ,used in specific areas such as rail transportation.

Making other conditions consistent, The main purpose of this paper is to study the change rule of the density, tensile mechanical properties and damping properties of composite in different content of glass beads, glass fiber reinforced with the way of single and different hybrid ratio of the two reinforced materials reinforced polyurethane elastomer with different groups of content. This experiment process includes collecting relevant information, determining the selection of materials, designing formula , designing molding process , choosing test content and methods, preparing sample, testing, making data processing and results analysis and summary.

The results show that the density of PUE is 1.151g/cm3, relatively low, the density of the PUE composites increase with the increase of the content of glass fiber and decrease with the increase of HGB content due to the average effect of the compound; making mass fraction of HGB consistent, the largest tensile load of GF/PUE composite increase with the increase content of GF, while the elongation at break is the opposite trend, and maximum load of HGB/PUE composite decreases with the increase of HGB content , elongation at break nearly not change , the best mechanical properties is in 20wt%GF, 1wt%HGB.The damping factor of PUE was 0.427 and damping performance is relatively good,and 2-3 order of magnitude larger than that of common materials, the damping factor peak is high and wide, within the range of temperature of 60℃ and loss factor peak position is near the room temperature,the loss factor in low temperature and high temperature range is relatively ,ang about 0.1. although,The filler with poor surface treatment is added ,which makes the damping factor and temperature range decline, but damping performance is still good.

Key words: glass fiber; hollow glass bead; polyurethane elastomer; composite material

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3聚氨酯弹性体及其复合材料概况 3

1.4研究的目的及意义 5

1.5研究内容 5

第2章 实验部分 6

2.1原料选用 6

2.2实验仪器与设备 7

2.3配方设计 7

2.4成型工艺设计 7

2.5测试内容 9

第3章 实验结果与分析 10

3.1密度测定 10

3.2拉伸测试及其断面的电镜扫描分析 11

3.3 动态热机械分析 18

第4章 结论与展望 23

4.1结论 23

4.2展望 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

1.1研究背景

据报道，至2015年底全国铁路营运里程12万公里，高铁运营里程达到1.9万公里，占世界高铁总里程的60%以上。随着我国铁路建设的飞速发展和高铁技术的快速推进使得轨道用材料的市场需求不断增加，技术要求也越来越高。目前聚氨酯（PU）隔震材料在高速铁路上的应用主要是枕木和弹性垫板等。为满足列车提速的要求，克服传统的木质枕木使用寿命短，破环生态和污染环境以及混凝土枕木减震性差限制提速及脆性大易产生裂缝等诸多局限性，开发集减震、降噪、耐磨性、抗冲击性、耐疲劳性、低温柔顺性、耐水、耐候、耐久性、环保以及较高的强度和弹性等优异的综合性能于一身的聚氨酯枕木代替或部分代替传统的木枕或钢筋混凝土枕木将成为发展的必然趋势^[1]。

目前日本、西欧等发达国家的聚氨酯枕木的开发、研制及应用方面已较成熟。1980年日本积水公司开发成功长玻纤增强硬质发泡聚氨酯复合材料（FFU）枕木，在日本已有35年的使用历史，日本新干线轨道、中国大陆的广州、上海的部分地铁以及台湾的部分新干线上已广泛应用。然而中国在聚氨酯枕木技术开发和应用上远落后于日本、西欧等国，而中国铁路的提速和高铁建设的加快，使得FFU及其它先进的聚氨酯枕木将得到大量应用。因此在这种国内市场需求巨大及技术水平落后的背景下，自主研制出满足中国高铁时代需求的聚氨酯枕木成为当务之急。