1、课题的来源及研究意义

低密度不饱和聚酯树脂由于具有自重轻、强度高、保温隔热隔音性能好等特点，受到了很好的应用。低密度不饱和聚酯树脂是建筑材料提高和汽车轻量化发展的方向。然而，低密度不饱和聚酯树脂在达到表观密度减小的同时，材料的力学性能往往变得下降，达不到相应的力学性能标准，所以在很多方面限制了低密度不饱和聚酯树脂的应用。因此，使聚酯树脂材料达到低密度目的的同时并且具有高强度已成为今后必然研究趋势^[1]。影响低密度UPR材料表观密度和压缩强度的因素主要有泡孔的密度、泡孔的形态、泡孔的分布、泡孔的尺寸、泡孔的发泡倍率。本课题的研究意义是在确定使用最佳成核剂的基础上，通过改变成核剂种类和成核剂的粒径，探讨三种有机成核剂以及成核剂的粒径对低密度不饱和聚酯树脂材料泡孔密度、泡孔尺寸以及泡孔分布的影响，最终得到小尺寸和泡孔均匀分布的低密度不饱和聚酯树脂材料^[2]。

2、国内外低密度UPR研究进展和应用现状

我国低密度不饱和聚酯树脂的研究起于20世纪60年代后期。经过半个世纪的发展，成果喜人。薛忠明^[3]等人, 研究并发现在不饱和聚酯树脂中，树脂密度随着发泡剂含量的增加而明显减少, 并且在反应温度与添加量相同的情况下, 添加发泡剂的制品密度低于不饱和聚酯密度。台湾国立大学成功制成了低密度不饱和聚酯树脂，该树脂材料具有自重轻、比强度高、保温隔热隔音性能好等特点。

90年代，德国Goldschmidt(高斯米特)公司开发了一种用于水发泡低密度聚醚型或聚酯型硬泡的新型有机硅表面活性剂Tegostab-B8870,这种硬泡用于需一定的强度的非绝热场合,例如包装和防碎垫材。美国通用公司采用聚酯树脂，空心玻璃微珠，研制成功Db1 Lite SMC.比重为1.3~1.5（而普通SMC为1.8~1.9）。Ashland Chemicals公司采用特殊树脂，低糙度，特种增稠技术，特种填料（不是空心玻珠），研制成功SMC Lite。该片材里玻纤分布均匀，比重为1.6，模压小于3.5MPa，比普通的SMC低80%。1988年，德国Duroform公司研制成功低密度（1.3g/cm³）含30%玻纤的聚酯SMC，耐热性好，成本低。21世纪初，美国专利公开一种”低密度热固性模塑料”的制备方法, 采用硅藻土、蛭石粉、空心玻璃微珠、空心陶瓷球、膨胀珍珠岩等低密度填料作为低密度添加剂制备环氧、聚酯和酚醛等热固性树脂模塑料, 根据配比不同, 密度在0.111～0.117 Kg/m³范围^[4]。

随着复合材料应用领域的不断扩展,使得用于特殊用途复合材料日益受到人们的关注。近年来研制开发出一种用于模具浇铸的低密度环氧树脂基发泡材料。其性能和传统聚氨酯及苯乙烯泡沫塑料相比具有易于模具浇铸、力学性能好,耐热性高,耐水性及耐化学腐蚀性能优异及密度较低,缓冲性好等优点。这些独特性质在汽车、航空航天、军用品等领域有着广泛的应用前景^[5-6]。

在20世纪60年代,低密度不饱和聚酯树脂作商业冷藏室的屋顶以改善冷藏室的保温效果。到了70年代末80年代初, 低密度不饱和聚酯树脂被广泛用于民用住房,用来翻新旧屋顶,室内冬暖夏凉。随着工艺的改进,低密度不饱和聚酯树脂又有了新的用途。低密度不饱和聚酯树脂材料具有很高的抗热性,吸水性和透湿性低,热稳定性、粘性良好,可以用来填充双层墙的中间部分、走廊墙壁的顶部、窗户的顶部以及建筑物外面的框架结构。低密度不饱和聚酯树脂有极好的密封性,也可以用来填充建筑中需要密封的地方,如支撑柱的顶部^[7-9]。

3、低密度不饱和聚酯树脂的制备

低密度UPR材料一般是通过发泡法或者低密度填料法制备的。填充低密度填料（如中空玻璃微珠）制得的低密度UPR材料性能稳定，耐候性好。发泡法制品具有更低的密度和更低廉的价格，还具有较好的隔热性、隔音性和机械阻尼性等，具有极其广泛的应用领域^[10]。

发泡方法也有各有所不同，常用的发泡方法有物理发泡法、机械发泡法和化学发泡法。物理发泡法的发泡剂在塑料发泡过程中，自身不发生任何化学变化，只是通过物理状态的改变产生大量气体使塑料发泡。机械发泡法是采用强烈的机械搅拌使空气卷入树脂乳液、悬浮液或溶液中成为均匀的泡沫体，然后再经过物理或化学变化使之胶凝，固化成为泡沫塑料。为缩短成型周期可通入空气和加入乳化剂或表面活性剂。其特点是无需特别加入发泡剂，但特点是所需设备要求高。化学发泡法是利用化学方法产生气体来使塑料发泡：对加入塑料中的化学发泡剂进行加热使之分解释放出气体而发泡；另外也可以利用各塑料组分之间相互发生化学反应释放出的气体而发泡。采用化学发泡剂进行发泡塑料注塑的工艺基本上与一般的注塑工艺相同。塑料的加热升温、混合、塑化及大部分的发泡膨胀都是在注塑机中完成的，其发泡过程一般都要经过形成气泡核，气泡核膨胀，泡体固化定型等阶段。化学发泡剂在发泡过程中，自身发生化学变化，分解放出气体（如CO₂、N₂或NH₃）使聚合物发泡^[11-15]。