聚氨酯泡沫塑料是一种聚合物泡沫材料,其力学性能不仅与聚氨酯基体的力学性能以及泡沫塑料的密度有关,而且与其泡孔结构有密切关系。闭孔率、孔径及孔径分布和泡孔壁厚描述了泡沫塑料泡孔结构的三个主要特征。本文采用自由发泡和模塑发泡两种工艺,通过改变配方和工艺条件制备了不同泡孔结构的硬质聚氨酯泡沫塑料;利用二维图像分析或仪器测定方法对材料的孔径及孔径分布、泡孔壁厚和闭孔率进行了表征;进行了材料的准静态压缩性能测试和冲击性能测试。 研究了匀泡剂类型及用量、催化剂配比和搅拌速度等工艺条件对材料泡孔结构的影响,结果显示:匀泡剂用量增加一般导致孔径的降低和闭孔率的提高,但是当其用量过大时可能发生聚集行为而导致较大泡孔的出现或泡沫塌陷;三乙醇胺作为催化剂时因体系凝胶速度较慢而导致较低的闭孔率,使用三乙醇胺和辛酸亚锡复合催化剂通常导致材料的闭孔率接近100%,不同的催化剂配比导致不同的材料孔径;与化学发泡体系相比,物理发泡体系中搅拌速度对孔径的影响较为显著,随搅拌速度的增大,孔径减小。 建立了一种以泡孔结构的SEM图像为基础,由平均泡孔截面面积求材料孔径的二维图像分析方法,与平均弦长法相比该方法具有较高的准确性和可靠性。这种方法由泡孔结构图像的预处理、泡孔截面面积测量、及二维测量结果向实际三维泡孔结构参数的转换三个主要步骤构成。 研究了密度为180kg/m~3左右的RPUF的泡孔结构与力学性能之间的关系,结果表明:中高密度RPUF的压缩模量和压缩强度随孔径的增大而线性提高,冲击强度随孔径的增大而线性下降;中高密度RPUF的压缩模量和压缩强度随闭孔率的增大而提高,冲击强度随闭孔率的增大而下降。根据Smits提出的理论以及Gibson—Ashby公式对孔径、闭孔率和泡孔壁厚与RPUF压缩和冲击性能的关系进行了合理解释和预测。