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摘 要

由于树脂基复合材料具有轻质高强等多种优越性能，不饱和聚酯树脂得到越来越广泛的运用。随着科技和应用的需求的提高，低密度不饱和聚酯树脂成了研究的热点。本实验采用碳酸氢铵（NH₄HCO₃）和甲苯二异氰酸酯 （TDI）的复合发泡剂制备低密度材料，结合无机发泡剂和有机发泡剂的优势，不仅可以降低发泡体系的温度，而且达到二次发泡的效果，是LDUPR制品制备方法的新思路。

关键词：碳酸氢铵 甲苯二异氰酸酯 二次发泡机制 低密度不饱和聚酯树脂

ABSTRACT

Unsaturated polyester resin has been used more and more widely because of the excellent properties of Resin Matrix composites such as light weight and high strength. With the development of technology and application, low density unsaturated polyester resin has become a research hotspot. In this experiment, the low density material was prepared by using the compound foaming agent of ammonium bicarbonate and TDI. Combining the advantages of inorganic foaming agent and organic foaming agent, not only the temperature of the foaming system can be reduced, but also the temperature of the foaming system can be reduced, and to achieve the effect of Secondary Foaming, LDUPR product preparation method is a new idea.

Key Words: NH₄HCO₃; TDI; Secondary foaming mechanism; LDUPR

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 不饱和聚酯树脂 1

1.2.1不饱和聚酯树脂的优势 1

1.2.2不饱和聚酯树脂的研究现状 2

1.2.3不饱和聚酯树脂的生产应用 3

1.3 低密度不饱和聚酯树脂 4

1.3.1低密度不饱和聚酯树脂的性能 4

1.3.2低密度不饱和聚酯树脂的研究现状 4

1.3.3低密度不饱和聚酯树脂的制备方法 5

1.4 研究目的、内容及创新点 6

1.4.1研究目的 6

1.4.2研究内容 6

1.4.3研究创新点 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验思路 8

2.2 实验内容 10

2.2.1 实验原料 10

2.2.2 实验设备 10

2.3 实验方法 11

2.3.1 实验要求 11

2.3.2 实验流程 11

2.3.3 具体实验内容 13

第三章 结果与预测 15

3.1 非等温条件下发泡剂放气量测试 15

3.2 不同胶液的红外图谱分析 16

3.3 凝胶实验 16

3.4 不同胶液的反应性实验分析 17

3.5 LDUPR样品工艺参数的制备 17

3.6 差式扫描量热测试 18

3.7 扫描电子显微镜分析 18

第四章 结论与展望 19

4.1结论 19

4.2展望 19

参考文献 20

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

复合材料是由两种、及两种以上的物理化学性质不相同的物质组合而成的一种多相固体材料 ^[1]。在复合材料中，各组分不仅发挥自身优势，还会因为协同作用、界面效果等，产生新的优良性能。其中，树脂基复合材料因为具有制备工艺简单、制备过程在可控范围之内、生产效率高等显著优势，在大型航空航天器的制造、仪器零部件的批量生产、功能仿生材料的研发等方面，都明显领先于其他传统材料，逐渐成为了研究的热点材料之一^[2-4]。

不饱和聚酯树脂（unsaturated polyester resin , 简称UPR），是热固性树脂中性能优越的一种^[5]。因其有耐腐蚀、力学性能良好、着色自由、粘度低、价格低廉且原料生产量大易获得、易与不同增强材料填料组合等的优点，因此被广泛应用于石油化工、交通运输、航空航天等领域 ^[6]。各科研团队，也在不断探索不饱和聚酯树脂成型工艺中的影响因素及其变化规律、基体材料和增强材料的协同作用等问题，以选择更好的不饱和聚酯树脂原料和配比，并优化制备流程。

但是，随着资源枯竭的问题成为全世界所面临的的共同难题、石油价格日益走高，不饱和聚酯树脂 (UPR) 的价格也随之日渐走高，科学发展对节能环保、轻质高强、绿色无害的材料的需求越高，低密度不饱和聚酯树脂 (low-density unsaturated polyester resin，简称LDUPR )及其相关制品应运而生，目前已成为复合材料研究和应用最具潜力、前景广阔的热门材料之一。因其具有轻质(表观密度低)而高强(比压缩强度高)的特点^[7]，与其它材料复合使用可达到隔热、阻燃、轻质、高强等优越的性能，已经成为目前轻质材料的一个重要组成部分 ^[8]。

现如今可以用常规轻质填料填充法与发泡法等^[9]技术制得性能优异的低密度不饱和聚酯树脂及其相关制品。轻质填料法是指用碳酸钙（CaCO₃）等充填于材料的内部，使其均匀分散，在降低材料密度的同时，增加材料的强度；发泡法是指气体在树脂中密集生成，细小的气泡在材料中均匀分散，达到密度大大降低的效果。但是，由于轻质填料的原料价格比较高，而发泡法一直在不断发展和改良，特别是化学发泡法日渐走向更熟和工业化，研究化学发泡、尤其是有机/无机共同发泡来制备低密度不饱和聚酯树脂材料，显得愈加重要^[10]。

1.2 不饱和聚酯树脂

1.2.1不饱和聚酯树脂的优势及应用

（1）轻质高强

不饱和聚酯树脂的密度（1.1-2.1 g/cm³）和很多无机非金属（陶瓷的密度约为2.6~2.9 g/cm³）、金属(普通碳素钢的密度约为7.85 g/cm³) ^[11]相比减小了很多，其强度却没有降低，甚至在质量相同的情况下不饱和聚酯树脂可以有更高的强度。所以在不同场合和领域，不饱和聚酯树脂成为传统材料的优良替代品，如航天器的制造、汽车工业的应用等。

（2）良好的耐腐蚀性能

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