復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展日新月異，聚氨酯樹脂憑借其優(yōu)異的韌性、快速的固化特性以及環(huán)保無揮發(fā)等突出優(yōu)勢，正不斷突破傳統(tǒng)材料的邊界。在許多以往長期由不飽和樹脂和環(huán)氧樹脂主導(dǎo)的應(yīng)用領(lǐng)域中，聚氨酯復(fù)合材料展現(xiàn)出強大的替代潛力，持續(xù)推動材料體系的升級與變革。

聚氨酯復(fù)合材料的發(fā)展

? 1937年，德國奧托·拜耳發(fā)明了聚氨酯。

? 20世紀60年代，拜爾與瑞士CIBA公司開發(fā)了RIM（反應(yīng)注射成型工藝）；

? 20世紀70年代，美國GE公司推出RIM自動線；玻纖開始用于RIM增強。

? 20世紀80年代，出現(xiàn)了S-RIM（結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射成型工藝）；我國引入了RIM技術(shù)

? 20世紀80年代以來20多年間，作為FRSP聚氨酯復(fù)合材料工藝主要是RIM

?至今，纖維增強聚氨酯復(fù)合材料發(fā)展了長纖維注射(LFI)、拉擠、纏繞、樹脂傳遞成型等工藝，主要用不發(fā)泡的聚氨酯復(fù)合材料生產(chǎn)窗框、電線桿、浴缸、汽車大型部件等制品。

工藝發(fā)展使聚氨酯復(fù)材的適用性更廣

1.R-RIM（反應(yīng)注射成型）

標準的RIM不增強，增強的RIM按增強的材料不同分為R-RIM和S-RIM。

R-RIM（Reinforced Reaction Injection Moulding，增強反應(yīng)注射成型）：以磨碎玻璃纖維等粉狀材料增強。

S-RIM（Structural Reaction Injection Moulding，結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射成型）：以玻璃纖維織物、短切氈/連續(xù)氈、預(yù)成型料增強。

VFI（Variable Fiber Injection，可變纖維注射成型）：為克服SRIM預(yù)放氈和玻璃纖維加入量有限（玻璃纖維量增加，樹脂流動性下降，有小氣泡）的不足，德國、意大利開發(fā)了VFI，直接將玻璃纖維無捻粗紗短切分散進入混料腔，然后與聚氨酯一起注入模具，固化成型。與S-RIM工藝相比，VFI高密度制品性能更好。

2.長纖維注射成型（LFI）

  長纖維注射成型（Long Fiber Injection, LFI）是一種聚氨酯復(fù)合材料生產(chǎn)工藝，主要用于生產(chǎn)力學(xué)性能要求相對較低、但形狀復(fù)雜的大型汽車內(nèi)飾件和半結(jié)構(gòu)部件，如儀表盤、內(nèi)飾門板、車身底板等。

  在該工藝過程中，纖維切割裝置將連續(xù)的玻璃纖維合股紗定長切割為25–50毫米的段狀纖維，隨后將其直接送入溫控模具內(nèi)；同時，多元醇、異氰酸酯及催化劑等混合組分通過計量設(shè)備精確配比并注入模具內(nèi)，在模腔中混合、浸潤并固化成型。LFI工藝不僅能高效制備輕質(zhì)高強的聚氨酯復(fù)合材料部件，還具有比傳統(tǒng)SRIM（結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射成型）更顯著的工藝靈活性。

LFI被廣泛視為SRIM技術(shù)的有力替代方案。相比于SRIM需預(yù)先鋪設(shè)玻纖氈、再閉模注塑的多步操作，LFI實現(xiàn)了纖維與樹脂的同步進料，大幅縮短了成型周期，提高了生產(chǎn)效率。同時，LFI支持更高的玻璃纖維添加量和更廣泛的聚氨酯配方選擇，從而可制造出更輕、力學(xué)性能更優(yōu)異的復(fù)合材料制品。

  汽車行業(yè)是LFI技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一，典型應(yīng)用包括結(jié)構(gòu)及半結(jié)構(gòu)類板狀部件，如車頂模塊。有報道顯示，某跑車車型采用LFI聚氨酯復(fù)合材料制造的車頂，相比傳統(tǒng)鋼制車頂減重20%以上，剛度則達到鋁制車頂或其他玻璃鋼車頂?shù)膬杀兑陨稀?/p>

  此外，在農(nóng)用機械和商用車領(lǐng)域，LFI也廣泛應(yīng)用于拖拉機引擎罩、重型卡車車身板、推土機外部覆蓋件、客車行李艙蓋等大型部件的制造，以滿足輕量化、高強度和集成化設(shè)計的需要。

3.纖維復(fù)合噴射（FCS）

  纖維復(fù)合噴射（Fiber Composite Spraying, FCS）是一項新興的聚氨酯復(fù)合材料成型工藝，為大型纖維增強制品的高效制造提供了創(chuàng)新性的解決方案。該技術(shù)特別適用于生產(chǎn)大面積或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，例如公共汽車、拖拉機等一般用途車輛的車身覆蓋件，以及卡車導(dǎo)流罩、駕駛室外殼等部件。同時，F(xiàn)CS技術(shù)在建筑與基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力，包括大型隔熱面板、隔音屏障、建筑模板等非承重或次承重結(jié)構(gòu)件的快速成型。

  手糊法在復(fù)合材料制品生產(chǎn)中仍舊很普遍，手糊法的明顯優(yōu)點是設(shè)備成本最低，能夠制造形狀非常復(fù)雜的制品。其缺點是人力成本很高，周期長，并且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。此外，生產(chǎn)中所排放的苯乙烯對健康不利，為減少這一風險，需要額外增加運營成本。而纖維復(fù)合噴射技術(shù)在滿足制品制作要求的同時，可以一定程度避免手糊工藝中存在的不利因素，并且能夠得到品質(zhì)優(yōu)越的制品。

FCS工藝中采用的4組分混合頭提供了選用多種材料的可能性。例如，選擇不同的多元醇（最多達3種），就可在同一產(chǎn)品中兼容致密層和泡沫層。泡沫層可減輕產(chǎn)品重量，還可改善聲學(xué)性能。另一變異方法是使用兩種不同的多元醇和兩種異氰酸酯。換句話說，該系統(tǒng)可做成兩種完全不同的聚氨酯體系，例如產(chǎn)品外層是用脂族聚氨酯制成的耐紫外線皮層，而內(nèi)層則是一般的聚氨酯。

Baypreg法

這是一種夾芯板的制造工藝。把紙蜂窩等芯材埋在兩層玻纖氈之間，用雙組份聚氨酯噴射浸漬，然后在閉合模具中壓塑并加熱固化。這種板材比其他夾芯產(chǎn)品更輕，因而對汽車等用途很有吸引力。典型用途有車身底板、行李倉底板、備胎罩、天窗板等。

Baypreg可用多種纖維材料如玻璃纖維、碳纖維或天然纖維增強。適用于各種壓塑工藝，與各類型的芯材相容，整個過程不使用溶劑。

Multitec法

這是更新的敞模噴射技術(shù)。經(jīng)短切的玻璃纖維和快速固化的聚氨酯混合料中在室溫下被噴射入模，并在敞模中固化。

制造少量制件可以人工噴射，而大批量生產(chǎn)則可用機械手自動噴射。這種工藝典型的制品是水療設(shè)備、魚缸、淋浴盤、休閑車輛部件、拖拉機防護罩和翼子板等。

4．拉擠成型

近年來，聚氨酯拉擠成型技術(shù)已成功實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。面對中國拉擠產(chǎn)品市場日益激烈的競爭，北美拉擠廠商正積極利用聚氨酯樹脂更高的韌性和強度優(yōu)勢，以差異化策略開拓新的市場機遇。

在聚氨酯拉擠工藝中，能夠容納更高比例的增強纖維，從而顯著提升最終制品的力學(xué)性能。同時，聚氨酯樹脂基體本身具備優(yōu)異的抗沖擊強度、拉伸強度及層間剪切強度，使得制品在減薄減重的同時仍保持較高的承載能力。例如，在生產(chǎn)工字梁時，可采用更多的無捻粗紗替代部分連續(xù)原絲氈，在保持縱向剛度不變的前提下實現(xiàn)截面更薄、重量更輕，不僅提高了材料效率，也降低了總體成本。此外，聚氨酯拉擠材料的韌性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)樹脂體系，制品在鉆孔、切割等后續(xù)裝配過程中不易開裂或崩碎，便于采用常規(guī)方式進行加工和安裝。

  聚氨酯拉擠材料包括型材、桿件和板材，如梯子、通訊鋼塔、鐵路魚尾板、太陽光伏邊框、門窗邊框、模塊化房屋板材等。

  工程聚氨酯外殼

  聚氨酯拉擠材料最新的應(yīng)用是門窗系統(tǒng)，它能夠制得更大、更薄而強度足夠的型材，用于大窗框甚至幕墻。這種窗框比鋁、木和塑料窗框更好，具有良好的脹縮性能、耐候性好、外觀經(jīng)涂漆后可形成木質(zhì)外觀。

    另一個新的用途是鐵路魚尾板，聚氨酯魚尾板（通常也稱為復(fù)合材料魚尾板或合成軌枕中的連接部件）是一種應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料產(chǎn)品，尤其適用于重載、高速、高腐蝕等苛刻工況，是提升鐵路運營效率和安全性的重要創(chuàng)新產(chǎn)品。

  2019年，南京聚發(fā)新材料有限公司自主研發(fā)的阻燃拉擠樹脂成功應(yīng)用于時速400公里高速動車組的設(shè)備艙部件制造，標志著該公司在高端軌道交通復(fù)合材料領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破。

該阻燃樹脂體系不僅滿足嚴苛的阻燃標準（如EN45545），更兼具優(yōu)異的力學(xué)性能與高效的拉擠工藝適應(yīng)性，確保了設(shè)備艙部件在超高速運行環(huán)境下具備高抗沖擊性、低煙無毒和結(jié)構(gòu)可靠性，為中國新一代高鐵技術(shù)的輕量化與安全防護提供了關(guān)鍵材料支撐，展現(xiàn)出國產(chǎn)高端復(fù)合材料在頂尖裝備領(lǐng)域的強大競爭力。

5、纏繞成型

  在纏繞成型中，用聚氨酯代替聚酯引起了聚氨酯供應(yīng)商的很大興趣。一大突破是加拿大的RS技術(shù)公司使用其專有的聚氨酯樹脂和纖維纏繞專利技術(shù)制造了裝配式復(fù)合材料電線桿。這是第一種聚氨酯復(fù)合材料電線桿。聚氨酯復(fù)合材料可以制造更長的電線桿，而聚酯復(fù)合材料多用于較小的電線桿。這個電線桿的內(nèi)層用芳族聚氨酯，外面兩層用脂族聚氨酯。這種樹脂體系的強度、韌性更高，減輕了45%的重量。

  湖南強泰新材料有限公司在中國通訊桿塔領(lǐng)域占據(jù)顯著的市場份額，是國內(nèi)該領(lǐng)域重要的新材料解決方案提供商之一。

  公司憑借其在復(fù)合材料（尤其聚氨酯等高分子材料）領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)，持續(xù)為通訊桿塔市場提供高性能、耐腐蝕、輕量化的替代產(chǎn)品。其復(fù)合材料桿塔在5G基站建設(shè)、沿海及惡劣環(huán)境中表現(xiàn)出傳統(tǒng)金屬桿塔所不具備的耐候性與結(jié)構(gòu)耐久性，順應(yīng)了通訊基礎(chǔ)設(shè)施升級和“新基建”的戰(zhàn)略需求，因此贏得了廣泛的客戶認可，市場占有率居于行業(yè)前列。

  未來，隨著5G網(wǎng)絡(luò)深入覆蓋及6G技術(shù)前瞻布局，對輕量化、低損耗、免維護桿塔的需求將進一步增長，湖南強泰有望憑借其材料與技術(shù)優(yōu)勢，持續(xù)鞏固并擴大其市場領(lǐng)先地位。

  南京聚發(fā)新材料有限公司在聚氨酯拉擠技術(shù)領(lǐng)域始終保持著高度的活躍度和技術(shù)領(lǐng)先性，是該工藝產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要推動者之一。該公司通過持續(xù)的技術(shù)研發(fā)與工藝優(yōu)化，致力于解決傳統(tǒng)拉擠材料在韌性、疲勞強度和輕量化等方面的瓶頸。其產(chǎn)品充分利用了聚氨酯樹脂優(yōu)異的抗沖擊性能和高纖維浸潤性，成功生產(chǎn)出高強度、輕量化且耐久性出色的復(fù)合材料型材。

  南京聚發(fā)新材料有限公司及其創(chuàng)新成果多次獲得央視、人民網(wǎng)等中央主流媒體的深度報道，在公眾視野中頻頻綻放光彩，品牌影響力與社會認可度持續(xù)提升。

6、樹脂傳遞模塑（RTM）及真空灌注工藝

  樹脂傳遞模塑（RTM）是一種已有數(shù)十年應(yīng)用歷史的閉模復(fù)合材料成型工藝，傳統(tǒng)上采用不飽和聚酯、乙烯基酯及環(huán)氧樹脂。隨著材料技術(shù)發(fā)展，聚氨酯RTM體系逐漸成熟。

在聚氨酯RTM工藝中，預(yù)先鋪設(shè)的纖維增強材料（如玻璃纖維墊）被置于密閉模具內(nèi)，注入聚氨酯樹脂后加熱固化，最終脫模獲得高表面質(zhì)量的復(fù)合材料制品。

真空灌注工藝（Vacuum Infusion）作為RTM的一種衍生技術(shù)，通過真空負壓作用使樹脂充分滲透纖維增強體，實現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)注射的浸潤效果，有效避免 dry spot（干斑）等缺陷，顯著提升產(chǎn)品一致性和可靠性。

近年來，聚氨酯樹脂固化體系的進步——尤其是適用期延長至30分鐘以上——極大促進了真空灌注等工藝的可行性。南京聚發(fā)等企業(yè)已開發(fā)出專門用于真空灌注成型的長操作窗口聚氨酯樹脂產(chǎn)品。

相較于傳統(tǒng)不飽和聚酯或乙烯基酯樹脂，聚氨酯RTM復(fù)合材料展現(xiàn)出更優(yōu)異的力學(xué)強度、抗沖擊性和疲勞性能，已廣泛應(yīng)用于防彈防爆裝備、新能源汽車部件等對材料性能要求苛刻的領(lǐng)域。

  2022年，南京聚發(fā)新材料有限公司的真空灌注樹脂體系成功應(yīng)用于84米級超大型風電葉片制造，標志著該公司在高性能復(fù)合材料樹脂領(lǐng)域的技術(shù)實力達到行業(yè)領(lǐng)先水平。

這一里程碑式應(yīng)用充分體現(xiàn)了其樹脂產(chǎn)品在超大型纖維增強結(jié)構(gòu)成型中的優(yōu)異工藝適應(yīng)性和可靠性。該樹脂體系具有低粘度、長操作期、高浸潤性及卓越的固化機械性能，能夠滿足超長葉片一體成型過程中對材料力學(xué)強度、結(jié)構(gòu)剛度和疲勞壽命的極端要求，為中國風電葉片大型化、輕量化發(fā)展提供了關(guān)鍵材料支撐，助力海上風電產(chǎn)業(yè)降本增效。

7.脂肪族的成功開發(fā)
 南京聚發(fā)新材料有限公司在高性能復(fù)合材料樹脂領(lǐng)域取得重大突破，其專為高速拉擠工藝開發(fā)的脂肪族聚氨酯樹脂體系已成功獲得TüV國際認證。這一成就標志著該材料在滿足光伏邊框高效生產(chǎn)與超長耐候性要求方面獲得了全球權(quán)威機構(gòu)的認可。