中国塑料bookmark0 PUU-RRIM制品中玻璃纤维的取向姜志国江海红高宇周亨近（北京化工大学，北京100029）张士林（浙江巨圣氟化学有限公司，瞿州324004）通过扫描电子显微镜观察了聚氨酯脲（PUU）体系增强反应注射成型（RRIM）制品中玻璃纤居的取向和分布规律。发现在流动横截面上玻璃纤居非均一分布，其中规则取向区域与杂乱堆积区域交替存在，呈现多层分布结构。建立了充模过程流体流动方程，应用速度分布方程，对玻璃纤居多层分布结构进行了理论分析。

　　0刖言聚氨酯脲体系是反应注射成型（RIM）新的原料体系和加工技术。PUU-RRIM技术较RIM在设备、材料和工艺诸方面都有长足的发展，可以高效率成型大截面制品。

　　常用的增强材料是玻璃纤维。PUU-RRIM制品因综合性能优异，特别是突出的抗冲击和耐热性而广泛地用做汽车零件（例如保险杠、仪表盘、侧护条和挡泥板等）。玻璃纤维在制品中的分布情况是影响PUU-RRIM制品力学性能的关键因素。制品中的玻璃纤维呈分布状态，传统的看法是均匀态，对不同的流动层面没有区别对待。

　　1，自行设计。

　　恒定流量把原料混合后注入到模具中；恒温水浴控制模具温度为552C. 1.3实骤步骤和原料输送管线，称取各原料，加入到贮料槽中，对物料加热并搅拌2h.在加料过程中应特别注意不要把水分带入设备内，特别是异氰酸酯组分的贮料罐还应用干燥的氮气进行保护，防止水汽侵入。

　　箭头指向试样的表面（Z方向），圆圈是RRIM制品中常常见到的微孔气泡。比较玻璃纤维的电镜照片。中棒状物为玻璃纤维。分析发现，试样表面附近的玻璃纤维平行表面规整排列；距离表面较远的区域玻璃纤维在照片中较难发现。

　　为了更清楚地了解玻璃纤维在试样中的分布情况，在厚度方向上（Z方向），从表面到中心对X―Z横截面进行观察，得到的扫描电镜照片见、和。

　　中较粗的箭头是原料流动方向，较表层附近的玻璃纤维分布模具长度远大于模具厚度，L>>H忽略“入口效应”；模具宽度远大于模具厚度，WH，忽略侧壁对流体的影响。

　　商品化RRIM机是恒容量柱塞泵输出，充模过程为恒流量充模，可保证恒流量假设。

　　芯部玻璃纤维的分布细的箭头指向试样表面（z方向）。综合考虑~7的玻璃纤维的分布情况，从试样的表层到芯部，玻璃纤维经历了沿流动方向高度取向、无规分布和芯部取向3种状态。从整体上看，玻璃纤维的分布类似“三明治”结构。

　　3理论分析3.1基本假设从聚合物流变学的观点看，RRIM材料的充模过程首先表现为连续介质的性质，其中填充了长径比较大的玻璃纤维。可以建立连续方程、动量守恒方程及能量守恒方程。

　　坐标如所示，设定模具型腔长度为L宽度为W高度为H，直角坐标系的原点处于H/2和W/2处，X方向平行于流动向（L），Y平行于宽度方向（W），Z平行于厚度方向（H）。

　　整个充模流动可依流动情况分为2个区域：一是主流动区域它只是X方向的一维流动；二是流动前沿区域它是二维流动区流体充模时间短（约几秒钟），凝胶固化反应时间长（约几分钟），反应程度很低，可以认为充模过程中流体属于牛顿流体；忽略在X、Y和Z方向的热传导、热容变化和分子扩散作用。

　　在主流动区域为一维流动。只有X方向的流动，而没有Y和Z方向的流动：在流动前沿为二维流动，既有X方向的流动，又有Z方向的流动：充模过程控制为层流状态。

　　原料配方中没有加发泡剂，反应前后密度变化小于5%假设密度恒定。

　　3.2方程建立（1）连续性方程因此，不可压缩流体连续性方程在直角坐标系中可表达为：在RRIM充模过程中，物料的流动伴随着动量的变化，因此，从动量守恒的角度，可域即有-X方向流动A也有石（方向felecftonicI以研究流变速蓖分布等流变性质。（在这方面www可利用者名的NavierStokes运动方程。DV对于连续性方程，其无量纲化为：一体积力（模具水平放置，Pp0）-压力P和剪切力T之和在直角坐标中，只有X方向存在分量，经简化后为：3.3方程无量纲化bookmark10的方法，进行无量纲化处理5~101.无量纲坐标分别是：流动变量无量纲化是：（无量纲粘度）（无量纲流速，Vx为平均速度）t=tf（无量纲充模时间）量纲压力梯度））（X方向无动量方程无量纲化经整理可得：由方程（8）可知：对方程（9）进行积分：整理式（10）和（无量纲化流量）厂=（无量纲化速度）速度为"Vx.Z　　存在速度梯度，中心层（Z=0）流速*快，模具壁处（Z=H/2），流速*慢（Vx =0）。从中心区域流出的流体，不断地补充到模具壁附近，是典型的“喷泉流动”。长径比较大的玻璃纤维，在流体中由于速度梯度的作用发生取向，沿流动方向规则排列，因此在扫描电镜照片中，试样的表层和中心层玻璃纤维沿流动方向规则排列。“喷泉流动”中，中心部分的流体流速较快，到达流体“前端线”后由单一的X方向流动，变为X和Z2个方向的流动。一部分流体继续沿X方向流动；另一部分流体则向X和Z2个方向流动。在流体流速分量的变化过程中，有一部分玻璃纤维取向被破坏。由于流速分量的变化主要集中在试样的表层与中心之间，因此玻璃纤维的杂乱排列也处于同一区域。这就是试样表层、过渡区和中心层中的玻璃纤维排列呈“三明治”状排列的原因。

　　H这样的认识与以往的单纯均匀取向排列nie不同，从而有可能在通过改变工艺条件，控制玻璃纤维无规分布过渡区，探索一条减少RRIM制品力学性能“各向异性”的新路。

　　5结论品中玻璃纤维的分布排列，不是单纯的沿流动方向的取向。在表层和中心层玻璃纤维规则取向；两层之间存在玻璃纤维杂乱堆积的过渡区域，形成类似“三明治”的分布结构。

　　利用流体力学中的连续性方程和动量方程，推导出流速沿Z轴分布方程，说明RRIM的充模过程为“喷泉流动”。

　　根据“喷泉流动”机理解释了制品中玻璃纤维“三明治”分布的形成原因，指出有可能通过控制玻璃纤维杂乱过渡区，改善RRIM制品力学性能的向各异性。