一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨tpu復(fù)合材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，熱塑性聚氨酯彈性體30～75份，高性能長(zhǎng)芳綸纖維20～60份，相容劑3～8份，耐磨劑0.4～1.5份，流動(dòng)改性劑0.4～1.5份，擴(kuò)鏈劑0.2～0.5份，熱穩(wěn)定劑0.4～0.6份，紫外光吸收劑0.4～0.6份。本發(fā)明采用高流動(dòng)、低表面硬度的TPU作為基料，利用流動(dòng)性改性劑改善基體流動(dòng)性，通過(guò)加入超高分子量的硅油大幅度提高TPU的耐磨性能以及加入擴(kuò)鏈劑改善TPU的分子量來(lái)制得高性能長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)TPU復(fù)合材料，使TPU材料的強(qiáng)度和剛性獲得改善，并提高了其韌性和降低了材料的成本。本材料可代替芳綸增強(qiáng)橡膠母膠在橡膠輪胎中作為增強(qiáng)耐磨母粒使用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種高分子材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]TPU中文名稱(chēng):熱塑性聚氨酯彈性體。所謂彈性體是指玻璃化溫度低于室溫度，斷裂伸長(zhǎng)率>50%，外力撤除后復(fù)原性比較好的高分子材料。聚氨酯彈性體是彈性體中比較特殊的一大類(lèi)，聚氨酯彈性體的硬度范圍很寬，性能范圍很寬，所以聚氨酯彈性體是介于橡膠和塑料的一類(lèi)高分子材料。它硬度范圍寬、耐磨、耐油，透明，彈性好，在日用品、體育用品、玩具、裝飾材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，該材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐油、耐臭氧性、優(yōu)異的低溫性能等，其缺點(diǎn)是耐老化性差，蓄熱性較大，濕表面摩擦系數(shù)低，容易打滑，成本比較高。芳綸纖維是一種新型高科技合成纖維，具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能，其強(qiáng)度是鋼絲的5~6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2~3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量?jī)H為鋼絲的1/5左右，在560度的溫度下，不分解，不融化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能，具有很長(zhǎng)的生命周期。
[0003]當(dāng)材料在使用過(guò)程中經(jīng)常受摩擦、刮磨、研挫等機(jī)械作用，會(huì)引起其表面逐步磨損，因此材料的選擇磨耗性顯得非常重要。TPU塑膠原料耐磨性能優(yōu)異，較天然橡膠耐磨五倍以上。近年來(lái)美國(guó)杜邦公司在市場(chǎng)上推出了可應(yīng)用于輪胎橡膠材料的芳綸增強(qiáng)橡膠母膠，可改善橡膠材料的抗撕裂、抗扎刺、生熱等性能，但是價(jià)格極其昂貴。采用長(zhǎng)纖維增強(qiáng)技術(shù)制備出長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU材料來(lái)代替芳綸增強(qiáng)橡膠母膠既能降低成本，又能提高材料耐磨性、耐低溫性能和抗撕裂性能。但是TPU的粘度和硬度范圍寬，熔體粘度大，使其制備長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料及其制備方法，它能提高TPU的強(qiáng)度及剛性，大幅提升其韌性，降低材料摩擦系數(shù)，改善其加工性能，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，可以在橡膠輪胎中作為增強(qiáng)耐磨母粒使用。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，熱塑性聚氨酯彈性體30~75份，高性能長(zhǎng)芳纟侖纖維20~60份，相容劑3~8份,耐磨劑0.4~1.5份，流動(dòng)改性劑0.4~1.5份，擴(kuò)鏈劑0.2~0.5份，熱穩(wěn)定劑0.4~0.6份，紫外光吸收劑0.4~0.6份。
[0006]所述的熱塑性聚氨酯彈性體的熔融指數(shù)為25-55g/10min，200°C /2.16Kg，且TPU的邵氏硬度(A)為45~65。
[0007]所述的高性能長(zhǎng)芳綸纖維為先經(jīng)過(guò)磷酸處理后經(jīng)過(guò)偶聯(lián)處理的芳綸纖維，直徑為12 μ m,規(guī)格 3000D 。
[0008]所述的耐磨劑成分為:超高分子量的硅油和EVA，能顯著改善樹(shù)脂的耐磨性、流動(dòng)性及加工性，提高制品表面光潔度。[0009]所述的相容劑為含有環(huán)氧基團(tuán)的相容劑。該相容劑為丙烯腈-苯乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯，POE-g-GMA, EPDM-g-GMA，環(huán)氧樹(shù)脂等。
[0010]所述的流動(dòng)改性劑為長(zhǎng)鏈多官能團(tuán)酯。該材料具有非常小的揮發(fā)性，作為加工助劑，具有良好的分散性，主要用于聚合物的擠出，注塑，壓延等，提高熔體的加工流動(dòng)性，大幅度提高熔融指數(shù)，不降低制品的沖擊性能。
[0011]所述的擴(kuò)鏈劑為間苯二酚二羥乙基醚(HER)，能最大限度地維持彈性體的持久性、彈性和可塑性，而同時(shí)又可將收縮率限制到最小。
[0012]熱穩(wěn)定劑為2，6-叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧劑-264)、四(4-羥基-3，5-二叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯(抗氧劑-1010)、3，5-二叔丁基-4-羥基苯丙酸十八酯(抗氧劑-1076)、亞磷酸三苯酯(TPP)、亞磷酸三壬基苯酯(TNP)等。
[0013]紫外光吸收劑為二苯甲酮類(lèi)、苯并三唑類(lèi)和哌啶類(lèi)，如2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9)、2，2’ - 二羥基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-24)、2 (2-羥基-3’，5’- 二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑(UV-328)、雙(2，2，6，6-四甲基哌啶)癸二酸酯等。
[0014]一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料的制備方法，按上述的質(zhì)量份數(shù)，取熱塑性聚氨酯彈性體，芳綸纖維，相容劑，耐磨劑，流動(dòng)改性劑，熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑及紫外光吸收劑，將熱塑性聚氨酯彈性體、相容劑、耐磨劑，流動(dòng)改性劑、抗氧劑，擴(kuò)鏈劑等共混擠出，通過(guò)實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝 置對(duì)芳綸纖維進(jìn)行浸潰，冷卻后切粒成8~12 mm的顆粒，獲得長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)TPU復(fù)合材料。
[0015]雙螺桿擠出機(jī)的螺桿加工溫度為175~200°C，實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置溫度為 215 ~235°C。
[0016]TPU的干燥溫度為80°C，時(shí)間為24h。
[0017]所述實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置具體是采用 申請(qǐng)人:在之前申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮椤?01110453139.8”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)的裝置。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明選擇了高流動(dòng)的TPU，其熔融指數(shù)為25-55 g/10min，200°C /2.16 kg，且TPU的邵氏硬度(A)為45~65，通過(guò)加入含有超高分子量的硅油作為耐磨劑進(jìn)一步提高TPU的耐磨性；通過(guò)向該TPU中加入流動(dòng)性改性劑來(lái)改善基體樹(shù)脂的流動(dòng)性，從而解決TPU流動(dòng)性差不易浸潤(rùn)芳綸纖維的缺陷；通過(guò)加入含有環(huán)氧基團(tuán)的相容劑來(lái)增強(qiáng)玻纖與基材的界面強(qiáng)度；通過(guò)加入含有羥基的擴(kuò)鏈劑來(lái)改善因加工過(guò)程導(dǎo)致材料分子量降低的缺陷，最終成功制得長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，操作方便，效益高，應(yīng)用廣泛，適合于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的實(shí)施例1:一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，熱塑性聚氨酯彈性體(TPU，市售牌號(hào)為87165)63份，長(zhǎng)芳綸纖維30份，丙烯腈-苯乙烯-甲基丙烯酸縮水甘油酯(相容劑)4份，A-186 (耐磨劑)1.5份，AM-80 (流動(dòng)改性劑)1份，間苯二酚二羥乙基醚(HER)(擴(kuò)鏈劑)0.5份，2，6-叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧劑-264)0.6份，
2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9 ) 0.5份。
[0020]一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料的制備方法，按上述的質(zhì)量份數(shù)，取熱塑性聚氨酯彈性體，芳綸纖維，相容劑，耐磨劑，流動(dòng)改性劑，熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑及紫外光吸收劑，將熱塑性聚氨酯彈性體、相容劑、耐磨劑、流動(dòng)改性劑、熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑等共混擠出，通過(guò)實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置對(duì)芳綸纖維進(jìn)行浸潰，冷卻后切粒成8~12 mm的顆粒，獲得長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料。
[0021]雙螺桿擠出機(jī)的螺桿加工溫度為175~200°C，實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置溫度為215~235°C。TPU的干燥溫度為80°C，時(shí)間為24h。
[0022]本發(fā)明的實(shí)施例2:—種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，熱塑性聚氨酯彈性體(TPU，市售牌號(hào)為87165) 53份，長(zhǎng)芳綸纖維40份，環(huán)氧樹(shù)脂(相容劑)5份，A-186 (耐磨劑)1.2份，AM-80 (流動(dòng)改性劑)0.8份，間苯二酚二羥乙基醚(HER)(擴(kuò)鏈劑)0.4份，2，6-叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧劑-264)0.5份，2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9) 0.5 份。
[0023]一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料的制備方法，按上述的質(zhì)量份數(shù)，取熱塑性聚氨酯彈性體，芳綸纖維，相容劑，耐磨劑，流動(dòng)改性劑，熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑及紫外光吸收劑，將熱塑性聚氨酯彈性體、相容劑、耐磨劑、流動(dòng)改性劑、熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑等共混擠出，通過(guò)實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置對(duì)芳綸纖維進(jìn)行浸潰，冷卻后切粒成8~12 mm的顆粒，獲得長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料。
[0024]雙螺桿擠出機(jī)的螺桿加工溫度為175~200°C，實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置溫度為215~235°C。TPU的干燥溫度為80°C，時(shí)間為24h。
[0025]本發(fā)明的實(shí)施例3:—種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，熱塑性聚氨酯彈性體(TPU，市售牌號(hào)為87165) 43份，長(zhǎng)芳綸纖維50份，POE-g-GMA (相容劑)7份，A-186 (耐磨劑)0.8份，AM-80 (流動(dòng)改性劑)0.5份，間苯二酚二羥乙基醚(HER)(擴(kuò)鏈劑)0.3份，2，6-叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧劑-264)0.5份，2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9) 0.5 份。
[0026]一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料的制備方法，按上述的質(zhì)量份數(shù)，取熱塑性聚氨酯彈性體，芳綸纖維，相容劑，耐磨劑，流動(dòng)改性劑，熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑及紫外光吸收劑，將熱塑性聚氨酯彈性體、相容劑、耐磨劑、流動(dòng)改性劑、熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑等共混擠出，通過(guò)實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置對(duì)芳綸纖維進(jìn)行浸潰，冷卻后切粒成8~12 mm的顆粒，獲得長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料。
[0027]雙螺桿擠出機(jī)的螺桿加工溫度為175~200°C，實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置溫度為215~235°C。TPU的干燥溫度為80°C，時(shí)間為24h。
[0028]本發(fā)明的實(shí)施例4:一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，熱塑性聚氨酯彈性體(TPU，市售牌號(hào)為87165) 30份，長(zhǎng)芳綸纖維60份，EPDM-g-GMA (相容劑)8份，A-186 (耐磨劑)0.5份，AM-80 (流動(dòng)改性劑)0.5份，間苯二酚二羥乙基醚(HER)(擴(kuò)鏈劑)0.2份，2，6-叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧劑-264) 0.5份，2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9) 0.5 份。
[0029]一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料的制備方法，按上述的質(zhì)量份數(shù)，取熱塑性聚氨酯彈性體，芳綸纖維，相容劑，耐磨劑，流動(dòng)改性劑，熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑及紫外光吸收劑，將熱塑性聚氨酯彈性體、相容劑、耐磨劑、流動(dòng)改性劑、熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑等共混擠出，通過(guò)實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置對(duì)芳綸纖維進(jìn)行浸潰，冷卻后切粒成8~12 mm的顆粒，獲得長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨 TPU復(fù)合材料。[0030]雙螺桿擠出機(jī)的螺桿加工溫度為175~200°C，實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置溫度為215~235°C。TPU的干燥溫度為80°C，時(shí)間為24h。
[0031]主要性能測(cè)試:生產(chǎn)出的產(chǎn)品按照標(biāo)準(zhǔn)制成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條，進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試，其性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。
【權(quán)利要求】
1.一種長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，其特征在于:按質(zhì)量份數(shù)計(jì)算，包括熱塑性聚氨酯彈性體TPU30~75份，高性能長(zhǎng)芳綸纖維20~60份，相容劑3~8份，耐磨劑0.4~1.5份，流動(dòng)改性劑0.4~1.5份，擴(kuò)鏈劑0.2~0.5份，熱穩(wěn)定劑0.4~0.6份，紫外光吸收劑0.4~0.6份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，其特征在于:所述的熱塑性聚氨酯彈性體的熔融指數(shù)為25-55g/10min，200°C /2.16Kg，且TPU的邵氏硬度A為45 ~65。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，其特征在于:所述的高性能長(zhǎng)芳綸纖維為先經(jīng)過(guò)磷酸處理后經(jīng)過(guò)偶聯(lián)處理的芳綸纖維，纖維直徑為12 μ m,規(guī)格3000D。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，其特征在于:所述的相容劑為含有環(huán)氧基團(tuán)的相容劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，其特征在于:所述的流動(dòng)改性劑為長(zhǎng)鏈多官能團(tuán)酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料，其特征在于:所述的擴(kuò)鏈劑為間苯二酚二羥乙基醚。
7.—種如權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:按上述的質(zhì)量份數(shù)，取熱塑性聚氨酯彈性體，芳綸纖維，相容劑，耐磨劑，流動(dòng)改性劑，熱穩(wěn)定劑，擴(kuò)鏈劑及紫外光吸收劑，將熱塑性聚氨酯彈性體、相容劑、耐磨劑，流動(dòng)改性劑、抗氧劑，擴(kuò)鏈劑等共混擠出，通過(guò)實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置對(duì)芳綸纖維進(jìn)行浸潰，冷卻后切粒成8~12 mm的顆粒，獲得長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)TPU復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:雙螺桿擠出機(jī)的螺桿加工溫度為175~200°C，實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)玻纖擠出的裝置溫度為215~235。。。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高長(zhǎng)芳綸纖維增強(qiáng)耐磨TPU復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:TPU的干燥溫度為80°C，時(shí)間為24h。
【文檔編號(hào)】C08L77/10GK103819892SQ201410095063
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月16日
【發(fā)明者】郭建兵, 張道海, 瞿進(jìn), 張敬, 秦舒浩 申請(qǐng)人:貴州省材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院