聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分經(jīng)過高分子共混設(shè)備中熔融共混后制得：熱塑性聚氨酯60~95%，改性硅剪切增稠凝膠5-40%。所述的改性硅剪切增稠凝膠按重量百分比計(jì)由以下組分經(jīng)過高分子共混設(shè)備中共混后制得：硅剪切增稠凝膠70~95%，二氧化硅顆粒5~30%；其中二氧化硅顆粒的粒徑為50~200納米。本發(fā)明得到的熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料與其他的熱塑性聚氨酯材料相比，具有更優(yōu)良的抗沖擊性能與加工性能。
【專利說明】聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種聚氨酯基高抗沖擊材料，以及該材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]剪切增稠是指體系受到剪切力作用時(shí)其粘度發(fā)生快速、劇烈、非線性增加的現(xiàn)象。其主要原理是某種材料在不受剪切或沖擊力作用時(shí)，分散相粒子和分散介質(zhì)由于氫鍵作用而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分散相粒子間互不干擾，而當(dāng)其受到剪切或沖擊力作用時(shí)，原先形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸解體，分散相粒子間由于相互碰撞而形成粒子簇，降低了材料的流動(dòng)性，導(dǎo)致其粘度急劇增加，表現(xiàn)出“增稠”的現(xiàn)象。當(dāng)剪切力消失時(shí)，由于剪切或沖擊作用形成的粒子簇逐漸分解，恢復(fù)到原先的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材料亦回到受剪切前的狀態(tài)，表現(xiàn)為可逆性。而剪切增稠凝膠就是具有剪切增稠效應(yīng)的凝膠。自20世紀(jì)80年代始，剪切增稠效應(yīng)被逐漸用于提高材料的抗沖擊性能，目前國內(nèi)外對(duì)剪切增稠效應(yīng)的研究主要應(yīng)用于防彈材料領(lǐng)域。簡言之，剪切增稠效應(yīng)在保護(hù)人體不受或降低沖擊力傷害方面有著重大意義。
[0003]常見的剪切增稠材料多為基于聚乙二醇-二氧化二氧化硅顆粒的液態(tài)體系，由于其較高的流動(dòng)性，應(yīng)用不便。而硅剪切增稠凝膠，如硅硼共聚物，則是另一類材料，該類材料在不受剪切作用之前，表現(xiàn)為固態(tài)凝膠，呈現(xiàn)為賓漢型流體；在低剪切速率條件下，呈現(xiàn)為假塑型流體，即隨剪切應(yīng)力增加粘度下降；在剪切速率超過某一臨界值后，即呈現(xiàn)為剪切增稠流體。相比液態(tài)增稠材料，剪切增稠凝膠在受剪切作用前表現(xiàn)為固態(tài)凝膠，對(duì)于在各類防護(hù)裝具上的應(yīng)用較有利。但是，在受到剪切沖擊后，與液態(tài)剪切增稠材料相似，其材料變形不可逆，因此在實(shí)際應(yīng)用中也有較大局限。
`[0004]而熱塑性聚氨酯則是一種廣泛應(yīng)用的性能優(yōu)良的彈性體材料。該材料具有優(yōu)良的高張力、高拉力、高韌性和耐老化的特性，耐磨性、回彈力都優(yōu)于普通熱固性聚氨酯、PVC,耐老化性優(yōu)于橡膠，并且與熱固性聚氨酯相比，可方便的采用注射、擠壓、壓延及溶解成溶液型樹脂等通用成型方法進(jìn)行加工。因此，基于該材料的制品涵蓋了工業(yè)應(yīng)用和民用必需品的范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種兼顧聚氨酯彈性和硅剪切增稠凝膠抗沖擊性的聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):一種聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料，該復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分經(jīng)過高分子共混設(shè)備中熔融共混后制得:
熱塑性聚氨酯60-95%，
改性硅剪切增稠凝膠5-40%。
[0007]作為優(yōu)選方案:所述的改性硅剪切增稠凝膠按重量百分比計(jì)由以下組分經(jīng)過高分子共混設(shè)備中共混后制得:硅剪切增稠凝膠70-95%，
二氧化硅顆粒5~30% ；
其中二氧化硅顆粒的粒徑為50-200納米。
[0008]本發(fā)明還提供一種上述復(fù)合材料的制備方法，依次包括以下步驟:
①將5~30%(重量百分比)二氧化硅顆粒與70-95% (重量百分比)硅剪切增稠凝膠用高分子共混設(shè)備進(jìn)行混合，制得改性硅剪切增稠凝膠；
②將5~40%(重量百分比)改性硅剪切增稠凝膠與60、5% (重量百分比)熱塑性聚氨酯在高分子共混設(shè)備進(jìn)行熔融共混。 [0009]作為優(yōu)選方案:所述的高分子共混設(shè)備是密煉機(jī)、煉膠機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、捏合機(jī)中的一種或幾種的組合。
[0010]作為優(yōu)選方案:在步驟①中，使用密煉機(jī)進(jìn)行混合，密煉溫度為10(T13(TC，密煉時(shí)間為5~10分鐘；或使用煉膠機(jī)進(jìn)行混合，煉膠溫度8(T13(TC，時(shí)間為廣2小時(shí)；或使用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混合，雙螺桿擠出機(jī)料筒溫度控制在10(Tl3(TC，螺桿轉(zhuǎn)速5(Tl00rpm ;或使用捏合機(jī)進(jìn)行混合，捏合溫度為10(Tl3(rC，時(shí)間為10-20分鐘。
[0011]作為優(yōu)選方案:在步驟②中，使用密煉機(jī)進(jìn)行熔融共混，密煉溫度為17(T200°C，時(shí)間為5~20分鐘；或使用煉膠機(jī)進(jìn)行熔融共混，煉膠溫度為16(T200°C，時(shí)間為f 2小時(shí)；或使用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混，雙螺桿擠出機(jī)料筒各段的溫度控制在17(T200°C，螺桿轉(zhuǎn)速5(T200rpm ;或使用捏合機(jī)進(jìn)行熔融共混，捏合溫度為17(T200°C，時(shí)間為10-30分鐘。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過將熱塑性聚氨酯和硅剪切增稠凝膠通過熔融共混制成聚氨酯基高抗沖復(fù)合材料，即利用硅剪切增稠凝膠的剪切增稠效應(yīng)，使得其在剪切或沖擊力作用時(shí)由剪切增稠材料(呈分散相分布)吸收并消耗一部分能量；而基體材料熱塑性聚氨酯則發(fā)揮彈性體的特性，在非破壞性沖擊后復(fù)合材料在聚氨酯彈性作用下恢復(fù)初始形態(tài)，克服了硅剪切增稠凝膠在受到剪切作用后形狀不可逆的不足。本發(fā)明得到的熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料與其他的熱塑性聚氨酯材料相比，具有更優(yōu)良的抗沖擊性能與加工性能。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯 95%
硅剪切增稠凝膠 4.75%
二氧化硅顆粒 0.25%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用煉膠機(jī)進(jìn)行混合，溫度為80°C，時(shí)間為2小時(shí)，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在密煉機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。密煉機(jī)溫度為170°C，時(shí)間為20分鐘。
[0014]實(shí)施例2
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯85%
硅剪切增稠凝膠 12.75%二氧化硅顆粒 2.25%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用煉膠機(jī)進(jìn)行混合，溫度為10(TC，時(shí)間為1.5小時(shí)，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在密煉機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。密煉機(jī)溫度為190°C，時(shí)間為10分鐘。
[0015]實(shí)施例3
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯 60%
硅剪切增稠凝膠 28%
二氧化硅顆粒 12%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用煉膠機(jī)進(jìn)行混合，溫度為130°C，時(shí)間為I小時(shí)，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在密煉機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。密煉機(jī)溫度為200°C，時(shí)間為5分鐘。
[0016]實(shí)施例4
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯 95%
硅剪切增稠凝膠 3.5%
二氧化硅顆粒 1.5%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用密煉機(jī)進(jìn)行混合，溫度為100°C，時(shí)間為10分鐘，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在雙螺桿擠出機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。雙螺桿擠出機(jī)溫度為170°C。
[0017]實(shí)施例5
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯85%
硅剪切增稠凝膠 13.5%
二氧化硅顆粒 1.5%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用密煉機(jī)進(jìn)行混合，溫度為120°C，時(shí)間為7分鐘，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在雙螺桿擠出機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。擠出機(jī)溫度為190°C。
[0018]實(shí)施例6
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯 60%
硅剪切增稠凝膠 38%
二氧化硅顆粒 2%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用密煉機(jī)進(jìn)行混合，溫度為130°C，時(shí)間為5分鐘，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在密煉機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。擠出機(jī)溫度為200°C。
[0019]實(shí)施例7
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯 90%硅剪切增稠凝膠 8.5%
二氧化硅顆粒 1.5%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混合，溫度為100°C，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在捏合機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。捏合機(jī)溫度為170°C，時(shí)間為30分鐘。
[0020]實(shí)施例8
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯70%
硅剪切增稠凝膠 21%
二氧化硅顆粒 9%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混合，溫度為120°C，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在捏合機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。捏合機(jī)為190°C，時(shí)間為15分鐘。
[0021]實(shí)施例9
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯 60%
硅剪切增稠凝膠 38%
二氧化硅顆粒 2%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混合，溫度為130°C，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在捏合機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。捏合機(jī)溫度為200°C，時(shí)間為10分鐘。經(jīng)過試驗(yàn)，本發(fā)明復(fù)合材料在該種配比及工藝條件下具有較高的吸能率。
[0022]實(shí)施例10
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯 60%
硅剪切增稠凝膠 34%
二氧化硅顆粒 6%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用捏合機(jī)進(jìn)行混合，溫度為100°C，時(shí)間為20分鐘，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在煉膠機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。煉膠機(jī)溫度為160°C，時(shí)間為2小時(shí)。
[0023]實(shí)施例11
本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯80%
硅剪切增稠凝膠 14%
二氧化硅顆粒 6%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用捏合機(jī)進(jìn)行混合，溫度為120°C，時(shí)間為15分鐘，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在煉膠機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。 煉膠機(jī)溫度為180°C，時(shí)間為1.5小時(shí)。
[0024]實(shí)施例12本發(fā)明復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分構(gòu)成配制而成:
熱塑性聚氨酯 95%
硅剪切增稠凝膠 4.75%
二氧化硅顆粒 0.25%
首先將二氧化硅與硅剪切增稠凝膠用捏合機(jī)進(jìn)行混合，溫度為130°C，時(shí)間為10分鐘，制得改性硅剪切增稠凝膠；然后將改性硅剪切增稠凝膠與熱塑性聚氨酯在煉膠機(jī)中共混，得到熱塑性聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料。煉膠機(jī)溫度為200°C，時(shí)間為I小時(shí)。
[0025]上述實(shí)施例得到的材料與純熱塑性聚氨酯均采用霍普金斯壓桿法測試其動(dòng)能吸能率。結(jié)果顯示復(fù)合材料的吸能性能均優(yōu)于純熱塑性聚氨酯，其中部分結(jié)果如下表:
【權(quán)利要求】
1.一種聚氨酯基抗沖擊復(fù)合材料，其特征在于:該復(fù)合材料按重量百分比計(jì)由以下組分經(jīng)過高分子共混設(shè)備中熔融共混后制得: 熱塑性聚氨酯60-95%， 改性硅剪切增稠凝膠5-40%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯基抗沖擊材料，其特征在于:所述的改性硅剪切增稠凝膠按重量百分比計(jì)由以下組分經(jīng)過高分子共混設(shè)備中共混后制得: 硅剪切增稠凝膠70-95%， 二氧化硅顆粒5~30% ； 其中二氧化硅顆粒的粒徑為50-200納米。
3.—種如權(quán)I所述復(fù)合材料的制備方法，其特征在于依次包括以下步驟: ①將5~30%(重量百分比)二氧化硅顆粒與70-95% (重量百分比)硅剪切增稠凝膠用高分子共混設(shè)備進(jìn)行混合，制得改性硅剪切增稠凝膠； ②將5~40%(重量百分比)改性硅剪切增稠凝膠與60、5% (重量百分比)熱塑性聚氨酯在高分子共混設(shè)備進(jìn)行熔融共混。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的高分子共混設(shè)備是密煉機(jī)、煉膠機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、捏合機(jī)中的一種或幾種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:在步驟①中，` 使用密煉機(jī)進(jìn)行混合，密煉溫度為10(Tl30°C，密煉時(shí)間為5~10分鐘； 或使用煉膠機(jī)進(jìn)行混合，煉膠溫度8(T13(TC，時(shí)間為f 2小時(shí)； 或使用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行混合，雙螺桿擠出機(jī)料筒溫度控制在10(T13(TC，螺桿轉(zhuǎn)速50~IOOrpm ； 或使用捏合機(jī)進(jìn)行混合，捏合溫度為10(Tl3(rC，時(shí)間為10-20分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制備方法，其特征在于:在步驟②中， 使用密煉機(jī)進(jìn)行熔融共混，密煉溫度為17(T200°C，時(shí)間為5~20分鐘； 或使用煉膠機(jī)進(jìn)行熔融共混，煉膠溫度為16(T20(TC，時(shí)間為廣2小時(shí)； 或使用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混，雙螺桿擠出機(jī)料筒各段的溫度控制在17(T200°C，螺桿轉(zhuǎn)速5(T200rpm ； 或使用捏合機(jī)進(jìn)行熔融共混，捏合溫度為17(T20(TC，時(shí)間為10-30分鐘。
【文檔編號(hào)】C08K3/36GK103772960SQ201410031184
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】李峰, 于鐘梅, 魏剛 申請(qǐng)人:德清蘇爾新材料有限公司