本發(fā)明涉及到體育設(shè)施中的塑膠籃球場，具體的說是一種籃球場用聚氨酯彈性材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
自1968年在墨西哥舉行的第19屆奧運會上使用聚氨酯跑道以來，從而打開了聚氨酯材料在體育場地使用的新局面，聚氨酯塑膠運動場地在全世界得到空前的普及。隨著我國全民健身運動的開展，聚氨酯塑膠跑道正在呈蓬勃發(fā)展趨勢。但是現(xiàn)有的聚氨酯材料在應(yīng)用到籃球場地面時，其減震和緩沖效果并不十分令人滿意。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種籃球場用聚氨酯彈性材料及其制備方法，該聚氨酯彈性材料中含有獨特的成分，能夠有效地吸收并緩沖運動產(chǎn)生的震動。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為：一種籃球場用聚氨酯彈性材料，所述聚氨酯彈性材料由A組分和B組分按重量比2:1的比例混合而成，其中，按照重量比，B組分由22-24份的甲苯二異氰酸酯、32-36份的聚醚二元醇和4-6份丙三醇的制成，A組分由13-15份的聚醚三元醇、8-10份的聚醚二元醇、0.5-0.6份的交聯(lián)劑、11-13份的增塑劑、18-20份的環(huán)氧樹脂、16-18份的丙烯酸酯和10-12份的增強劑制成，所述增強劑由24-26份的硅溶膠、3-5份的改性氧化鋁微粉、5-7份的改性空心玻璃微珠和6-8份的改性納米二氧化硅混合而成，所述改性空心玻璃微珠指將市售的空心玻璃微珠與其重量3-5%的表面改性劑Ⅰ混合后靜置1-2h后過濾晾干得到，所用表面改性劑Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比3-4:80:2-3:1-2的比例混合而成；所述改性納米二氧化硅和改性氧化鋁微粉分別是將市售的納米二氧化硅和氧化鋁微粉與其重量3-5%的表面改性劑Ⅱ混合得到，該表面改性劑Ⅱ由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成。
所述交聯(lián)劑為三羥基甲烷，所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯。
上述籃球場用聚氨酯彈性材料的制備方法，包括以下步驟：
1）制備B組分；
按照重量比，分別稱取22-24份的甲苯二異氰酸酯、32-36份的聚醚二元醇和4-6份丙三醇，然后將聚醚二元醇在70-85℃下攪拌并進行抽真空脫水脫氣處理 1-2h后，冷卻至 40-60℃，再向其中加入稱取好的甲苯二異氰酸酯和丙三醇，然后在 70-90℃下反應(yīng)2.5h，冷卻至室溫即得到B組分；
2）分別制備A組分中的改性氧化鋁微粉、改性空心玻璃微珠和改性納米二氧化硅，備用；
所述改性空心玻璃微珠是將市售的空心玻璃微珠與其重量3-5%的表面改性劑Ⅰ混合后靜置1-2h后過濾晾干得到，所用表面改性劑Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比3-4:80:2-3:1-2的比例混合而成；
所述改性納米二氧化硅和改性氧化鋁微粉分別是將市售的納米二氧化硅和氧化鋁微粉與其重量3-5%的表面改性劑Ⅱ混合得到，該表面改性劑Ⅱ由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成；
3）制備增強劑，備用；
分別稱取24-26份的硅溶膠、3-5份步驟2）制得的改性氧化鋁微粉、5-7份步驟2）制得的改性空心玻璃微珠和6-8份步驟2）制得的改性納米二氧化硅混合后攪拌均勻，并靜置1-2h，即得到增強劑；
4）制備A組分；
按照重量比，分別稱取13-15份的聚醚三元醇和8-10份的聚醚二元醇混合后在80-90℃下攪拌并進行抽真空脫水脫氣處理 1-2h，然后向其中依次加入0.5-0.6份的交聯(lián)劑、11-13份的增塑劑、18-20份的環(huán)氧樹脂、16-18份的丙烯酸酯和10-12份步驟3）制得的增強劑，在75-85℃下攪拌均勻即制得A組分；
5）將A組分與B組分按照重量比2:1的比例混合后即得到產(chǎn)品。
本發(fā)明中，環(huán)氧樹脂可以采用雙酚A型與雙酚F型按質(zhì)量比3:1混合制成，與預(yù)聚體聚氨酯反應(yīng)形成聚氨酯-環(huán)氧樹脂互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物，同時提高復(fù)合材料的韌性。可將丙烯酸酯單體溶脹到聚氨酯預(yù)聚物中，并在體系中聚合，形成分步互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物，研究表明，二者官能團之間的物理相互作用有利于彈性模量的提高，并且隨著官能團數(shù)量的增大，產(chǎn)物表現(xiàn)出典型的高聚物性能，使復(fù)合材料具有環(huán)保、耐磨、耐油、耐腐蝕、韌性好，同時還具有保光保色以及戶外耐久性好等特點。再者，在體系中加入硅溶膠微粒，可以大大改善材料的力學(xué)性能和熱學(xué)性能，同時還發(fā)現(xiàn)硅溶膠微粒的加入對制備過程中的組份混合、產(chǎn)物的拉伸性能的提高以及產(chǎn)品的最終互穿形態(tài)均有利。
本發(fā)明的聚氨酯彈性材料可以預(yù)先鋪設(shè)在特殊結(jié)構(gòu)的地磚上，從而在需要的時候直接鋪設(shè)地磚即可：所述特殊結(jié)構(gòu)的地磚由基料、外加劑、填充劑與水混合制成泥漿后成型、燒制而成，其中，按照重量比，基料由20-22份的粉煤灰、16-20份的電石灰、24-28份的石灰石粉和6-8份的河砂混合而成，外加劑由9-10份細度不超過30微米的碳化硅微粉和2-3份細度不超過30微米的藍晶石粉混合而成，填充劑由3-5份的鋼渣粉、2-3份的鋁灰和1-2份的赤泥混合后在1650-1700℃的溫度下燒結(jié)1h后粉磨至細度不超過30微米得到；
以粉煤灰、電石灰、石灰石粉和河砂來作為燒制地磚的基料，不僅解決了粉煤灰、電石灰和石灰石等廢棄物的再利用，而且也提高了燒制后地磚的強度（粉煤灰中含有的氧化鋁、氧化硅等與氧化鈣在地磚燒結(jié)時的高溫環(huán)境中形成陶瓷顆粒增強體結(jié)構(gòu)），通過加入由碳化硅作為外加劑，可以使得燒成的地磚表面含有一些開放型氣孔（或稱開口氣孔），這些氣孔能夠保證地磚與橡膠彈性體結(jié)合的緊密性，而且也不會影響地磚的強度；碳化硅在高溫氧化氣氛中容易發(fā)生氧化反應(yīng)：SiC+2O2→CO2+SiO2，該反應(yīng)開始溫度較高，1000℃開始明顯氧化，顆粒越細，則氧化速度越快，反應(yīng)產(chǎn)物CO2的逸出容易造成坯體表面形成開口氣孔，而反應(yīng)產(chǎn)物SiO2具有較高活性，與氧化鋁反應(yīng)生成莫來石，從而在地磚內(nèi)形成莫來石增強體；同時，高溫下外加劑中的藍晶石細粉分解，既可確保生成較多的莫來石相，保證制品的力學(xué)強度，藍晶石從1100℃左右開始分解、生成莫來石和SiO2，1300℃以后顯著分解轉(zhuǎn)化，由于該莫來石化反應(yīng)伴隨有16-18%的體積膨脹，因此還可填充由于碳化硅氧化產(chǎn)生的孔隙，使單個孔隙變小，整體孔隙率降低，并且會改變地磚內(nèi)孔隙的形狀和分布；由于地磚中含有大量的微孔，也能夠吸收并削弱震動的傳遞。
所述地磚的外加劑中還可以含有1-2份細度不超過100微米的石英砂粉末；
所述地磚的填充劑中還含有1-2份的橄欖巖粉末；
所述地磚的填充劑在制備過程中，燒結(jié)完成后以600-700℃/min的降溫速率急速冷卻后再進行粉磨。
燒制上述地磚的方法，首先制備填充劑粉末，然后按照上述的比例稱取各物料進行混合并加入水制成含水率為18-20%的泥料，該泥料在陳化6-8天后制成地磚坯體，而后經(jīng)烘干、燒結(jié)和自然冷卻即得到地磚，最后在地磚的表面鋪設(shè)橡膠彈性體即得到產(chǎn)品，所述填充劑粉末的制備方法為：按照上述的比例稱取鋼渣粉、鋁灰和赤泥，混合后粉磨至細度不超過300微米的細粉，然后在1650-1700℃的溫度下燒結(jié)1h后冷卻并粉磨至細度不超過30微米即得到填充劑；
所述泥料在陳化6-8天后，向其中加入泥料總重3%的地溝油，再次拌合均勻后再進行擠壓成型制成地磚坯體；本發(fā)明在泥料陳化后向其中加入地溝油進行拌合，不僅充分利用了廢棄的地溝油，而且由于加入地溝油，使得泥料的黏性和塑形得到了增強，這樣使得外加劑在高溫下分解形成氣孔的過程中，大幅度降低由于氣孔及藍晶石粉膨脹所導(dǎo)致的裂紋等缺陷。
所述烘干溫度為100-120℃；
所述燒結(jié)分為預(yù)熱段、升溫段和焙燒段三部分，其中，預(yù)熱段是指使爐內(nèi)溫度從常溫在2h均勻升高到200℃，并保持該溫度1-2h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不高于4%；
所述升溫段是指，使爐內(nèi)溫度從200℃在4h均勻升高到800℃，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%；
所述焙燒段是指，使爐內(nèi)溫度從800℃在2h均勻升高到1650℃，并保持該溫度3h，在此過程中，保持爐內(nèi)氧氣含量不低于45%。
本發(fā)明中，在制作上述地磚時，為防止地磚燒結(jié)過程中出現(xiàn)裂紋等缺陷，在將各物料混合制成泥料陳化后，可以向其中加入基料總重10%的水泥進行拌合，拌合均勻后再進行烘干、燒結(jié)和冷卻，從而最終得到地磚。
本發(fā)明利用氫氧化鋇和碳酸鈉混合作為催化劑讓納米級的 SiO2粒子的表面能夠受到羥基的作用，從而含有一定數(shù)量的含氧官能團，增加了納米級SiO2粒子的有關(guān)表面相容性，在納米級SiO2粒子作為填充料與其余原料充分混合時，因為SiO2顆粒很小，且比表面積大，細微化的結(jié)構(gòu)使得其余物料與其的接觸面積增大，使SiO2粒子可以在物料中均勻分散，從而便于SiO2與其余物質(zhì)在高溫下發(fā)生化學(xué)鍵合或者物理結(jié)合。此外，均勻分散的納米級SiO2相當于“錨點”，其能夠使高溫環(huán)境下生成的強化基體與其結(jié)合，在受到外力沖擊作用下，能夠產(chǎn)生 “應(yīng)力集中”的效應(yīng)，使得其周圍的一些基體“屈服”并吸收較多的變形功，此外也能夠產(chǎn)生 “釘扎-攀越”效應(yīng)，增大裂紋在擴展時所受到的阻力，消耗變形功，從而使其韌性增加；
本發(fā)明的聚氨酯彈性材料內(nèi)含有改性空心玻璃微珠，一方面能夠均勻分散在基體中，另一方面是改性過程中使空心玻璃微珠表面接枝大量的硅羥基，這些基團通過化學(xué)反應(yīng)將空心玻璃微珠與基體連接起來，保證二者具有良好的界面結(jié)合力，材料在受到外力時，空心玻璃微珠粒子在材料中受到應(yīng)力發(fā)生形變、破壞等，從而吸收沖擊能量，提高沖擊性能，同時還可以引發(fā)銀紋，終止裂縫擴展，在一定形態(tài)結(jié)構(gòu)下引發(fā)基體的剪切屈服，從而消耗大量的沖擊能量，又能較好地傳遞所承受的外力，提高基體的壓縮強度、彎曲強度、沖擊強度；
有益效果：本發(fā)明的聚氨酯彈性材料內(nèi)含有改性空心玻璃微珠，一方面能夠均勻分散在基體中，另一方面是改性過程中使空心玻璃微珠表面接枝大量的硅羥基，這些基團通過化學(xué)反應(yīng)將空心玻璃微珠與基體連接起來，保證二者具有良好的界面結(jié)合力，材料在受到外力時，空心玻璃微珠粒子在材料中受到應(yīng)力發(fā)生形變、破壞等，從而吸收沖擊能量，提高沖擊性能，同時還可以引發(fā)銀紋，終止裂縫擴展，在一定形態(tài)結(jié)構(gòu)下引發(fā)基體的剪切屈服，從而消耗大量的沖擊能量，又能較好地傳遞所承受的外力，提高基體的壓縮強度、彎曲強度、沖擊強度。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的闡述。
實施例1
一種籃球場用聚氨酯彈性材料，所述聚氨酯彈性材料由A組分和B組分按重量比2:1的比例混合而成，其中，按照重量比，B組分由22份的甲苯二異氰酸酯、32份的聚醚二元醇和4份丙三醇的制成，A組分由13份的聚醚三元醇、8份的聚醚二元醇、0.5份的交聯(lián)劑、11份的增塑劑、18份的環(huán)氧樹脂、16份的丙烯酸酯和10份的增強劑制成，所述增強劑由24份的硅溶膠、3份的改性氧化鋁微粉、5份的改性空心玻璃微珠和6份的改性納米二氧化硅混合而成，所述改性空心玻璃微珠指將市售的空心玻璃微珠與其重量3%的表面改性劑Ⅰ混合后靜置1h后過濾晾干得到，所用表面改性劑Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比3:80:2:1的比例混合而成；所述改性納米二氧化硅和改性氧化鋁微粉分別是將市售的納米二氧化硅和氧化鋁微粉與其重量3%的表面改性劑Ⅱ混合得到，該表面改性劑Ⅱ由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比3:1:30的比例混合而成；
上述籃球場用聚氨酯彈性材料的制備方法，包括以下步驟：
1）制備B組分；
按照重量比，分別稱取22份的甲苯二異氰酸酯、32份的聚醚二元醇和4份丙三醇，然后將聚醚二元醇在70℃下攪拌并進行抽真空脫水脫氣處理 1h后，冷卻至 40℃，再向其中加入稱取好的甲苯二異氰酸酯和丙三醇，然后在 70℃下反應(yīng)2.5h，冷卻至室溫即得到B組分；
2）分別制備A組分中的改性氧化鋁微粉、改性空心玻璃微珠和改性納米二氧化硅，備用；
所述改性空心玻璃微珠是將市售的空心玻璃微珠與其重量3%的表面改性劑Ⅰ混合后靜置1h后過濾晾干得到，所用表面改性劑Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比3:80:2:1的比例混合而成；
所述改性納米二氧化硅和改性氧化鋁微粉分別是將市售的納米二氧化硅和氧化鋁微粉與其重量3%的表面改性劑Ⅱ混合得到，該表面改性劑Ⅱ由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比3:1:30的比例混合而成；
3）制備增強劑，備用；
分別稱取24份的硅溶膠、3份步驟2）制得的改性氧化鋁微粉、5份步驟2）制得的改性空心玻璃微珠和6份步驟2）制得的改性納米二氧化硅混合后攪拌均勻，并靜置1h，即得到增強劑；
4）制備A組分；
按照重量比，分別稱取13份的聚醚三元醇和8份的聚醚二元醇混合后在80℃下攪拌并進行抽真空脫水脫氣處理 1h，然后向其中依次加入0.5份的交聯(lián)劑、11份的增塑劑、18份的環(huán)氧樹脂、16份的丙烯酸酯和10份步驟3）制得的增強劑，在75℃下攪拌均勻即制得A組分；
5）將A組分與B組分按照重量比2:1的比例混合后即得到產(chǎn)品。
以上為本實施例的基本實施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進一步的改進、優(yōu)化和限定：
如，所述交聯(lián)劑為三羥基甲烷，所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯；環(huán)氧樹脂可以采用雙酚A型與雙酚F型按質(zhì)量比3:1混合制成。
實施例2
一種籃球場用聚氨酯彈性材料，由A組分和B組分按重量比2:1的比例混合而成，其中，按照重量比，B組分由24份的甲苯二異氰酸酯、36份的聚醚二元醇和6份丙三醇的制成，A組分由15份的聚醚三元醇、10份的聚醚二元醇、0.6份的交聯(lián)劑、13份的增塑劑、20份的環(huán)氧樹脂、18份的丙烯酸酯和12份的增強劑制成，所述增強劑由26份的硅溶膠、5份的改性氧化鋁微粉、7份的改性空心玻璃微珠和8份的改性納米二氧化硅混合而成，所述改性空心玻璃微珠指將市售的空心玻璃微珠與其重量5%的表面改性劑Ⅰ混合后靜置2h后過濾晾干得到，所用表面改性劑Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比4:80:3:2的比例混合而成；所述改性納米二氧化硅和改性氧化鋁微粉分別是將市售的納米二氧化硅和氧化鋁微粉與其重量5%的表面改性劑Ⅱ混合得到，該表面改性劑Ⅱ由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比4:2:30的比例混合而成；
上述籃球場用聚氨酯彈性材料的制備方法，包括以下步驟：
1）制備B組分；
按照重量比，分別稱取24份的甲苯二異氰酸酯、36份的聚醚二元醇和6份丙三醇，然后將聚醚二元醇在85℃下攪拌并進行抽真空脫水脫氣處理 2h后，冷卻至 60℃，再向其中加入稱取好的甲苯二異氰酸酯和丙三醇，然后在 90℃下反應(yīng)2.5h，冷卻至室溫即得到B組分；
2）分別制備A組分中的改性氧化鋁微粉、改性空心玻璃微珠和改性納米二氧化硅，備用；
所述改性空心玻璃微珠是將市售的空心玻璃微珠與其重量5%的表面改性劑Ⅰ混合后靜置2h后過濾晾干得到，所用表面改性劑Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比4:80:3:2的比例混合而成；
所述改性納米二氧化硅和改性氧化鋁微粉分別是將市售的納米二氧化硅和氧化鋁微粉與其重量5%的表面改性劑Ⅱ混合得到，該表面改性劑Ⅱ由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比4:2:30的比例混合而成；
3）制備增強劑，備用；
分別稱取26份的硅溶膠、5份步驟2）制得的改性氧化鋁微粉、7份步驟2）制得的改性空心玻璃微珠和8份步驟2）制得的改性納米二氧化硅混合后攪拌均勻，并靜置2h，即得到增強劑；
4）制備A組分；
按照重量比，分別稱取15份的聚醚三元醇和10份的聚醚二元醇混合后在90℃下攪拌并進行抽真空脫水脫氣處理 2h，然后向其中依次加入0.6份的交聯(lián)劑、13份的增塑劑、20份的環(huán)氧樹脂、18份的丙烯酸酯和12份步驟3）制得的增強劑，在85℃下攪拌均勻即制得A組分；
5）將A組分與B組分按照重量比2:1的比例混合后即得到產(chǎn)品。
以上為本實施例的基本實施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進一步的改進、優(yōu)化和限定：
如，所述交聯(lián)劑為三羥基甲烷，所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯；環(huán)氧樹脂可以采用雙酚A型與雙酚F型按質(zhì)量比3:1混合制成。
實施例3
一種籃球場用聚氨酯彈性材料，由A組分和B組分按重量比2:1的比例混合而成，其中，按照重量比，B組分由23份的甲苯二異氰酸酯、34份的聚醚二元醇和5份丙三醇的制成，A組分由14份的聚醚三元醇、9份的聚醚二元醇、0.55份的交聯(lián)劑、12份的增塑劑、19份的環(huán)氧樹脂、17份的丙烯酸酯和11份的增強劑制成，所述增強劑由25份的硅溶膠、4份的改性氧化鋁微粉、6份的改性空心玻璃微珠和7份的改性納米二氧化硅混合而成，所述改性空心玻璃微珠指將市售的空心玻璃微珠與其重量4%的表面改性劑Ⅰ混合后靜置1.5h后過濾晾干得到，所用表面改性劑Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比3.5:80:2.5:1.5的比例混合而成；所述改性納米二氧化硅和改性氧化鋁微粉分別是將市售的納米二氧化硅和氧化鋁微粉與其重量4%的表面改性劑Ⅱ混合得到，該表面改性劑Ⅱ由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比3.5:1.5:30的比例混合而成；
上述籃球場用聚氨酯彈性材料的制備方法，包括以下步驟：
1）制備B組分；
按照重量比，分別稱取23份的甲苯二異氰酸酯、34份的聚醚二元醇和5份丙三醇，然后將聚醚二元醇在77℃下攪拌并進行抽真空脫水脫氣處理 1.5h后，冷卻至 50℃，再向其中加入稱取好的甲苯二異氰酸酯和丙三醇，然后在 80℃下反應(yīng)2.5h，冷卻至室溫即得到B組分；
2）分別制備A組分中的改性氧化鋁微粉、改性空心玻璃微珠和改性納米二氧化硅，備用；
所述改性空心玻璃微珠是將市售的空心玻璃微珠與其重量4%的表面改性劑Ⅰ混合后靜置1.5h后過濾晾干得到，所用表面改性劑Ⅰ由KH550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇按照重量比3.5:80:2.5:1.5的比例混合而成；
所述改性納米二氧化硅和改性氧化鋁微粉分別是將市售的納米二氧化硅和氧化鋁微粉與其重量4%的表面改性劑Ⅱ混合得到，該表面改性劑Ⅱ由氫氧化鋇、碳酸鈉和KH550按照重量比3.5:1.5:30的比例混合而成；
3）制備增強劑，備用；
分別稱取25份的硅溶膠、4份步驟2）制得的改性氧化鋁微粉、6份步驟2）制得的改性空心玻璃微珠和7份步驟2）制得的改性納米二氧化硅混合后攪拌均勻，并靜置1.5h，即得到增強劑；
4）制備A組分；
按照重量比，分別稱取14份的聚醚三元醇和9份的聚醚二元醇混合后在85℃下攪拌并進行抽真空脫水脫氣處理 1.5h，然后向其中依次加入0.55份的交聯(lián)劑、12份的增塑劑、19份的環(huán)氧樹脂、17份的丙烯酸酯和11份步驟3）制得的增強劑，在77℃下攪拌均勻即制得A組分；
5）將A組分與B組分按照重量比2:1的比例混合后即得到產(chǎn)品。
以上為本實施例的基本實施方式，可在以上基礎(chǔ)上做進一步的改進、優(yōu)化和限定：
如，所述交聯(lián)劑為三羥基甲烷，所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯；環(huán)氧樹脂可以采用雙酚A型與雙酚F型按質(zhì)量比3:1混合制成。