CN103709728B - 聚氨酯衬板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚氨酯衬板及其制备方法，属于设备耐磨保护领域，由按重量比为100:8～12的预聚体和含醚键固化剂组成；其中，预聚体由下列重量份数的原料组成：多元醇100份，异氰酸酯35～50份，碳化硅颗粒5份～10份，有机锡催化剂0.3份～0.8份，偶联剂为0.04～0.15份。本发明提高聚氨酯弹性体结构强度，降低其水解性；有效提高产品耐磨性；降低了醚键的柔顺性并使其刚性化，保证弹性体各种物理、机械性能的同时，提高聚氨酯衬板的耐水解稳定性和强度，防止冲击变形，结构更稳固；安装、拆卸工艺简便，降低设备内衬处理工作强度，更换方便，减少设备停机检修时间，降低了设备生产投资成本，提高了生产效率。

Description

聚氨酯衬板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯衬板及其制备方法，属于设备耐磨保护领域。

背景技术

各种机械设备、仪器仪表中的金属零件在使用过程中往往首先从表面发生破坏和失效，产品在恶劣的工矿下长期稳定运转，必然对其表面的强度、耐磨性等提出更高的要求。目前工程机械及物料输送行业中，耐磨内衬常用的材料有耐磨金属、陶瓷、耐磨橡胶等。耐磨金属衬板比重大，设备负荷高，安装更换复杂，且只能用于研磨、输送不怕铁质污染的物料；陶瓷衬板一般价格偏高，使用中一旦局部出现破损，必须全部更换，材料有效利用率低，使用寿命短。并且耐磨内衬一般使用粘结的方法，内衬处理效率低，胶黏剂不适用于高温环境，限制了陶瓷的使用领域范围；耐磨橡胶具有良好减震降噪效果，但存在易老化、抗撕裂性差等缺点，尤其在高速硬质物料的冲击下，作业温度升高，具有磨损速度大大加快的缺点。

聚氨酯是一种介于橡胶和塑料之间的高分子材料，它不仅具有一定弹性，还有很好的耐磨性、耐温和抗撕裂性能。但是目前所用聚氨酯衬板耐水解稳定性较差，强度较低，且多为螺栓连接，浇注时需预埋螺栓用于设备内衬连接，制作及安装工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚氨酯衬板及其制备方法，在提高聚氨酯弹性体结构强度的同时，降低其水解性；有效提高产品耐磨性；降低了醚键的柔顺性并使其刚性化，保证弹性体各种物理、机械性能的同时，提高聚氨酯衬板的耐水解稳定性和强度，防止冲击变形，结构更稳固；安装、拆卸工艺简便，降低设备内衬处理工作强度，更换方便，减少设备停机检修时间，大大降低了设备生产投资成本，提高了生产效率。

本发明聚氨酯衬板，由按重量比为100:8～12的预聚体和含醚键固化剂组成；其中，预聚体由下列重量份数的原料组成：

多元醇100份，异氰酸酯35～50份，碳化硅颗粒5份～10份，有机锡催化剂0.3份～0.8份，偶联剂为0.04～0.15份。

多元醇为聚酯多元醇。

优选聚己内酯多元醇，数均分子量为1000～4000。

异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；偶联剂采用钛酸酯；含醚键二胺类固化剂是在含醚键固化剂中引入芳香基。

所述含醚键二胺类固化剂为2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]-丙烷。

所述的碳化硅颗粒是经水洗晾干，使用4%～6%浓度的γ-氨丙基三乙氧基硅烷水溶液进行表面处理的，碳化硅颗粒的粒度为100～200目。使得碳化硅颗粒能够均匀弥散分布于衬板内部。

有机锡催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡中的一种或几种。

聚氨酯衬板的制备方法，步骤如下：

（1）将聚酯多元醇、碳化硅颗粒、偶联剂、有机锡催化剂搅拌混合，分散均匀后置于反应釜内加热，调整反应釜内压力达到-0.08～-0.1MPa，保持温度和压力搅拌2～3h，之后在氮气保护条件下加入异氰酸酯，反应2～4h小时取出物料，得到改性后的聚氨酯预聚体；

（2）将改性后的聚氨酯预聚体与含醚键二胺类固化剂在转速为5000～6000rpm搅拌速度下混合10s以上，得到混合均匀的物料；

（3）将强磁铁均匀排布于浇注模具底部，然后将切割好的增强体放置于强磁铁上部后，对模具进行加热，再将物料注入模具中进行浇注，将浇注好的物料经过固化与脱模、后熟化得到聚氨酯衬板成品。

改性后的聚氨酯预聚体与含醚键二胺类固化剂按质量比100:8～12。

步骤（3）中，模具经过浇注平台加热，加热后的温度为120～130℃。

增强体为钢板或碳纤维中的一种或两种复合利用。

强磁铁，形状为方形或半圆形。

每一放置处为两块磁铁复合使用。

固化与脱模为将浇注好的物料连同模具一同放入105-115℃的烘箱内固化20-30min，然后脱模，得到聚氨酯衬板制品；

后熟化为将聚氨酯衬板制品放置于烘箱内，95～105℃条件下保温20～30h，得到聚氨酯衬板成品。

本发明采用聚酯类多元醇为原料，在提高聚氨酯弹性体强度的同时，降低其水解性；引入使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷表面处理后的碳化硅颗粒，均匀弥散分布在衬板内，与聚氨酯之间的界面结合形式为化学键结合与机械结合共存，结合强度高，增强衬板耐磨性；提高产品耐磨性；同时在含醚键固化剂中引入具有位阻效应的芳香基，降低了醚键的柔顺性并使其刚性化，从而在保证弹性体各种物理、机械性能的同时，提高了聚氨酯衬板的耐水解稳定性和强度。

衬板内增强体增加了材料结构强度，防止冲击变形；衬板表面内嵌强磁铁，特殊的磁铁排布方式使各镶嵌点之间的磁性相互排斥，磁铁排布位置更加稳固，易于浇注工序的进行，且底部内嵌强磁铁使衬板安装、拆卸简便，有效降低内衬处理工作强度，停机检修更换方便、效率高。

本发明聚氨酯衬板的制备方法，具体步骤如下：

1）预聚体的制备：将配比的聚酯多元醇、碳化硅颗粒、偶联剂、有机锡催化剂以转速5000～6000rpm搅拌混合，分散均匀后置于反应釜内加热至90～120℃，调整反应釜内压力达到-0.08～-0.1MPa，保持温度和压力搅拌2～3h，之后在氮气保护条件下加入异氰酸酯，反应2～4h小时取出物料，得到改性后的聚氨酯预聚体；

2）混合：将改性后的聚氨酯预聚体与含醚键二胺类固化剂按质量比100:8～12，在转速为5000～6000rpm搅拌速度下混合10s以上，得到混合均匀的物料；

3）强磁铁及增强体处理：将强磁铁均匀排布于浇注模具底部，然后将切割好的增强体放置于强磁铁上部；

4）浇注：将步骤2）所得物料注入步骤3）所得温度为120～130℃的模具中进行浇注；

5）固化与脱模：将浇注好的物料连同模具一同放入105～115℃的烘箱内固化20～30min，然后脱模，得到聚氨酯衬板制品；

6）后熟化：将聚氨酯衬板制品于95～105℃温度下保温20～30h，得到聚氨酯衬板成品。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在提高聚氨酯弹性体强度的同时，降低其水解性；有效提高产品耐磨性；降低了醚键的柔顺性并使其刚性化，在保证弹性体各种物理、机械性能的同时，提高了聚氨酯衬板的耐水解稳定性和强度。防止冲击变形，结构更稳固，有利于浇注工序的进行；安装、拆卸简便，降低了设备衬板安装工作强度，使之更换维修操作方便，减少设备停机检修时间，大大降低了设备生产投资成本，提高了生产效率。特别是在湿热环境中具有耐磨、耐冲击、耐水解稳定等方面的综合性能都有所提高，用于材料表面改性领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

在1.5L反应釜中，将使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷处理后的10g碳化硅颗粒（200目）、0.08g钛酸酯偶联剂、0.6g辛酸亚锡，加入到200g数均分子量为1000的聚己内酯多元醇中，以转速5000rpm搅拌分散均匀后投入反应釜，升温至90℃，真空度达到-0.08MPa，保持温度和压力搅拌2h，在氮气保护下加入二苯基甲烷二异氰酸酯80g，反应2h后得到改性后的聚酯型聚氨酯预聚体；

将切割好的钢板及强磁铁按次序均匀排布于浇注模具内部，强磁铁形状为方形，每一放置处两块磁铁复合使用；

上述改性后的聚酯型聚氨酯预聚体与含醚键二胺类固化剂2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]-丙烷按照质量比100:8，在转速为5000rpm搅拌速度下混合18s得到混合均匀的物料；物料注入125℃的模具中，于105℃烘箱中固化20min后脱模，再放入95℃的烘箱中熟化20h得到聚氨酯衬板。

实施例2

在1.5L反应釜中，将使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷处理后的16g碳化硅颗粒（180目）、0.16g钛酸酯偶联剂、1.0g二月桂酸二丁基锡，加入到200g数均分子量为4000的聚己内酯多元醇中，以转速5600rpm搅拌分散均匀后投入反应釜，升温至100℃，真空度达到-0.09MPa，保持温度和压力搅拌2.5h，在氮气保护下加入二苯基甲烷二异氰酸酯100g，反应3h后得到改性后的聚酯型聚氨酯预聚体；

将下料切割好的碳纤维及强磁铁按次序均匀排布与浇注模具内部，强磁铁，形状为半圆形，每一放置处两块磁铁复合使用；

上述改性后聚酯型聚氨酯预聚体与含醚键二胺类固化剂2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]-丙烷按照质量比100:10，在转速为5500rpm搅拌速度下混合15s得到混合均匀的物料；物料注入120℃的模具中，与115℃烘箱中固化30min后脱模，再放入100℃的烘箱中熟化30h得到聚氨酯衬板。

实施例3

在1.5L反应釜中，将使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷处理后的20g碳化硅颗粒（100目）、0.3g钛酸酯偶联剂、1.6g辛酸亚锡，加入到200g数均分子量为2000的聚己内酯多元醇中，以转速6000rpm搅拌分散均匀后投入反应釜，升温至120℃，真空度达到-0.1MPa，保持温度和压力搅拌3h，在氮气保护下加入二苯基甲烷二异氰酸酯75g，反应4h后得到改性后的聚酯型聚氨酯预聚体；

将下料切割好的碳纤维、钢板及强磁铁按次序均匀排布与浇注模具内部；强磁铁，形状为方形，每一放置处两块磁铁复合使用；

上述改性后聚酯型聚氨酯预聚体与含醚键二胺类固化剂2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]-丙烷按照质量比100:12，在转速为6000rpm搅拌速度下混合12s得到混合均匀的物料；物料注入130℃的模具中，与115℃的烘箱中固化25min后脱模，再放入105℃的烘箱中熟化28h得到聚氨酯衬板。

Claims (8)

1.一种聚氨酯衬板，其特征在于，由按重量比为100:8~12的预聚体和含醚键固化剂组成；其中，预聚体由下列重量份数的原料组成：

多元醇100份，异氰酸酯35~50份，碳化硅颗粒5份~10份，有机锡催化剂0.3份~0.8份，偶联剂为0.04~0.15份；

碳化硅颗粒是经过水洗晾干，经过4~6%wt浓度的γ-氨丙基三乙氧基硅烷水溶液表面处理，碳化硅颗粒的粒度为100~200目。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯衬板，其特征在于，多元醇为聚酯多元醇；异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；偶联剂采用钛酸酯；含醚键二胺类固化剂是在含醚键固化剂中引入芳香基。

3.根据权利要求2所述的聚氨酯衬板，其特征在于，含醚键二胺类固化剂为2,2-二[4-(4-氨基苯氧基)-苯基]-丙烷。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯衬板，其特征在于，有机锡催化剂为辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡中的一种或几种。

5.一种权利要求1所述的聚氨酯衬板的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）将聚酯多元醇、碳化硅颗粒、偶联剂、有机锡催化剂以转速5000~6000rpm搅拌混合，分散均匀后置于反应釜内加热至90~120℃，调整反应釜内压力达到-0.08~-0.1MPa，保持温度和压力搅拌2~3h，之后在氮气保护条件下加入异氰酸酯，反应2~4h小时取出物料，得到改性后的聚氨酯预聚体；

（2）将改性后的聚氨酯预聚体与含醚键二胺类固化剂在转速为5000~6000rpm搅拌速度下混合10s以上，得到混合均匀的物料；

（3）将强磁铁均匀排布于浇注模具底部，然后将切割好的增强体放置于强磁铁上部后对模具进行加热，再将物料注入模具中进行浇注，将浇注好的物料经过固化与脱模，后熟化得到聚氨酯衬板成品；

其中，强磁铁的形状为方形或半圆形。

6.根据权利要求5所述的聚氨酯衬板的制备方法，其特征在于，改性后的聚氨酯预聚体与含醚键二胺类固化剂按质量比100:8~12。

7.根据权利要求5所述的聚氨酯衬板的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，模具经过浇注平台加热，加热后的温度为120~130℃。

8.根据权利要求5所述的聚氨酯衬板的制备方法，其特征在于，增强体为钢板或碳纤维中的一种或两种复合利用。