CN103819891A - 一种高性能长玻纤增强tpu复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能长玻纤增强tpu复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能长玻纤增强TPU复合材料，按质量份数计算，热塑性聚氨酯弹性体35～75份，长玻纤20～60份，相容剂3～8份，流动改性剂0.4～1.5份，扩链剂0.2～0.5份，热稳定剂0.4～0.6份，紫外光吸收剂0.4～0.6份。本发明采用高表面硬度TPU作为基料，利用流动性改性剂改善基体流动性以及加入扩链剂改善TPU的分子量来制得高性能长玻纤增强TPU复合材料，使TPU材料的强度和刚性获得改善，并提高了其韧性和降低了材料的成本。本发明工艺简单，操作方便，效益高，适合于进行工业生产。

Description

一种高性能长玻纤增强TPU复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料科学领域，尤其是一种高分子材料及其制备方法。
背景技术
TPU中文名称：热塑性聚氨酯弹性体。所谓弹性体是指玻璃化温度低于室温度，断裂伸长率>50%，外力撤除后复原性比较好的高分子材料。聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类，聚氨酯弹性体的硬度范围很宽，性能范围很宽，所以聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料的一类高分子材料。该材料具有良好的机械强度、耐油、耐臭氧性、优异的低温性能等，其缺点是耐老化性差，蓄热性较大，湿表面摩擦系数低，容易打滑，成本比较高。通常采用无机粒子和纤维类来增强热塑性聚氨酯弹性体，但上述材料在提高强度和降低成本的同时，会导致材料韧性降低，目前，采用长纤维增强技术既能降低材料的成本，又能大幅度提高材料的力学性能和“浮纤”现象；但是普通的TPU粘度较大、熔融指数较小、流动性较差及硬度低，使其制备长玻纤增强TPU受到限制。
发明内容
本发明的目的是：提供一种高性能长玻纤增强TPU复合材料及其制备方法，它能提高TPU的强度及刚性，大幅提升其韧性，降低成本，改善其加工性能，扩展其加工的适用方式，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：一种高性能长玻纤增强TPU复合材料，按质量份数计算，热塑性聚氨酯弹性体（TPU）35～75份，长玻纤20～60份，相容剂3～8份，流动改性剂0.4～1.5份，扩链剂0.2～0.5份，热稳定剂0.4～0.6份，紫外光吸收剂0.4～0.6份。
所述的热塑性聚氨酯弹性体的熔融指数为25-55 g/10min ，200℃ /2.16 kg，且TPU的邵氏硬度（D）为65～85。
所述的相容剂为含有环氧基团的相容剂。该相容剂为丙烯腈-苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯，POE-g-GMA，EPDM-g-GMA，环氧树脂等。
所述的流动改性剂为长链多官能团酯。该材料具有非常小的挥发性，作为加工助剂，具有良好的分散性，主要用于聚合物的挤出，注塑，压延等，提高熔体的加工流动性，大幅度提高熔融指数，不降低制品的冲击性能。
所述的扩链剂为等量的对苯二酚二羟乙基醚（HQEE）和间苯二酚二羟乙基醚（HER）组成。
热稳定剂为2,6-叔丁基-4-甲基苯酚（抗氧剂-264）、四（4-羟基-3，5-二叔丁基苯基丙酸）季戊四醇酯（抗氧剂-1010）、3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯（抗氧剂-1076）、亚磷酸三苯酯（TPP）、亚磷酸三壬基苯酯（TNP）等。
紫外光吸收剂为二苯甲酮类、苯并三唑类和哌啶类，如2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9）、2，2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-24）、 2（2-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基）-5-氯代苯并三唑（UV-328）、双（2，2，6，6-四甲基哌啶）癸二酸酯等。
一种高性能长玻纤增强TPU复合材料的制备方法，按上述的质量份数，取热塑性聚氨酯弹性体，长玻纤，相容剂，流动改性剂，热稳定剂，扩链剂及紫外光吸收剂，将热塑性聚氨酯弹性体、相容剂、流动改性剂、热稳定剂，扩链剂等共混挤出，通过实现连续长玻纤基础的装置对玻璃纤维进行浸渍，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得长玻纤增强TPU复合材料。
双螺杆挤出机的螺杆加工温度为175～200℃，实现连续长玻纤基础的装置温度为215～235℃。
所述实现连续长玻纤基础的装置具体是采用申请人在之前申请的申请号为“201110453139.8”的发明专利申请中公开的装置。
与现有技术相比，本发明选择了高流动的TPU，其熔融指数为25-55 g/10min ，200℃ /2.16 kg，且TPU的邵氏硬度（D）为65～85，通过向该TPU中加入流动性改性剂来改善基体树脂的流动性，从而解决TPU 流动性差不易浸润玻璃纤维的缺陷；通过加入含有环氧基团的相容剂来增强玻纤与基材的界面强度；通过加入含有羟基的扩链剂来改善因加工过程导致材料分子量降低的缺陷，最终成功制得长玻纤增强TPU复合材料。本发明工艺简单，操作方便，效益高，适合于进行工业化生产。
具体实施方式
本发明的实施例1：一种高性能长玻纤增强TPU复合材料，按质量份数计算，热塑性聚氨酯弹性体（TPU，市售牌号为87I85）65份，长玻璃纤维30份，丙烯腈- 苯乙烯- 甲基丙烯酸缩水甘油酯（相容剂）4份，AM-80(流动改性剂) 1份，对苯二酚二羟乙基醚（HQEE）（扩链剂）0.25份，间苯二酚二羟乙基醚（HER）（扩链剂）0.25份，2,6-叔丁基-4-甲基苯酚（抗氧剂-264）0.6份，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9）0.5份。
一种高性能长玻纤增强TPU复合材料的制备方法，按上述的质量份数，取热塑性聚氨酯弹性体，长玻纤，相容剂，流动改性剂，热稳定剂，扩链剂及紫外光吸收剂，将热塑性聚氨酯弹性体、相容剂、流动改性剂、热稳定剂，扩链剂等共混挤出，通过实现连续长玻纤基础的装置对玻璃纤维进行浸渍，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得长玻纤增强TPU复合材料。
双螺杆挤出机的螺杆加工温度为175～200℃，特制的浸渍流道温度为215～235℃。
本发明的实施例2：一种高性能长玻纤增强TPU复合材料，按质量份数计算，热塑性聚氨酯弹性体（TPU，市售牌号为87I85）53份，长玻璃纤维40份，环氧树脂（相容剂）5份，AM-80(流动改性剂) 0.8份，对苯二酚二羟乙基醚（HQEE）（扩链剂）0.2份，间苯二酚二羟乙基醚（HER）（扩链剂）0.2份，2,6-叔丁基-4-甲基苯酚（抗氧剂-264）0.5份，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9）0.5份。
一种高性能长玻纤增强TPU复合材料的制备方法，按上述的质量份数，取热塑性聚氨酯弹性体，长玻纤，相容剂，流动改性剂，热稳定剂，扩链剂及紫外光吸收剂，将热塑性聚氨酯弹性体、相容剂、流动改性剂、热稳定剂，扩链剂等共混挤出，通过实现连续长玻纤基础的装置对玻璃纤维进行浸渍，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得长玻纤增强TPU复合材料。
双螺杆挤出机的螺杆加工温度为175～200℃，特制的浸渍流道温度为215～235℃。
本发明的实施例3：一种高性能长玻纤增强TPU复合材料，按质量份数计算，热塑性聚氨酯弹性体（TPU，市售牌号为87I85）43份，长玻璃纤维50份，POE-g-GMA（相容剂）7份，AM-80(流动改性剂) 0.5份，对苯二酚二羟乙基醚（HQEE）（扩链剂）0.15份，间苯二酚二羟乙基醚（HER）（扩链剂）0.15份，2,6-叔丁基-4-甲基苯酚（抗氧剂-264）0.5份，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9）0.5份。
一种高性能长玻纤增强TPU复合材料的制备方法，按上述的质量份数，取热塑性聚氨酯弹性体，长玻纤，相容剂，流动改性剂，热稳定剂，扩链剂及紫外光吸收剂，将热塑性聚氨酯弹性体、相容剂、流动改性剂、热稳定剂，扩链剂等共混挤出，通过实现连续长玻纤基础的装置对玻璃纤维进行浸渍，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得长玻纤增强TPU复合材料。
双螺杆挤出机的螺杆加工温度为175～200℃，特制的浸渍流道温度为215～235℃。
本发明的实施例4：一种高性能长玻纤增强TPU复合材料，按质量份数计算，热塑性聚氨酯弹性体（TPU，市售牌号为87I85）30份，长玻璃纤维60份， EPDM-g-GMA（相容剂）8份，AM-80(流动改性剂) 0.5份，对苯二酚二羟乙基醚（HQEE）（扩链剂）0.1份，间苯二酚二羟乙基醚（HER）（扩链剂）0.1份，2,6-叔丁基-4-甲基苯酚（抗氧剂-264）0.5份，2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9）0.5份。
一种高性能长玻纤增强TPU复合材料的制备方法，按上述的质量份数，取热塑性聚氨酯弹性体，长玻纤，相容剂，流动改性剂，热稳定剂，扩链剂及紫外光吸收剂，将热塑性聚氨酯弹性体、相容剂、流动改性剂、热稳定剂，扩链剂等共混挤出，通过实现连续长玻纤基础的装置对玻璃纤维进行浸渍，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得长玻纤增强TPU复合材料。
双螺杆挤出机的螺杆加工温度为175～200℃，特制的浸渍流道温度为215～235℃。
主要性能测试：生产出的产品按照标准制成标准测试样条，进行各项测试，其性能测试结果如表1 所示。
Figure 2014100950108100002DEST_PATH_IMAGE001
根据表1 的测试结果可以得知，采用本发明的技术方案所制备得到的样品，与常规的TPU短纤材料相比，其性能大大提高，且由于改性了TPU 基体，因此解决了普通TPU不易浸润玻璃纤维的问题。

Claims (7)

1.一种高性能长玻纤增强TPU复合材料，其特征在于：按质量份数计算，包括热塑性聚氨酯弹性体TPU35～75份，长玻纤20～60份，相容剂3～8份，流动改性剂0.4～1.5份，扩链剂0.2～0.5份，热稳定剂0.4～0.6份，紫外光吸收剂0.4～0.6份。
2.根据权利要求1所述的高性能长玻纤增强TPU复合材料，其特征在于：所述的热塑性聚氨酯弹性体的熔融指数为25-55 g/10min ，200℃ /2.16 kg，且TPU的邵氏硬度D为65～85。
3.根据权利要求1所述的高性能长玻纤增强TPU复合材料，其特征在于：所述的相容剂为含有环氧基团的相容剂。
4.根据权利要求1所述的高性能长玻纤增强TPU复合材料，其特征在于：所述的流动改性剂为长链多官能团酯。
5.根据权利要求1所述的高性能长玻纤增强TPU复合材料，其特征在于：所述的扩链剂为等量的对苯二酚二羟乙基醚和间苯二酚二羟乙基醚组成。
6.一种如权利要求1所述的高性能长玻纤增强TPU复合材料的制备方法，其特征在于：按上述的质量份数，取热塑性聚氨酯弹性体，长玻纤，相容剂，流动改性剂，热稳定剂，扩链剂及紫外光吸收剂，将热塑性聚氨酯弹性体、相容剂、流动改性剂、抗氧剂，扩链剂等共混挤出，通过实现连续长玻纤基础的装置对玻璃纤维进行浸渍，冷却后切粒成8～12 mm的颗粒，获得长玻纤增强TPU复合材料。
7.根据权利要求5所述的高性能长玻纤增强TPU复合材料的制备方法，其特征在于：双螺杆挤出机的螺杆加工温度为175～200℃，实现连续长玻纤基础的装置的温度为215～235℃。
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