CN104231207A - 一种回收碳纤维增强tpu复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法。所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：聚醚多元醇35～62；多异氰酸酯32～50；回收碳纤维3～8；扩链剂13～25；抗氧化剂3～6，所述回收碳纤维经过硅烷偶联剂处理。按配方量将聚酯多元醇、二异氰酸酯和经过硅烷偶联剂处理的回收碳纤维预聚；向得到的预聚体中加入扩链剂，抗氧化剂，经硫化、老化后得到回收碳纤维增强热塑性聚氨酯弹性体。本发明将特定含量的回收碳纤维用于制备热塑性聚氨酯弹性体，能够增强其机械性能，拉伸强度、撕裂强度及扯断伸长率等相对于未添加回收碳纤维的聚氨酯弹性体均得到较大增长，耐热性能也得到很大提高。回收碳纤维经硅烷偶联剂处理后，可以进一步提高复合材料的力学性能。

Description

一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及TPU复合材料制备技术领域，具体涉及一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法。
背景技术
碳纤维是一种含碳量高于90％的无机高分子纤维，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、热膨胀系数小等一系列优异性能。碳纤维作为一种轻质高强的高性能材料而被广泛应用于航天航空、汽车、建筑、铁路、通讯、医药器材等行业。随着新型飞机和汽车的大量投产及日常生活中“低碳”观念的普及，碳纤维的需求量正在逐年大幅度增加。但碳纤维复合材料的广泛使用，也产生了大量的边角料和废弃料，一方面这些边角料和废弃料等，给环境保护带来了巨大压力；另一方面，复合材料中含有的高价值碳纤维成分，如果简单的进行焚烧等处理，也会造成资源的浪费。因此，碳纤维的回收利用是一个极具吸引力的市场，它不仅以经济影响为向导，同样由于其对环境的正面影响而受到各国政府的关注。
聚氨酯材料是一种介于橡胶和塑料之间的合成材料，具有高机械强度、化学惰性、高耐磨、低温性能、粘结性能和弹性良好等一系列优异的性能，但其本身具有耐热性差、软化和热分解温度低的缺陷，随着科技的发展与应用的拓展，须对聚氨酯进行增强改性，提高其性能。因此，致力于开发机械性能、耐热性能优异的聚氨酯复合材料成为聚氨酯领域研究的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过硅烷偶联剂处理。
所述聚醚多元醇的重量份数可选择35.02～61.8，38～60，42.3～58.6，46～54，48.7～51，49.6等，皆可用于实施本发明。
所述多异氰酸酯的重量份数可选择32.02～49.6，34～45，37.6～43.2，39～41，40.3等，皆可用于实施本发明。
所述回收碳纤维的重量份数可选择3.02～7.9，3.2～7.68，3.6～7.2，3.79～7，4.3～6，5.2等，皆可用于实施本发明。
所述扩链剂的重量份数可选择13.02～24.8，15～22.3，16.6～20，18.6等，皆可用于实施本发明。
所述抗氧化剂的重量份数可选择3.02～5.96，3.1～5.7，3.7～5.3，4.2～5，4.7等，皆可用于实施本发明。
回收碳纤维经硅烷偶联剂处理后，可以进一步提高复合材料的力学性能。
所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇或四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇中的一种或至少两种的混合物。典型但非限制性的例子包括：聚氧化丙烯多元醇，聚四氢呋喃醚多元醇，四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇，聚氧化丙烯多元醇和聚四氢呋喃醚多元醇，聚氧化丙烯多元醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇，聚氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇等，皆可用于实施本发明。
所述多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、3,3’-二甲基-4,4-联苯二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯或对苯二异氰酸酯中的一种或至少两种的混合物。典型但非限制性的例子包括但不限于：甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯，1,5-萘二异氰酸酯，苯二亚甲基二异氰酸酯，3,3’-二甲基-4,4-联苯二异氰酸酯，苯二亚甲基二异氰酸酯和3,3’-二甲基-4,4-联苯二异氰酸酯，三苯基甲烷三异氰酸酯和对苯二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和1,5-萘二异氰酸酯，1,5-萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯等，皆可用于实施本发明。
所述回收碳纤维的长度为2～5mm，优选为3mm。例如可选择2.03～4.98mm，2.2～4.5mm，2.7～4.6mm，3.2～4.2mm，3.8mm等，皆可用于实施本发明。
所述扩链剂为二胺扩链剂。
所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种或至少两种的混合物，优选KH-550。典型但非限制性的例子包括：KH-550，KH-560，KH-570，KH-550和KH-560，KH-560和KH-570，KH-550、KH-560和KH-570等，皆可用于实施本发明。
作为本发明的优选技术方案，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-550处理。
作为本发明最优选的技术方案，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-550处理。
本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述TPU复合材料不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
一种所述的TPU复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)按配方量将聚酯多元醇和二异氰酸酯和经过硅烷偶联剂处理的回收碳纤维预聚；
2)向得到的预聚体中加入扩链剂，抗氧化剂，经硫化、老化后得到回收碳纤维增强热塑性聚氨酯弹性体。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将特定含量的回收碳纤维用于制备热塑性聚氨酯弹性体，能够增强其机械性能，拉伸强度、撕裂强度及扯断伸长率等相对于未添加回收碳纤维的聚氨酯弹性体均得到较大增长，耐热性能也得到很大提高。回收碳纤维经硅烷偶联剂处理后，可以进一步提高复合材料的力学性能。
另外，利用回收碳纤维制备热塑性聚氨酯弹性体能够有效利用资源，环保性强。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-570处理。
1)按配方量将聚酯多元醇和二异氰酸酯和经过硅烷偶联剂处理的回收碳纤维预聚；
2)向得到的预聚体中加入扩链剂，抗氧化剂，经硫化、老化后得到回收碳纤维增强热塑性聚氨酯弹性体。
实施例2
一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-560处理。
其制备方法同实施例1。
实施例3
一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-550处理。
其制备方法同实施例1。
实施例4
一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-550处理。
其制备方法同实施例1。
实施例5
一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-550处理。
其制备方法同实施例1。
通过本发明所制备的回收碳纤维增强TPU复合材料的机械性能相比未添加回收碳纤维的TPU复合材料的机械性能得到较大增强，拉伸强度增加27.3％，撕裂强度增加53.2％，扯断伸长率增加10％。回收碳纤维对TPU复合材料起到了增强增韧的作用。
申请人声明，所属技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某组分的具体含量点值，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的数值范围，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些数值范围。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的，但本发明并不局限于上述操作步骤，即不意味着本发明必须依赖上述操作步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种回收碳纤维增强TPU复合材料及其制备方法，其特征在于，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过硅烷偶联剂处理。
2.如权利要求1所述的TPU复合材料，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇或四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇中的一种或至少两种的混合物。
3.如权利要求1或2所述的TPU复合材料，其特征在于，所述多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、3,3’-二甲基-4,4-联苯二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯或对苯二异氰酸酯中的一种或至少两种的混合物。
4.如权利要求1-3之一所述的TPU复合材料，其特征在于，所述回收碳纤维的长度为2～5mm，优选为3mm。
5.如权利要求1-4之一所述的TPU复合材料，其特征在于，所述扩链剂为二胺扩链剂。
6.如权利要求1-5之一所述的TPU复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种或至少两种的混合物，优选KH-550。
7.如权利要求1-6之一所述的TPU复合材料，其特征在于，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-550处理。
8.如权利要求1-7之一所述的TPU复合材料，其特征在于，所述TPU复合材料按重量份数包括以下成分：
所述回收碳纤维经过KH-550处理。
9.一种如权利要求1-8之一所述的TPU复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)按配方量将聚酯多元醇和二异氰酸酯和经过硅烷偶联剂处理的回收碳纤维预聚；
2)向得到的预聚体中加入扩链剂，抗氧化剂，经硫化、老化后得到回收碳纤维增强热塑性聚氨酯弹性体。
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