CN106977906A - 一种高性能聚氨酯纳米复合软管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高性能聚氨酯纳米复合软管及其制备方法,该复合软管是以直径40cm~60cm复合纤维带坯为增强层,热塑性聚氨酯弹性体、改性硅铈钛纳米材料、松香树脂、环氧树脂为内外层,一次挤出成型制得,该复合软管具有“三明治”结构;复合纤维带坯是以芳纶纤维为经线、芳纶纤维与碳纤维为纬线经圆织机编织改性制得,改性硅铈钛纳米材料是用γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对硅铈钛纳米材料表面进行活化制得,硅铈钛纳米材料具有三层核壳结构,其内核为纳米二氧化硅、中间层为纳米二氧化铈、最外层壳为纳米二氧化钛。该聚氨酯纳米复合软管的抗压强度为5.2~6.4MPa、剥离强度为130~155N/25mm、剥离强度变化率为2%~5%,具有抗压强度高、耐老化性能优异、剥离强度高等优点,加工工艺简便,主要用于海上石油、天然气、工业用水输送和远洋油料补给。

Description

一种高性能聚氨酯纳米复合软管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能聚氨酯纳米复合软管,主要是制备抗压强度高、耐老化性能优异、剥离强度高的聚氨酯纳米复合软管,主要用于海上石油、天然气、工业用水输送和远洋油料补给,属于新材料制造领域。
背景技术
近年来,我国软管行业得到了长足的发展。用于海上石油、天然气、工业用水输送和远洋油料补给的聚氨酯复合软管,长期在恶劣的环境下使用,需要高抗压强度、耐老化性能优异、剥离强度高等特点。
目前国内生成的复合软管,包括外层保护层,中间增强层,内层防漏层。使用编织好的单一纤维带坯作为增强层,而内外层之间采用胶粘剂或者在高压下将增强层与内外层粘在一起。这种方式生成的软管,抗压强度不高、易老化、软管带坯与内外层之间的剥离强度差。
中国专利201410137891.5公开了高强度纤维双层交织复合软管及生产方法,软管带坯是双层纤维编织而成,而后在双层带坯内外表面一次成型涂覆高分子粘合胶料,该专利虽有柔软性好、管坯耐压强度高等优点,但耐老化性能差,剥离强度低等缺点,降低了软管的使用寿命;中国专利200910229472.3公开了耐磨橡胶聚氨酯复合软管,软管由钢筋圈作为承压层,在承压层外加入尼龙纤维保护层,管道内壁由橡胶聚氨酯材料通过模具浇注,最后软管经过24h硫化成型,该聚氨酯复合软管加工工艺复杂,生产的聚氨酯复合软管质量较重,不易于运输安装;中国专利201010271207.4公开了大长度高压耐磨橡塑软管的制造方法,以纤维带坯作为软管中间层,聚氨酯与无机材料混合均匀通过共挤型复合机一次挤出成型制备聚氨酯软管,此发明虽然解决了软管工艺流程复杂、生产效率低,耐老化性能差等缺点,但软管的抗压强度、剥离强度不高。
发明内容
技术问题:本发明目的是提供一种高性能聚氨酯纳米复合软管及其制备方法,该复合软管加工工艺简便,制备过程易于控制,制备的复合软管具有抗压强度高、耐老化性能优异、剥离强度高等优点。
技术方案:本发明是一种高性能聚氨酯纳米复合软管及其制备方法,该复合软管是以直径40cm~60cm复合纤维带坯为增强层,热塑性聚氨酯弹性体、改性硅铈钛纳米材料、松香树脂、环氧树脂为内外层,一次挤出成型制得,其中复合纤维带坯是以芳纶纤维为经线、芳纶纤维与碳纤维为纬线经圆织机编织改性制得,改性硅铈钛纳米材料与热塑性聚氨酯弹性体的质量比为1:3~1:10、松香与热塑性聚氨酯弹性体的质量比为1:3~1:5、环氧树脂与热塑性聚氨酯弹性体的质量比为1:5~1:10。
该聚氨酯纳米复合软管的制备方法为:
a.在等预应力合线机上将芳纶纤维合股制成经线、纬线,在芳纶纤维合股纬线时加入纬线质量1wt%~10wt%碳纤维,在圆织机上把经线、纬线按斜纹双经双纬进行编织成直径为40cm~60cm纤维带坯,室温下将该纤维带坯浸没于质量分数为20wt%~50wt%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中2~3h,取出,20℃~40℃下晾干,得复合纤维带坯;
b.室温下,按乙醇与水体积比为3:1~10:1制备乙醇水溶液,用质量分数为25wt.%~28wt.%的氨水调节乙醇水溶液pH至9.0~10.0,制得乙醇氨水溶液,按乙醇与硅酸四乙酯质量比为15:1~30:1配制乙醇硅溶液,按乙醇硅溶液与乙醇氨水溶液质量比1:2~1:5,将乙醇硅溶液在1~2h内滴加到乙醇氨水溶液中,室温反应6~12h,过滤,用20~50倍硅酸四乙酯质量的乙醇洗涤3~5次,在60℃~80℃真空干燥12~24h,得平均直径为100~200nm的纳米二氧化硅;
c.室温下,按乙醇与步骤b中制得的纳米二氧化硅质量比为20:1~50:1配成硅混合物,按六次亚甲基四胺与纳米二氧化硅质量比为3:1~5:1,将六次亚甲基四胺加入到该硅混合物中,超声分散1~2h;按水与纳米二氧化硅质量比为20:1~50:1,向硅混合物中加入水,按六水硝酸铈与纳米二氧化硅质量比为3:1~10:1向硅混合物中加入六水硝酸铈,混匀得硅铈混合物,60℃~90℃反应4~8h,冷却,过滤,用30~50倍纳米二氧化硅质量的乙醇洗涤3~5次,然后60℃~80℃真空干燥12~24h,得硅铈纳米材料;
d.室温下,按乙醇与步骤c中制得的硅铈纳米材料质量比为20:1~50:1,按水与硅铈纳米材料质量比为20:1~50:1,按羟丙基纤维素与硅铈纳米材料质量比为3:1~5:1,将乙醇、水、羟丙基纤维素、硅铈纳米材料加入反应釜中混匀,超声分散1~2h,按乙醇与钛酸四丁酯的质量比为15:1~50:1制乙醇钛溶液,按乙醇钛溶液与硅铈纳米材料质量比20:1~50:1,将乙醇钛溶液在1~2h内滴加到反应釜中,室温反应8~12h,过滤,用50~100倍硅铈纳米材料质量的乙醇洗涤3~5次,60℃~80℃真空干燥12~24h,得硅铈钛纳米材料;
e.室温下,按乙醇与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量比为20:1~40:1,将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合制得硅烷乙醇溶液,按硅烷乙醇溶液与硅铈钛纳米材料质量比为5:1~10:1,将步骤d中制得的硅铈钛纳米材料加入到硅烷乙醇溶液中,超声分散1~2h,然后回流4~6h,冷却至室温,过滤,用50~100倍硅铈钛纳米材料质量的水洗涤3~5次,在60℃~80℃真空干燥12~24h,得改性硅铈钛纳米材料;
f.将步骤e中制得的改性硅铈钛纳米材料与热塑性聚氨酯弹性体按照1:3~1:10、松香与热塑性聚氨酯弹性体按照1:3~1:5、环氧树脂与热塑性聚氨酯弹性体按照1:5~1:10的质量份放入密炼机,在120℃~170℃混炼2~5h,然后经开炼机拓片,再经粉碎机制成色母料,将色母料与热塑性聚氨酯弹性体按1:20~1:50质量比放入转速为600~1200转/分钟的混合机中混合制得混合材料,将混合材料在100℃~120℃下干燥3~5h,得软管热塑性聚氨酯弹性体原料;
g.将步骤a中制得的复合纤维带坯从共挤型挤出机中心穿过,将步骤f中制得的软管热塑性聚氨酯弹性体原料熔融后一次挤出成型,挤出温度为160℃~220℃,得高性能聚氨酯纳米复合软管。
上述的一种高性能聚氨酯纳米复合软管制备方法步骤f中所述的热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型热塑性聚氨酯弹性体或聚酯型热塑性聚氨酯弹性体。
有益效果:本发明制备的聚氨酯纳米复合软管,是由复合纤维带坯构成增强层,热塑性聚氨酯弹性体、改性硅铈钛纳米材料、松香树脂、环氧树脂为复合软管内外层,一次成型制备的聚氨酯纳米复合软管。在复合纤维带坯中加入碳纤维可以显著提高复合纤维带坯的抗压强度,复合纤维带坯中表面含有环氧官能团,环氧官能团能够与热塑性聚氨酯弹性体中的氨基发生化学键合,增强复合纤维带坯与热塑性聚氨酯弹性体之间的结合力,同时加入松香树脂、环氧树脂有利于提高复合软管中复合纤维带坯与热塑性聚氨酯弹性体的粘结力,从而提高复合软管的剥离强度;用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对制备的硅铈钛纳米材料表面活化,能够有效防止团聚,同时γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的环氧官能团能够与热塑性聚氨酯弹性体中的氨基发生化学键作用,提高硅铈钛纳米材料与热塑性聚氨酯弹性体之间的相互作用,显著提高了硅铈钛纳米材料在热塑性聚氨酯弹性体中的分散程度;硅铈钛纳米材料具有三层核壳结构,其内核为纳米二氧化硅、中间层为纳米二氧化铈、最外层壳为纳米二氧化钛,提高了无机纳米材料间的协同作用,使纳米二氧化硅、纳米二氧化铈、纳米二氧化钛能够均一分散,核壳结构纳米材料中的纳米二氧化铈、纳米二氧化钛具有紫外吸收性能,能够提高复合软管的耐老化性能。除此之外,聚氨酯纳米复合软管挤出工艺简便,制备的复合软管具有抗压强度高、耐老化性能优异、剥离强度高等优点。
本发明的特点:
(1)通过等预应力合线机将芳纶纤维合股成经线、纬线,在纬线中加入碳纤维,通过圆织机将合股的经线、纬线编织成复合纤维带坯,复合纤维带坯具有较高的抗压强度,对编织复合纤维带坯用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷改性处理,使复合纤维带坯中的纤维表面附着改性基团,提高复合纤维带坯与热塑性聚氨酯弹性体之间的相互作用;
(2)对硅铈钛纳米材料表面活化改性处理,可以提高自身的分散,防止团聚,同时提高硅铈钛纳米材料与热塑性聚氨酯弹性体之间的相互作用;
(3)使用密炼机、开炼机将改性硅铈钛纳米材料、松香树脂、环氧树脂与热塑性聚氨酯弹性体混合均匀,然后通过粉碎机制备成色母料,然后与热塑性聚氨酯弹性体在高速混合机混合制成复合软管原料,这种均匀分散及弱剪切加工工艺能够提高改性硅铈钛纳米材料、松香树脂、环氧树脂在热塑性聚氨酯弹性体中的分散度,提高聚氨酯纳米复合软管的耐老化性能和剥离强度;
(4)将复合软管的复合纤维带坯与软管热塑性聚氨酯弹性体原料通过一次挤出,制备聚氨酯纳米复合软管,加工工艺简便。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明进一步说明。这种方法制备的聚氨酯纳米复合软管是由复合纤维带坯与热塑性弹性体、改性硅铈钛纳米材料、松香树脂、环氧树脂通过一次挤出成型制备的复合软管。复合纤维是由芳纶纤维与碳纤维编制改性制得,复合纤维带坯是以芳纶纤维为经线、芳纶纤维与碳纤维为纬线经圆织机编织改性制得,用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对硅铈钛纳米材料表面进行活化制得改性硅铈钛纳米材料,硅铈钛纳米材料具有三层核壳结构,其内核为纳米二氧化硅、中间层为纳米二氧化铈、最外层壳为纳米二氧化钛。
聚氨酯纳米复合软管的抗压强度按GB/T9574-2001的方法进行测试、其剥离强度按GB/T 14905-2009的方法进行测试;聚氨酯纳米复合软管耐老化性能按GB/T 3512-2001的方法进行测试,其老化温度70℃、老化时间96h,测试复合软管的剥离强度变化率。
实施例1:
(1)软管复合纤维带坯的编织
在等预应力合线机对芳纶纤维进行合股,分别合成经线、纬线,在合成纬线时加入纬线质量1wt%碳纤维,通过圆织机将经线、纬线按斜纹双经双纬编织出直径为40cm的纤维带坯,将纤维带坯浸没于质量分数为20wt%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中2h,取出,20℃晾干,得复合纤维带坯。
(2)软管热塑性聚氨酯弹性体原料的制备
a.25℃,按乙醇与水体积比为3:1制备乙醇水溶液,用质量分数为25wt.%的氨水调节乙醇水溶液pH至9.5,制得乙醇氨水溶液,按乙醇与硅酸四乙酯质量比为15:1配制乙醇硅溶液,按乙醇硅溶液与乙醇氨水溶液质量比1:2,将乙醇硅溶液在1h内滴加到乙醇氨水溶液中,室温反应6h,过滤,用20倍硅酸四乙酯质量的乙醇洗涤3次,在60℃真空干燥12h,得纳米二氧化硅;
b.25℃,按乙醇与步骤a中制得的纳米二氧化硅质量比为20:1配成硅混合物,按六次亚甲基四胺与纳米二氧化硅质量比为3:1,将六次亚甲基四胺加入到该混合物中,超声分散1h;按水与纳米二氧化硅质量比为20:1,向混合物中加入水,按六水硝酸铈与纳米二氧化硅质量比为3:1向混合物中加入六水硝酸铈,混匀得硅铈混合物,60℃反应4h,冷却过滤,用30倍纳米二氧化硅质量的乙醇洗涤3次,然后60℃真空干燥12h,得硅铈纳米材料;
c.25℃,按乙醇与步骤b中制得的硅铈纳米材料质量比为20:1,按水与硅铈纳米材料质量比为20:1,按羟丙基纤维素与硅铈纳米材料质量比为3:1,将乙醇、水、羟丙基纤维素、硅铈纳米材料加入到反应釜中混匀,超声1h;按乙醇与钛酸四丁酯的质量比为15:1配制成乙醇钛溶液,按乙醇钛溶液与硅铈纳米材料质量比20:1,将乙醇钛溶液在1h内滴加到反应釜中,室温反应8h,过滤,用50倍硅铈纳米材料质量的乙醇洗涤3次,60℃真空干燥12h,得硅铈钛纳米材料;
d.25℃,按乙醇与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量比为20:1,将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合配成硅烷乙醇溶液,按硅烷乙醇溶液与硅铈钛纳米材料质量比为5:1,将步骤c中制得的硅铈钛纳米材料加入到硅烷乙醇溶液中,超声分散1h,然后回流4h,冷却至室温,过滤,用50倍硅铈钛纳米材料质量的水洗涤3次,在60℃真空干燥12h,得改性硅铈钛纳米材料;
e.将步骤d中制得的改性硅铈钛纳米材料与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:3、松香与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:3、环氧树脂与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:5的质量份放入密炼机,在120℃混炼2h,然后经开炼机拓片,再经粉碎机制成色母料;将该色母料与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按1:20质量比放入转速为600转/分钟的混合机中混合制得混合材料,将混合材料在100℃下干燥3h,得软管热塑性聚氨酯弹性体原料;
(3)复合软管的挤出
将复合纤维带坯从共挤型复合机模具中心穿过,挤出机机头的温度控制在160℃。挤出机将塑化好的熔融的可以流动的软管热塑性聚氨酯弹性体原料通过共挤复合模具分别涂塑在复合纤维带坯的内层及外层,一次挤出成型制得聚氨酯纳米复合软管。
该聚氨酯纳米复合软管软管的抗压强度为5.2MPa、剥离强度为130N/25mm、剥离强度变化率为3%。
实施例2:
(1)软管复合纤维带坯的编织
在等预应力合线机对芳纶纤维进行合股,分别合成经线、纬线,在合成纬线中加入纬线质量3wt%碳纤维,通过圆织机将经线、纬线按斜纹双经双纬编织出直径为45cm的纤维带坯,将纤维带坯浸没于质量分数为25wt%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中2h,取出,25℃晾干,得复合纤维带坯。
(2)软管热塑性聚氨酯弹性体原料的制备
a.25℃,按乙醇与水体积比为5:1制备乙醇水溶液,用质量分数为28wt.%的氨水调节乙醇水溶液pH至9.0,制得乙醇氨水溶液,按乙醇与硅酸四乙酯质量比为20:1配制乙醇硅溶液,按乙醇硅溶液与乙醇氨水溶液质量比1:2,将乙醇硅溶液在2h内滴加到乙醇氨水溶液中,室温反应8h,过滤,用25倍硅酸四乙酯质量的乙醇洗涤4次,在65℃真空干燥16h,得纳米二氧化硅;
b.25℃,按乙醇与步骤a中制得的纳米二氧化硅质量比为25:1配成混合物,按六次亚甲基四胺与纳米二氧化硅质量比为3:1,将六次亚甲基四胺加入到该混合物中,超声分散1h;按水与纳米二氧化硅质量比为25:1,向混合物中加入水,按六水硝酸铈与纳米二氧化硅质量比为5:1向混合物中加入六水硝酸铈,混匀得硅铈混合物,65℃反应5h,冷却过滤,用35倍纳米二氧化硅质量的乙醇洗涤4次,然后60℃真空干燥12h,得硅铈纳米材料;
c.25℃,按乙醇与步骤b中制得的硅铈纳米材料质量比为25:1,按水与硅铈纳米材料质量比为25:1,按羟丙基纤维素与硅铈纳米材料质量比为3:1,将乙醇、水、羟丙基纤维素、硅铈纳米材料加入到反应釜中混匀,超声1h,按乙醇与钛酸四丁酯的质量比为20:1配制成乙醇钛溶液,按乙醇钛溶液与硅铈纳米材料质量比30:1,将乙醇钛溶液在1h内滴加到反应釜中,室温反应8h,过滤,用60倍硅铈纳米材料质量的乙醇洗涤4次,65℃真空干燥16h,得硅铈钛纳米材料;
d.25℃,按乙醇与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量比为25:1,将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合配成硅烷乙醇溶液,按硅烷乙醇溶液与硅铈钛纳米材料质量比为6:1,将步骤c中制得的硅铈钛纳米材料加入到硅烷乙醇溶液中,超声分散1h,然后回流4h,冷却至室温,过滤,用60倍硅铈钛纳米材料质量的水洗涤3次,在60℃真空干燥12h,得改性硅铈钛纳米材料;
e.将步骤d中制得的改性硅铈钛纳米材料与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体按照1:5、松香与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体按照1:3、环氧树脂与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体按照1:6的质量份放入密炼机,在130℃混炼2h,然后经开炼机拓片,再经粉碎机制成色母料;将该色母料与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体按1:25质量比放入转速为700转/分钟的混合机中混合制得混合材料,将混合材料在105℃下干燥4h,得软管热塑性聚氨酯弹性体原料;
(3)复合软管的挤出
将复合纤维带坯从共挤型复合机模具中心穿过,挤出机机头的温度控制在170℃,挤出机将塑化好的熔融的可以流动的软管热塑性聚氨酯弹性体原料通过共挤复合模具分别涂塑在软管复合纤维带坯的内层及外层,一次挤出成型制得聚氨酯纳米复合软管。
该聚氨酯纳米复合软管软管的抗压强度为5.4MPa、剥离强度为135N/25mm、剥离强度变化率为4%。
实施例3:
(1)软管复合纤维带坯的编织
在等预应力合线机上将芳纶纤维合股制成经线、纬线,在芳纶纤维合股纬线时加入纬线质量5wt%碳纤维,通过圆织机将经线、纬线按斜纹双经双纬编织出直径为50cm的纤维带坯,将纤维带坯浸没于质量分数为30wt%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中2h,取出,30℃晾干,得复合纤维带坯。
(2)软管热塑性聚氨酯弹性体原料的制备
a.25℃,按乙醇与水体积比为7:1制备乙醇水溶液,用质量分数为25wt.%的氨水调节乙醇水溶液pH至9.5,制得乙醇氨水溶液,按乙醇与硅酸四乙酯质量比为25:1配制乙醇硅溶液,按乙醇硅溶液与乙醇氨水溶液质量比1:3,将乙醇硅溶液在2h内滴加到乙醇氨水溶液中,室温反应8h,过滤,用30倍硅酸四乙酯质量的乙醇洗涤5次,然后在70℃真空干燥18h,得纳米二氧化硅;
b.25℃,按乙醇与步骤a中制得的纳米二氧化硅质量比为30:1配成硅混合物,按六次亚甲基四胺与纳米二氧化硅质量比为4:1,将六次亚甲基四胺加入到该混合物中,超声分散2h;按水与纳米二氧化硅质量比为30:1,向混合物中加入水,按六水硝酸铈与纳米二氧化硅质量比为7:1向混合物中加入六水硝酸铈,混匀得硅铈混合物,80℃反应6h,冷却过滤,用40倍纳米二氧化硅质量的乙醇洗涤5次,然后60℃真空干燥20h,得硅铈纳米材料;
c.25℃,按乙醇与步骤b中制得的硅铈纳米材料质量比为30:1,按水与硅铈纳米材料质量比为20:1,按羟丙基纤维素与硅铈纳米材料质量比为4:1,将乙醇、水、羟丙基纤维素、硅铈纳米材料加入到反应釜中混匀,超声1h;按乙醇与钛酸四丁酯的质量比为30:1配制成乙醇钛溶液,按乙醇钛溶液与硅铈纳米材料质量比30:1,将乙醇钛溶液在1h内滴加到反应釜中,室温反应8h,过滤,用70倍硅铈纳米材料质量的乙醇洗涤3次,60℃真空干燥22h,得硅铈钛纳米材料;
d.25℃,按乙醇与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量比为30:1,将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合配成硅烷乙醇溶液,按硅烷乙醇溶液与硅铈钛纳米材料质量比为7:1,将步骤c中制得的硅铈钛纳米材料加入到硅烷乙醇溶液中,超声分散2h,然后回流5h,冷却至室温,过滤,用70倍硅铈钛纳米材料质量的水洗涤3次,在70℃真空干燥22h,得改性硅铈钛纳米材料;
e.将步骤d中制得的改性硅铈钛纳米材料与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:7、松香与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:4、环氧树脂与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:7的质量份放入密炼机,在140℃混炼3h,然后经开炼机拓片,再经粉碎机制成色母料;将该色母料与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按1:30质量比放入转速为800转/分钟的混合机中混合制得混合材料,将混合材料在110℃下干燥4h,得软管热塑性聚氨酯弹性体原料;
(3)复合软管的挤出
将复合纤维带坯从共挤型复合机模具中心穿过,挤出机机头的温度控制在160℃。挤出机将塑化好的熔融的可以流动的软管热塑性聚氨酯弹性体原料通过共挤复合模具分别涂塑在软管复合纤维带坯的内层及外层,一次挤出成型制得聚氨酯纳米复合软管。
该聚氨酯纳米复合软管软管的抗压强度为5.7MPa、剥离强度为145N/25mm、剥离强度变化率为2%。
实施例4:
(1)软管复合纤维带坯的编织
在等预应力合线机对芳纶纤维进行合股,分别合成经线、纬线,在合成纬线中加入纬线质量7wt%碳纤维,通过圆织机将经线、纬线按斜纹双经双纬编织出直径为55cm的纤维带坯,将纤维带坯浸没于质量分数为25wt%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中3h,取出,40℃晾干,得复合纤维带坯。
(2)软管热塑性聚氨酯弹性体原料的制备
a.25℃,按乙醇与水体积比为9:1制备乙醇水溶液,用质量分数为25wt.%的氨水调节乙醇水溶液pH至10.0,制得乙醇氨水溶液,按乙醇与硅酸四乙酯质量比为30:1配制乙醇硅溶液,按乙醇硅溶液与乙醇氨水溶液质量比1:4,将乙醇硅溶液在2h内滴加到乙醇氨水溶液中,室温反应10h,过滤,用40倍硅酸四乙酯质量的乙醇洗涤5次,然后在70℃真空干燥20h,得纳米二氧化硅;
b.25℃,按乙醇与步骤a中制得的纳米二氧化硅质量比为40:1配成混合物,按六次亚甲基四胺与纳米二氧化硅质量比为4:1,将六次亚甲基四胺加入到该混合物中,超声分散1h;按水与纳米二氧化硅质量比为40:1,向混合物中加入水,按六水硝酸铈与纳米二氧化硅质量比为7:1向混合物中加入六水硝酸铈,混匀得硅铈混合物,80℃反应7h,冷却过滤,用40倍纳米二氧化硅质量的乙醇洗涤4次,然后70℃真空干燥22h,得硅铈纳米材料;
c.25℃,按乙醇与步骤b中制得的硅铈纳米材料质量比为40:1,按水与硅铈纳米材料质量比为40:1,按羟丙基纤维素与硅铈纳米材料质量比为4:1,将乙醇、水、羟丙基纤维素、硅铈纳米材料加入到反应釜中混匀,超声2h;按乙醇与钛酸四丁酯的质量比为40:1配制成乙醇钛溶液,按乙醇钛溶液与硅铈纳米材料质量比40:1,将乙醇钛溶液在2h内滴加到反应釜中,室温反应10h,过滤,用80倍硅铈纳米材料质量的乙醇洗涤4次,70℃真空干燥20h,得硅铈钛纳米材料;
d.25℃,按乙醇与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量比为30:1,将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合配成硅烷乙醇溶液,按硅烷乙醇溶液与硅铈钛纳米材料质量比为8:1,将步骤c中制得的硅铈钛纳米材料加入到硅烷乙醇溶液中,超声分散2h,然后回流5h,冷却至室温,过滤,用80倍硅铈钛纳米材料质量的水洗涤4次,在60℃真空干燥24h,得改性硅铈钛纳米材料;
e.将步骤d中制得的改性硅铈钛纳米材料与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:9、松香与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:4、环氧树脂与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按照1:9的质量份放入密炼机,在160℃混炼4h,然后经开炼机拓片,再经粉碎机制成色母料;将该色母料与聚酯型热塑性聚氨酯弹性体按1:40质量比放入转速为1000转/分钟的混合机中混合制得混合材料,将混合材料在110℃下干燥4h,得软管热塑性聚氨酯弹性体原料;
(3)复合软管的挤出
将复合纤维带坯从共挤型复合机模具中心穿过,挤出机机头的温度控制在200℃。挤出机将塑化好的熔融的可以流动的软管热塑性聚氨酯弹性体原料通过共挤复合模具分别涂塑在软管复合纤维带坯的内层及外层,一次挤出成型制得聚氨酯纳米复合软管。
该聚氨酯纳米复合软管软管的抗压强度为6MPa、剥离强度为150N/25mm、剥离强度变化率为5%。
实施例5:
(1)软管复合纤维带坯的编织
在等预应力合线机对芳纶纤维进行合股,分别合成经线、纬线,在合成纬线中加入纬线质量5wt%碳纤维,通过圆织机将经线、纬线按斜纹双经双纬编织出直径为60cm的纤维带坯,将纤维带坯浸没于质量分数为50wt%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中3h,取出,40℃晾干,得复合纤维带坯。
(2)软管热塑性聚氨酯弹性体原料的制备
a.25℃,按乙醇与水体积比为10:1制备乙醇水溶液,用质量分数为25wt.%的氨水调节乙醇水溶液pH至9.5,制得乙醇氨水溶液,按乙醇与硅酸四乙酯质量比为30:1配制乙醇硅溶液,按乙醇硅溶液与乙醇氨水溶液质量比1:5,将乙醇硅溶液在2h内滴加到乙醇氨水溶液中,室温反应12h,过滤,用50倍硅酸四乙酯质量的乙醇洗涤5次,然后在80℃真空干燥24h,纳米二氧化硅;
b.25℃,按乙醇与步骤a中制得的纳米二氧化硅质量比为50:1配成混合物,按六次亚甲基四胺与纳米二氧化硅质量比为5:1,将六次亚甲基四胺加入到该混合物中,超声分散2h;按水与纳米二氧化硅质量比为50:1,向混合物中加入水,按六水硝酸铈与纳米二氧化硅质量比为10:1向混合物中加入六水硝酸铈,混匀得硅铈混合物,90℃反应8h,冷却过滤,用50倍纳米二氧化硅质量的乙醇洗涤5次,然后80℃真空干燥24h,得硅铈纳米材料;
c.25℃,按乙醇与步骤b中制得的硅铈纳米材料质量比为50:1,按水与硅铈纳米材料质量比为50:1,按羟丙基纤维素与硅铈纳米材料质量比为5:1,将乙醇、水、羟丙基纤维素、硅铈纳米材料加入到反应釜中混匀,超声2h;按乙醇与钛酸四丁酯的质量比为50:1配制成乙醇钛溶液,按乙醇钛溶液与硅铈纳米材料质量比50:1,将乙醇钛溶液在2h内滴加到反应釜中,室温反应12h,过滤,用100倍硅铈纳米材料质量的乙醇洗涤5次,80℃真空干燥24h,得硅铈钛纳米材料;
d.25℃,按乙醇与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量比为40:1,将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合配成硅烷乙醇溶液,按硅烷乙醇溶液与硅铈钛纳米材料质量比为10:1,将步骤c中制得的硅铈钛纳米材料加入到硅烷乙醇溶液中,超声分散2h,然后回流6h,冷却至室温,过滤,用100倍硅铈钛纳米材料质量的水洗涤5次,在80℃真空干燥24h,得改性硅铈钛纳米材料;
e.将步骤d中制得的改性硅铈钛纳米材料与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体按照1:5、松香与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体按照1:5、环氧树脂与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体按照1:10的质量份放入密炼机,在170℃混炼5h,然后经开炼机拓片,再经粉碎机制成色母料;将该色母料与聚醚型热塑性聚氨酯弹性体按1:50质量比放入转速为1200转/分钟的混合机中混合制得混合材料,将混合材料在120℃下干燥5h,得软管热塑性聚氨酯弹性体原料;
(3)复合软管的挤出
将复合纤维带坯从共挤型复合机模具中心穿过,挤出机机头的温度控制在220℃。挤出机将塑化好的熔融的可以流动的热塑性聚氨酯弹性体原料通过共挤复合模具分别涂塑在软管复合纤维带坯的内层及外层,一次挤出成型制得聚氨酯纳米复合软管。
该聚氨酯纳米复合软管软管的抗压强度为6.4MPa、剥离强度为155N/25mm、剥离强度变化率为4.5%。

Claims (3)

1.一种高性能聚氨酯纳米复合软管,其特征在于该复合软管是以直径40cm~60cm复合纤维带坯为增强层,热塑性聚氨酯弹性体、改性硅铈钛纳米材料、松香树脂、环氧树脂为内外层,一次挤出成型制得,其中复合纤维带坯是以芳纶纤维为经线、芳纶纤维与碳纤维为纬线经圆织机编织改性制得,改性硅铈钛纳米材料与热塑性聚氨酯弹性体的质量比为1:3~1:10、松香与热塑性聚氨酯弹性体的质量比为1:3~1:5、环氧树脂与热塑性聚氨酯弹性体的质量比为1:5~1:10。
2.根据权利要求1所述的一种高性能聚氨酯纳米复合软管的制备方法,其特征在于该制备方法为:
a.在等预应力合线机上将芳纶纤维合股制成经线、纬线,在芳纶纤维合股纬线时加入纬线质量1wt%~10wt%碳纤维,在圆织机上把经线、纬线按斜纹双经双纬进行编织成直径为40cm~60cm纤维带坯,室温下将该纤维带坯浸没于质量分数为20wt%~50wt%的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷乙醇溶液中,浸渍2~3h,取出,20℃~40℃下晾干,得复合纤维带坯;
b.室温下,按乙醇与水体积比为3:1~10:1制备乙醇水溶液,用质量分数为25wt.%~28wt.%的氨水调节乙醇水溶液pH至9.0~10.0,制得乙醇氨水溶液,按乙醇与硅酸四乙酯质量比为15:1~30:1配制乙醇硅溶液,按乙醇硅溶液与乙醇氨水溶液质量比1:2~1:5,将乙醇硅溶液在1~2h内滴加到乙醇氨水溶液中,室温反应6~12h,过滤,用20~50倍硅酸四乙酯质量的乙醇洗涤3~5次,在60℃~80℃真空干燥12~24h,得平均直径为100~200nm的纳米二氧化硅;
c.室温下,按乙醇与步骤b中制得纳米二氧化硅质量比为20:1~50:1配成硅混合物,按六次亚甲基四胺与纳米二氧化硅质量比为3:1~5:1,将六次亚甲基四胺加入到该硅混合物中,超声分散1~2h;按水与纳米二氧化硅质量比为20:1~50:1,向硅混合物中加入水,按六水硝酸铈与纳米二氧化硅质量比为3:1~10:1向硅混合物中加入六水硝酸铈,混匀得硅铈混合物,60℃~90℃反应4~8h,冷却,过滤,用30~50倍纳米二氧化硅质量的乙醇洗涤3~5次,然后60℃~80℃真空干燥12~24h,得硅铈纳米材料;
d.室温下,按乙醇与步骤c中制得的硅铈纳米材料质量比为20:1~50:1,按水与硅铈纳米材料质量比为20:1~50:1,按羟丙基纤维素与硅铈纳米材料质量比为3:1~5:1,将乙醇、水、羟丙基纤维素、硅铈纳米材料加入反应釜中混匀,超声分散1~2h,按乙醇与钛酸四丁酯的质量比为15:1~50:1制乙醇钛溶液,按乙醇钛溶液与硅铈纳米材料质量比20:1~50:1,将乙醇钛溶液在1~2h内滴加到反应釜中,室温反应8~12h,过滤,用50~100倍硅铈纳米材料质量的乙醇洗涤3~5次,60℃~80℃真空干燥12~24h,得硅铈钛纳米材料;
e.室温下,按乙醇与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷质量比为20:1~40:1,将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与乙醇混合制得硅烷乙醇溶液,按硅烷乙醇溶液与硅铈钛纳米材料质量比为5:1~10:1,将步骤d中制得的硅铈钛纳米材料加入到硅烷乙醇溶液中,超声分散1~2h,然后回流4~6h,冷却至室温,过滤,用50~100倍硅铈钛纳米材料质量的水洗涤3~5次,在60℃~80℃真空干燥12~24h,得改性硅铈钛纳米材料;
f.将步骤e中制得的改性硅铈钛纳米材料与热塑性聚氨酯弹性体按照1:3~1:10、松香与热塑性聚氨酯弹性体按照1:3~1:5、环氧树脂与热塑性聚氨酯弹性体按照1:5~1:10的质量份放入密炼机,在120℃~170℃混炼2~5h,然后经开炼机拓片,再经粉碎机制成色母料,将该色母料与热塑性聚氨酯弹性体按1:20~1:50质量比放入转速为600~1200转/分钟的混合机中混合制得混合材料,将混合材料在100℃~120℃下干燥3~5h,得软管热塑性聚氨酯弹性体原料;
g.将步骤a中制得的复合纤维带坯从共挤型挤出机中心穿过,将步骤f中制得的软管热塑性聚氨酯弹性体原料熔融后一次挤出成型,挤出温度为160℃~220℃,制得高性能聚氨酯纳米复合软管。
3.根据权利要求2所述的一种高性能聚氨酯纳米复合软管的制备方法,其特征在于所述制备方法步骤f中所述的热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型热塑性聚氨酯弹性体或聚酯型热塑性聚氨酯弹性体。
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