CN107033580A - 热塑性聚氨酯纤维复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热塑性聚氨酯纤维复合材料，它包括低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层和嵌入到该低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层内部的高熔点无纺布。其中，所述高熔点无纺布为纯高熔点聚醚型聚氨酯无纺布或复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布。本发明还提供一种制备上述复合述材料的方法，具体步骤包括：提供一种高熔点无纺布；在真空条件下将混合有聚氨酯橡胶硫化剂的熔融态低熔点聚醚型聚氨酯材料浸入到所述高熔点无纺布中，经模具定型制得热塑性聚氨酯纤维复合材料。该制备方法工艺简单、适于自动化生产。本发明还提供一种该复合材料的应用。该热塑性聚氨酯纤维复合材料各层之间结合紧密，可作为风力发电机叶片保护膜使用。

Description

热塑性聚氨酯纤维复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种热塑性聚氨酯纤维复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
热塑性高分子材料因其具有耐腐蚀、比重小、易加工等特点，被广泛应用于日常生活用品、服装服饰、汽车装饰等行业。目前，利用热塑性高分子来制备纤维织物复合材料是本领域发展的新方向，其中在风力发电行业中，风电叶片前缘长期受风力的摩擦，以及砂粒、雨水的冲击，是风电叶片最容易出现磨蚀的部位。而对风电叶片表面进行保护通常选取两种方式：贴敷热塑性高分子保护膜，或者喷涂、滚刷防护涂料。但由于热塑性高分子熔融后的粘度普遍较高，纤维织物与熔融后的热塑性高分子混合不利于充模，易在产品中产生气泡或损坏挤出装置，从而阻碍了热塑性薄膜层与纤维织物之间的粘结、降低了产品的性能。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种工艺简单、层间结合紧密、耐磨性好的热塑性聚氨酯纤维复合材料及其制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种热塑性聚氨酯纤维复合材料，它包括低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层和嵌入到所述低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层内部的高熔点无纺布；其中，所述高熔点无纺布为纯高熔点聚醚型聚氨酯无纺布或复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布。
本文中的“纯高熔点聚醚型聚氨酯无纺布”是指只有高熔点聚醚型聚氨酯材料经喷熔所制得的，“复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布”是指由高熔点聚醚型聚氨酯材料和纳米材料混合后经喷熔所制得的。本文中的“低熔点”和“高熔点”是相对而言的，即所述低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层的熔点要低于所述高熔点无纺布的熔点；所述低熔点聚醚型聚氨酯材料的熔点要低于所述高熔点聚醚型聚氨酯材料的熔点。
基于上述，所述高熔点无纺布厚度为0.05mm~0.5mm、所述热塑性聚氨酯纤维复合材料厚度为0.2mm~2mm。
基于上述，所述复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布包括高熔点聚醚型聚氨酯纤维和分布于所述高熔点聚醚型聚氨酯纤维中的纳米材料。
基于上述，所述纳米材料为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯纳米片、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米碳黑中的一种或几种的组合。
基于上述，所述高熔点无纺布为Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布，所述低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层为Vibrathane 602聚醚型聚氨酯薄膜层。
本发明还提供一种热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供一种高熔点无纺布，将所述高熔点无纺布平铺在模具型腔中，并对所述模具型腔进行抽真空处理，其中，所述高熔点无纺布为纯高熔点聚醚型聚氨酯无纺布或复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布；
（2）先将低熔点聚醚型聚氨酯材料和聚氨酯橡胶硫化剂分别加热熔融，再均匀混合得到混合熔融体，且所述混合熔融体的温度低于所述高熔点无纺布的熔融温度，将所述混合熔融体导入所述模具型腔中进行定型处理制得热塑性聚氨酯纤维复合材料。
基于上述，在所述步骤（1）中提供一种所述复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布，该复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布的制备方法包括：首先将高熔点聚醚型聚氨酯材料与纳米材料相混合得到预混物料，然后采用熔喷法将所述预混物料熔喷成所述复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布，其中，所述纳米材料为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯纳米片、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米碳黑中的一种或几种的组合。
基于上述，所述步骤（2）包括：首先将所述低熔点聚醚型聚氨酯材料和所述聚氨酯橡胶硫化剂分别加热熔融，再按照（80~100）：11的质量比将两者均匀混合得到所述混合熔融体，且所述混合熔融体的温度低于所述高熔点无纺布的熔融温度；然后将所述混合熔融体从所述高熔点无纺布的一端流延到所述高熔点无纺布的另一端的方式导入到所述模具型腔中，依次经过冷却固化、脱模处理，制得所述热塑性聚氨酯纤维复合材料。
本发明还提供一种热塑性聚氨酯纤维复合材料的应用，所述热塑性聚氨酯纤维复合材料作为风力发电机叶片保护膜进行应用。
根据ASTM D3884-2009（纺织织物耐磨性指南旋转平台双头法）对由本发明提供的制备方法制得的厚度为0.5mm的热塑性聚氨酯纤维复合材料进行测试，测试得到的力学性能数值分别为：邵氏硬度可达98以上，磨耗量低于44 mg/1000r。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说本发明通过在本身具有较高耐磨性的低熔点聚醚型聚氨酯薄膜内部嵌入具有三维网络纤维结构的高熔点无纺布，从而制得热塑性聚氨酯纤维复合材料，在受到外力条件下，利用嵌入在所述低熔点聚醚型聚氨酯薄膜内部的无纺布可有效地避免薄膜内部出现应力集中现象，降低了热塑性聚氨酯纤维复合材料受侵蚀速率。
进一步的，本发明提供的高熔点无纺布中各纤维交错排布、结合紧密，具有优异的透气性和透液性；使得低熔点聚醚型聚氨酯熔体会充分浸入在所述高熔点无纺布中，避免了无纺布基体与热塑性材料之间结合不紧密现象。因此，所述热塑性聚氨酯纤维复合材料在作为风力发电机叶片保护膜使用时，可显著降低风电叶片前缘因长期受风力的摩擦以及砂粒、雨水的冲击导致的磨蚀现象。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在温度为200℃条件下，采用螺杆挤出机将Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯材料加热熔融形成熔体，将所述熔体从所述挤出机中挤出并输出至熔体喷射模头，然后向所述熔体喷射模头型腔中通入热空气，使得所述熔体在负压作用下从所述熔体喷射模头型腔中喷出形成熔喷纤维，将制得的所述熔喷纤维经热轧成型处理从而制得厚度为0.1mm的Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布，然后将其平铺在模具型腔中并将所述模具型腔抽真空处理；
（2）将Vibrathane 602聚醚型聚氨酯材料加热到110℃，将MOCA聚氨酯耐磨橡胶硫化剂加热到120℃，并按照质量比为100：11的比例将两者混合并降温至110℃得到混合熔体，然后在真空条件下将所述混合熔体从所述Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布的一端流延到所述Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布的另一端的方式导入到所述模具型腔中，使得所述混合熔体浸入到所述Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布纤维网之间的空隙中，经模具定型处理后制得厚度为0.5mm的热塑性聚氨酯纤维复合材料。
由本实施例提供的热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法制得的聚丙烯连续纤维复合材料具体结构包括Vibrathane 602聚醚型聚氨酯薄膜层和嵌入到所述Vibrathane602聚醚型聚氨酯薄膜层内部的Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布。
由本发明制得的所述热塑性聚氨酯纤维复合材料作为风力发电机叶片保护膜。
根据ASTM D3884-2009（纺织织物耐磨性指南旋转平台双头法）对由本实施例制得的所述热塑性聚氨酯纤维复合材料进行测试，测试得到的邵氏硬度为99，磨耗量为41 mg/1000r。
实施例2
本实施例提供一种热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于：
所述步骤（1）还包括首先将所述Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯材料与碳纳米管相混合得到预混物料，然后采用熔喷法将所述预混物料熔喷成无纺布纤维中含有碳纳米管的复合型Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布。
由本实施例提供的热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法制得的聚丙烯连续纤维复合材料具体结构包括Vibrathane 602聚醚型聚氨酯薄膜层和嵌入到所述Vibrathane602聚醚型聚氨酯薄膜层内部的复合型Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布，其中在所述复合型Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布纤维中包裹有碳纳米管。
由本发明制得的所述热塑性聚氨酯纤维复合材料作为风力发电机叶片保护膜。
根据ASTM D3884-2009（纺织织物耐磨性指南旋转平台双头法）对由本实施例制得的所述热塑性聚氨酯纤维复合材料进行测试，测试得到的邵氏硬度为100，磨耗量为40 mg/1000r。
实施例3
本实施例提供一种热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于：
所述步骤（1）还包括首先将所述Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯材料与碳纳米管和碳纳米纤维相混合得到预混物料，然后采用熔喷法将所述预混物料熔喷成无纺布纤维中含有碳纳米管和碳纳米纤维的复合型Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布。
由本实施例提供的热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法制得的聚丙烯连续纤维复合材料具体结构包括Vibrathane 602聚醚型聚氨酯薄膜层和嵌入到所述Vibrathane602聚醚型聚氨酯薄膜层内部的复合型Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布，其中在所述复合型Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布纤维中包裹有碳纳米管和碳纳米纤维。
由本发明制得的所述热塑性聚氨酯纤维复合材料作为风力发电机叶片保护膜。
根据ASTM D3884-2009（纺织织物耐磨性指南旋转平台双头法）对由本实施例制得的所述热塑性聚氨酯纤维复合材料进行测试，测试得到的邵氏硬度为105，磨耗量为35 mg/1000r。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种热塑性聚氨酯纤维复合材料，其特征在于，它包括低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层和嵌入到所述低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层内部的高熔点无纺布；其中，所述高熔点无纺布为纯高熔点聚醚型聚氨酯无纺布或复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布。
2.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯纤维复合材料，其特征在于，所述高熔点无纺布厚度为0.05mm~0.5mm、所述热塑性聚氨酯纤维复合材料厚度为0.2mm~2mm。
3.根据权利要求1或2所述的热塑性聚氨酯纤维复合材料，其特征在于，所述复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布包括高熔点聚醚型聚氨酯纤维和分布于所述高熔点聚醚型聚氨酯纤维中的纳米材料。
4.根据权利要求3所述的热塑性聚氨酯纤维复合材料，其特征在于，所述纳米材料为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯纳米片、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米碳黑中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯纤维复合材料，其特征在于，所述高熔点无纺布为Elastollan 1185A聚醚型聚氨酯无纺布，所述低熔点聚醚型聚氨酯薄膜层为Vibrathane602聚醚型聚氨酯薄膜层。
6.一种热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供一种高熔点无纺布，将所述高熔点无纺布平铺在模具型腔中，并对所述模具型腔进行抽真空处理，其中，所述高熔点无纺布为纯高熔点聚醚型聚氨酯无纺布或复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布；
（2）先将低熔点聚醚型聚氨酯材料和聚氨酯橡胶硫化剂分别加热熔融，再均匀混合得到混合熔融体，且所述混合熔融体的温度低于所述高熔点无纺布的熔融温度，将所述混合熔融体导入所述模具型腔中进行定型处理制得热塑性聚氨酯纤维复合材料。
7.根据权利要求6所述的热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中提供一种所述复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布，该复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布的制备方法包括：首先将高熔点聚醚型聚氨酯材料与纳米材料相混合得到预混物料，然后采用熔喷法将所述预混物料熔喷成所述复合型高熔点聚醚型聚氨酯无纺布，其中，所述纳米材料为碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯纳米片、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米碳黑中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求6或7所述的热塑性聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）包括：首先将所述低熔点聚醚型聚氨酯材料和所述聚氨酯橡胶硫化剂分别加热熔融，再按照（80~100）：11的质量比将两者均匀混合得到所述混合熔融体，且所述混合熔融体的温度低于所述高熔点无纺布的熔融温度；然后将所述混合熔融体从所述高熔点无纺布的一端流延到所述高熔点无纺布的另一端的方式导入到所述模具型腔中，依次经过冷却固化、脱模处理，制得所述热塑性聚氨酯纤维复合材料。
9.一种热塑性聚氨酯纤维复合材料的应用，其特征在于，所述热塑性聚氨酯纤维复合材料作为风力发电机叶片保护膜进行应用。
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