CN107043450A - 一种微孔聚氨酯弹性体减震材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，以一种剪切增稠凝胶作为填料，微孔聚氨酯弹性体作为基体，通过添加一定的相容剂，制备成为一种高缓冲性能的减震防护材料，由于剪切增稠凝胶在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用，微孔聚氨酯弹性体作为结构基体，在受到作用时，微孔聚氨酯骨架结构起到一定的支撑作用，与填料同时作用起到减震缓冲的作用。

Description

一种微孔聚氨酯弹性体减震材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及减震材料领域，特别涉及一种微孔聚氨酯弹性体减震材料及其制备方法。
背景技术
微孔聚氨酯弹性体性能介于弹性体和泡沫之间，具有耐冲击性能、耐磨型、阻尼性能，但是存在有效阻尼温域太窄。吸能凝胶材料属于聚硅氧烷材料，硅氧烷材料突出的性能是使用温度范围广，但是力学性能较差。
现有较为成熟的技术，为英国的D3O产品，基体采用的是聚氨酯，使用温度范围为-10℃～+80℃，用于人体防护，不能使用于温度较高的环境，如发动机、长期振动生热部位。
因此，制备一种既具有较好阻尼减震性能，又具有较高使用温度范围的材料十分有必要。
发明内容
基于此，有必要提供一种使用温度范围广，减震吸能能力强的微孔聚氨酯弹性体减震材料及其制备方法。
一种微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，包括以下步骤：
合成微孔聚氨酯弹性体预聚体；
将剪切增稠凝胶、相容剂及所述微孔聚氨酯弹性体预聚体混合后得到混合物；
将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料。
在一些实施例中，合成微孔聚氨酯弹性体预聚体，包括下述步骤：
将聚酯多元醇及聚四氢呋喃醚二醇混合后于110～120℃真空脱水，再与MDI混合反应，于60～120℃反应，得到所述微孔聚氨酯弹性体预聚体。
在一些实施例中，所述聚酯多元醇与聚四氢呋喃醚二醇质量比为1:4～4:1，所述多元醇与所述微孔聚氨酯弹性体预聚体中异氰酸根含量在2％～10％之间。
在一些实施例中，在将剪切增稠凝胶、相容剂及所述微孔聚氨酯弹性体预聚体混合后得到混合物的步骤中，所述相容剂与所述剪切增稠凝胶的质量比值在0.1％～10％，所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量为所述混合物的5％～40％。
在一些实施例中，所述相容剂为聚二甲基硅氧烷-聚乙二醇、聚缩水甘油酯、二乙烯基四甲基二硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅氧烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基-三甲氧基硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-三甲氧基硅烷中的至少一种。
在一些实施例中，在将所述混合物与发泡剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，所述发泡剂为水、二氟氯烯烃类、烃类中至少一种，所述发泡剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1％～5％。
在一些实施例中，在将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，所述扩链剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷、三甲氧苄氨嘧啶、乙二胺、己二胺、甲苯二胺、三甲基乙二胺、3，5-二甲硫基甲苯二胺1,4-丁二醇、三乙二醇、乙二醇、己二醇、一缩二乙二醇、二乙醇胺中至少一种，所述扩链剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.5％～10％。
在一些实施例中，在将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)叔胺、四甲基乙二胺、N,N-二甲基环己胺、N-乙基吗啉、三乙醇胺中至少一种，所述催化剂质量为用量为微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1％～5％。
在一些实施例中，在将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，所述泡沫稳定剂为有机硅类泡沫稳定剂，所述泡沫稳定剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1～5％。
另外，本申请还提供了一种采用所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法制备得到的微孔聚氨酯弹性体减震材料。
本申请提供的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，以一种剪切增稠凝胶作为填料，微孔聚氨酯弹性体作为基体，通过添加一定的相容剂，制备成为一种高缓冲性能的减震防护材料，由于剪切增稠凝胶在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用，微孔聚氨酯弹性体作为结构基体，在受到作用时，微孔聚氨酯骨架结构起到一定的支撑作用，与填料同时作用起到减震缓冲的作用。
附图说明
图1为本发明一实施方式的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示，一实施方式的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S110：合成微孔聚氨酯弹性体预聚体；
在本实施例中，合成微孔聚氨酯弹性体预聚体，包括下述步骤：
将聚酯多元醇及聚四氢呋喃醚二醇混合后于110～120℃真空脱水，再与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI；Diphenyl-methane-diisocyanate)混合反应，于60～120℃反应，得到所述微孔聚氨酯弹性体预聚体。
优选地，所述聚酯多元醇与聚四氢呋喃醚二醇质量比为1:4～4:1，所述多元醇与所述微孔聚氨酯弹性体预聚体中异氰酸根含量在2％～10％之间。
步骤S120：将剪切增稠凝胶、相容剂及所述微孔聚氨酯弹性体预聚体混合后得到混合物；
优选地，所述相容剂与所述剪切增稠凝胶的质量比值在0.1％～10％，所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量为所述混合物的5％～40％。
进一步地，所述相容剂为聚二甲基硅氧烷-聚乙二醇、聚缩水甘油酯、二乙烯基四甲基二硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅氧烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基-三甲氧基硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-三甲氧基硅烷中的至少一种。
步骤S130：将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料。
在本实施例中，所述发泡剂为水、二氟氯烯烃类、烃类中至少一种，所述发泡剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1％～5％。
在本实施例中，所述扩链剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷、三甲氧苄氨嘧啶、乙二胺、己二胺、甲苯二胺、三甲基乙二胺、3，5-二甲硫基甲苯二胺1,4-丁二醇、三乙二醇、乙二醇、己二醇、一缩二乙二醇、二乙醇胺中至少一种，所述扩链剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.5％～10％。
在本实施例中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)叔胺、四甲基乙二胺、N,N-二甲基环己胺、N-乙基吗啉、三乙醇胺中至少一种，所述催化剂质量为用量为微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1％～5％。
在本实施例中，所述泡沫稳定剂为有机硅类泡沫稳定剂，所述泡沫稳定剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1～5％。
进一步地，在将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，其中，所述混合物与发泡剂、扩链剂、泡沫稳定剂形成的混合物中还添加有阻燃剂，所述阻燃剂为三磷酸酯、二磷酸酯、四亚乙基二磷酸酯、甲基膦酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三苯酯等，所述阻燃剂占微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1％-15％。
本申请提供的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，以一种剪切增稠凝胶作为填料，微孔聚氨酯弹性体作为基体，通过添加一定的相容剂，制备成为一种高缓冲性能的减震防护材料，由于剪切增稠凝胶在受到冲击作用时状态会自发地从柔软转变成为坚硬，该过程中吸收能量，从而有效地起到防护作用，微孔聚氨酯弹性体作为结构基体，在受到作用时，微孔聚氨酯骨架结构起到一定的支撑作用，与填料同时作用起到减震缓冲的作用。
以下将结合具体实施例，进一步对本发明实施方式的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法进行说明。
实施例1
质量比为1:4的聚酯多元醇同聚四氢呋喃醚二醇混合均匀120℃真空脱水1h，加入计量的MDI，继续搅拌，90℃反应2h,合成微孔聚氨酯弹性体预聚体，将剪切增稠凝胶与聚二甲基硅氧烷-聚乙二醇混炼均匀，加入微孔聚氨酯弹性体预聚体中搅拌混合均匀，然后与水，三亚乙基二胺、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷，有机硅类泡沫稳定剂及其他助剂(如抗氧剂245、紫外线吸收剂UV-、三磷酸酯)混合均匀；倒入模具中发泡，模具温度60℃，保压时间10min,取出片材70℃硫化24h得到微孔聚氨酯弹性体减震材料。
实施例2
质量比为2:1的聚醚多元醇同聚四氢呋喃醚二醇混合均匀110℃真空脱水3h,加入计量的MDI，继续搅拌，90℃反应2h,合成微孔聚氨酯弹性体预聚体，将剪切增稠凝胶与二乙烯基四甲基二硅氧烷混炼均匀，加入微孔聚氨酯弹性体预聚体中搅拌混合均匀，然后与辛酸亚锡、烃类，乙二胺，有机硅类泡沫稳定剂，其他助剂(如抗氧剂1010、紫外线吸收剂UV-2、二磷酸酯)混合均匀；倒入模具中发泡，模具温度70℃，保压时间15min，取出片材75℃硫化20h得到微孔聚氨酯弹性体减震材料。
实施例3
质量比为3:1的聚醚多元醇同聚四氢呋喃醚二醇混合均匀115℃真空脱水3h,加入计量的MDI，继续搅拌，100℃反应2h,合成微孔聚氨酯弹性体预聚体，将剪切增稠凝胶与聚缩水甘油酯混炼均匀，加入微孔聚氨酯弹性体预聚体中搅拌混合均匀，然后与二月桂酸二丁基锡、二氟氯烯烃类，三甲氧苄氨嘧啶，有机硅类泡沫稳定剂，其他助剂(如抗氧剂1010、紫外线吸收剂UV-2、二磷酸酯)混合均匀；倒入模具中发泡，模具温度60℃，保压时间10min，取出片材75℃硫化20h得到微孔聚氨酯弹性体减震材料。
实施例4
质量比为4:1的聚醚多元醇同聚四氢呋喃醚二醇混合均匀120℃真空脱水3h,加入计量的MDI，继续搅拌，120℃反应2h,合成微孔聚氨酯弹性体预聚体，将剪切增稠凝胶与二乙烯基四甲基二硅氧烷混炼均匀，加入微孔聚氨酯弹性体预聚体中搅拌混合均匀，然后与N,N-二甲基环己胺、二氟氯烯烃类，乙二胺，有机硅类泡沫稳定剂，其他助剂(如抗氧剂245、紫外线吸收剂UV-1、二磷酸酯)混合均匀；倒入模具中发泡，模具温度60℃，保压时间10min，取出片材75℃硫化20h得到微孔聚氨酯弹性体减震材料。
实施例5
质量比为2:1的聚醚多元醇同聚四氢呋喃醚二醇混合均匀110℃真空脱水3h，加入计量的MDI，继续搅拌，80℃反应2h,合成微孔聚氨酯弹性体预聚体，将剪切增稠凝胶与乙烯基三乙氧基硅氧烷混炼均匀，加入微孔聚氨酯弹性体预聚体中搅拌混合均匀，然后与N-乙基吗啉、二氟氯烯烃类，甲苯二胺，有机硅类泡沫稳定剂，其他助剂(如抗氧剂245、紫外线吸收剂UV-1、二磷酸酯)混合均匀；倒入模具中发泡，模具温度60℃，保压时间10min，取出片材70℃硫化20h得到微孔聚氨酯弹性体减震材料。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
合成微孔聚氨酯弹性体预聚体；
将剪切增稠凝胶、相容剂及所述微孔聚氨酯弹性体预聚体混合后得到混合物；
将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料。
2.如权利要求1所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，合成微孔聚氨酯弹性体预聚体，包括下述步骤：
将聚酯多元醇及聚四氢呋喃醚二醇混合后于110～120℃真空脱水，再与MDI混合反应，于60～120℃反应，得到所述微孔聚氨酯弹性体预聚体。
3.如权利要求2所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，所述聚酯多元醇与聚四氢呋喃醚二醇质量比为1:4～4:1，所述多元醇与所述微孔聚氨酯弹性体预聚体中异氰酸根含量在2％～10％之间。
4.如权利要求1所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，在将剪切增稠凝胶、相容剂及所述微孔聚氨酯弹性体预聚体混合后得到混合物的步骤中，所述相容剂与所述剪切增稠凝胶的质量比值在0.1％～10％，所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量为所述混合物的5％～40％。
5.如权利要求4所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，所述相容剂为聚二甲基硅氧烷-聚乙二醇、聚缩水甘油酯、二乙烯基四甲基二硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅氧烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基-三甲氧基硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-三甲氧基硅烷中的至少一种。
6.如权利要求1所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，在将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，所述发泡剂为水、二氟氯烯烃类、烃类中至少一种，所述发泡剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1％～5％。
7.如权利要求1所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，在将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，所述扩链剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷、三甲氧苄氨嘧啶、乙二胺、己二胺、甲苯二胺、三甲基乙二胺、3，5-二甲硫基甲苯二胺1,4-丁二醇、三乙二醇、乙二醇、己二醇、一缩二乙二醇、二乙醇胺中至少一种，所述扩链剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.5％～10％。
8.如权利要求1所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，在将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)叔胺、四甲基乙二胺、N,N-二甲基环己胺、N-乙基吗啉、三乙醇胺中至少一种，所述催化剂质量为用量为微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1％～5％。
9.如权利要求1所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法，其特征在于，在将所述混合物与发泡剂、催化剂、扩链剂、泡沫稳定剂混合后进行发泡、硫化得到微孔聚氨酯弹性体减震材料的步骤中，所述泡沫稳定剂为有机硅类泡沫稳定剂，所述泡沫稳定剂为所述微孔聚氨酯弹性体预聚体质量的0.1～5％。
10.一种采用如权利要求1-9中任一项所述的微孔聚氨酯弹性体减震材料的制备方法制备得到的微孔聚氨酯弹性体减震材料。
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