CN107163552A - 一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热塑性聚氨酯弹性体改性方法,具体涉及一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,属于材料加工领域。所述方法包括将辅料热塑性聚氨酯弹性体加入主料热塑性聚氨酯弹性体中混合,采用二次造粒得热塑性聚氨酯弹性体,其中辅料热塑性聚氨酯弹性体的质量为主料热塑性聚氨酯弹性体的5%‑95%,辅料热塑性聚氨酯弹性体的分子量大于主料热塑性聚氨酯弹性体。本发明通过二次造粒,可以有效解决因为软硬段比例问题对热塑性聚氨酯弹性体性能提高的限制,在工艺简单的前提下提高热塑性聚氨酯弹性体的性能参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种热塑性聚氨酯弹性体改性方法,具体涉及一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,属于材料加工领域。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性(TPU)体作为一种典型的嵌段聚合物的一种,它的整根分子链分为两部分,一部分是由二元醇组成的软链段,另一部分则是由二异氰酸酯与扩链剂共同构成结构更为规整的硬段,不同原料或者相同原料之间的不同配比,都会造成软段和硬段的不同,继而对热塑性聚氨酯弹性体的结构和性能产生较大的影响。通常情况下,热塑性聚氨酯弹性体在通过配方和工艺的调整下以获得理想性能参数。在这个过程中主要通过调整软硬段分子量及软硬段含量比例,以调整原料的硬度、韧性等性能参数。但是软硬段含量比例对材料性能调节是有上限的,例如当硬段含量超过45%以上,再提高就对材料性能提升没有效果。也可以在热塑性聚氨酯弹性体中添加填料来提高性能参数,但是填料在提高弹性体一项性能的同时往往伴随着另一项性能的降低,如添加一定量的碳酸钙可以提高弹性体的硬度,但是弹性体的韧性却因碳酸钙的加入而降低。以上这些对热塑性聚氨酯弹性体性能的增强产生了限制。
发明内容
本发明的主要目的在于解决上述不足,通过一种热塑性聚氨酯弹性体二次混合造粒的方法,获得增强的热塑性弹性体。
为了达到上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,所述方法包括将辅料热塑性聚氨酯弹性体加入主料热塑性聚氨酯弹性体中混合,采用二次造粒得热塑性聚氨酯弹性体,其中辅料热塑性聚氨酯弹性体的质量为主料热塑性聚氨酯弹性体的5%-95%,辅料热塑性聚氨酯弹性体的分子量大于主料热塑性聚氨酯弹性体。
本发明在主料TPU中加入另一种辅料TPU,熔融共混二次造粒,因两种TPU的高度相容性,通过挤出设备的剪切力,彼此结合成一种物质,形成一种单相体系状态。传统而言,TPU分子结构基本是线性的,但是在此种状态共混结合的两种物质,两种TPU大分子链产生强烈的相互作用,分子链相互缠绕,形成一定的物理交联,产生的网络结构增强TPU性能,同时两种TPU的优势互补,进而得到更强的热塑性聚氨酯弹性体。
辅料热塑性聚氨酯弹性体的分子量大于主料热塑性聚氨酯弹性体,一般而言,TPU的分子量在一定程度内对力学性能有较大的影响,分子量增加,则TPU材料的拉伸强度、伸长率和硬度有所增加,在主料TPU中加入分子量大的辅料TPU,通过辅料TPU优异的力学性能来增强主料TPU,而且两者之间不仅仅是简单的物理混合,而是在挤出设备的剪切力下,分子链相互缠绕,形成性能明显大于主料和辅料的新型热塑性聚氨酯弹性体。
辅料热塑性聚氨酯弹性体的质量为主料热塑性聚氨酯弹性体的5%-95%,进一步优选,所述辅料热塑性聚氨酯弹性体的质量为主料热塑性聚氨酯弹性体的20%-80%。在这个范围内,热塑性聚氨酯弹性体的性能随着辅料含量的增加而增加,用户可以根据辅料TPU添加量的不同来调节TPU性能的不同提升。
在二次造粒过程中,除了添加辅料热塑性聚氨酯弹性体,还可以添加增强纤维来共混挤出造粒,增强纤维的添加量为总量的5-10%,这些增强纤维可以为碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种,增强纤维均匀穿插在主料TPU和辅料TPU形成的分子链网络结构中,可以在保证共混物原来的加工性能的基础上,大幅度提高共混物的物理力学性能。
进一步优选,碳纤维和聚酯纤维以质量比为1:(1-2)混合,加入热塑性聚氨酯弹性体中共混挤出造粒。
作为优选,主料热塑性聚氨酯弹性体和辅料热塑性聚氨酯弹性体在高速混合机中混合5-10min。两种TPU在加入挤出设备前需要混合均匀,有利于后续挤出造粒的均匀性。
作为优选,所述二次造粒在单螺杆挤出机进行。TPU材料对剪切力敏感,双螺杆挤出机的高剪切力会破坏TPU本身的物性。
作为优选,所述单螺杆挤出机长径比为16-25,压缩比为2-4。本发明选择的单螺杆挤出机产生的剪切力适合TPU的加工,在保证TPU混合均匀的前提下,又可以避免激烈的剪切而使得材料分解裂化从而降低制品力学物性。
作为优选,所述单螺杆挤出机转速为25-60r/min,温度为180-220℃。由于TPU对剪切敏感,转速太高转速易导致TPU分解,太低则因停留时间过长也导致分解,一般螺杆转速设定于25-60r/min范围。
作为优选,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180-195℃,二区为192-208℃,三区为200-220℃,四区为190-210℃,五区为185-200℃。
本发明通过添加大分子量的热塑性聚氨酯弹性体进行二次造粒,可以有效解决因为软硬段比例问题对热塑性聚氨酯弹性体性能提高的限制。在工艺简单的前提下提高热塑性聚氨酯弹性体的性能参数。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以2.5kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃。
实施例2
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以47.5kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃。
实施例3
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以12.5kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃
实施例4
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以40kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃
实施例5
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以40kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为26,压缩比为1的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃。
实施例6
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以40kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为70r/min,单螺杆挤出机具有3个加热区,一区温度为185℃,二区为195℃,三区为190℃。
实施例7
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以40kg的分子量为30000的辅料TPU,再加入7.2kg的碳纤维作为增强纤维,在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃。
实施例8
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以40kg的分子量为30000的辅料TPU,再加入3.6kg碳纤维和3.6kg聚酯纤维作为增强纤维,在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃。
实施例9
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以25kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合7min后,投入长径比为22,压缩比为3的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为40r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为190℃,二区为200℃,三区为205℃,四区为195℃,五区为185℃。
对比例1
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以40kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入双螺杆挤出机中熔融共混。
对比例2
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以2kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃。
对比例3
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以50kg的分子量为30000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃
对比例4
将50kg的分子量为25000的主料TPU,配以40kg的分子量为20000的辅料TPU,两者在高速混合机中混合5min后,投入长径比为20,压缩比为2的单螺杆挤出机中熔融共混,二次造粒,得增强TPU。单螺杆挤出机转速为30r/min,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180℃,二区为190℃,三区为195℃,四区为190℃,五区为185℃。
分子量为25000的主料TPU力学性能见表1
表1
分子量为20000的TPU力学性能见表2
表2
分子量为30000的TPU力学性能见表3
表3
对实施例1-9以及对比例1-3获得的新TPU进行力学性能测试,测试结果见表4。
表4
另外,本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案,同样都在本发明要求保护的范围内;同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中,在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,其特征在于,所述方法包括将辅料热塑性聚氨酯弹性体加入主料热塑性聚氨酯弹性体中混合,采用二次造粒得热塑性聚氨酯弹性体,其中辅料热塑性聚氨酯弹性体的质量为主料热塑性聚氨酯弹性体的5%-95%,辅料热塑性聚氨酯弹性体的分子量大于主料热塑性聚氨酯弹性体。
2.根据权利要求1所述的一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,其特征在于,所述混合的时间为5-10min。
3.根据权利要求1所述的一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,其特征在于,所述二次造粒在单螺杆挤出机进行。
4.根据权利要求3所述的一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,其特征在于,所述单螺杆挤出机长径比为16-25,压缩比为2-4。
5.根据权利要求3所述的一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,其特征在于,所述单螺杆挤出机转速为25-60r/min,温度为180-220℃。
6.根据权利要求5所述的一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法,其特征在于,单螺杆挤出机具有5个加热区,一区温度为180-195℃,二区为192-208℃,三区为200-220℃,四区为190-210℃,五区为185-200℃。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170915 |
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