CN107722599A - 一种tpu/ep形状记忆复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TPU/EP形状记忆复合材料的制备方法。按照TPU和EP的质量比为1:0.25~0.75称取原料，一起加入反应容器中，加入DMF进行溶解，对反应容器进行密封，在70~90℃加热搅拌，待TPU和EP溶解完全后，加入DDS固化剂，继续搅拌溶解，制得反应混合液；倒入在50~70℃下预热的模具中，放入真空干燥箱中抽真空10~20min，然后加热固化，设定加热固化反应程序为：140℃下2小时，160℃下2小时，180℃下2小时；固化完成后自然冷却至室温进行脱模，即制得TPU/EP形状记忆复合材料；DDS固化剂的用量满足以下要求：每使用1g EP，加入0.27g DDS固化剂。本发明方法操作非常简单，易于大规模推广应用，且实现了形状记忆材料开关温度的可控，具有广阔的应用前景。

Description

一种TPU/EP形状记忆复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种TPU/EP形状记忆复合材料的制备方法。
背景技术
在众多SMP中，环氧树脂基SMP的研究始于20世纪90年代末，其具有优异的形状回复性能，较强的环境适应性和良好的强度，在研究中人们还发现，其拉伸强度、储存模量以及玻璃化转变温度能够在很大范围内进行调节，是非常值得深入研究的高性能形状记忆聚合物材料体系，这为环氧树脂的应用拓宽了渠道。虽然环氧树脂具有收缩率小、耐腐蚀、热稳定性优异、高强度、粘结性能好等较为优异的综合性能，但其脆性问题限制了它的应用。聚氨酯分子链中含有强极性的氨基甲酸酯基团（—NH—COO—），使其具有耐磨、耐腐蚀、耐高温等特点，聚氨酯分子链与环氧树脂具有一定的相容性，因此许多研究都是针对这两种材料的复配展开，比如通过聚氨酯增韧改性环氧树脂是提升环氧树脂性能的一种有效途径，还有利用环氧树脂增强聚氨酯等。聚氨酯跟环氧树脂的复配方法主要有物理共混、化学改性、构建互穿网络。
研究人员已成功将聚氨酯引入环氧树脂中，二者之间存在正协同效应、强迫互容、优势互补等特性，可保证各组分充分发挥各自的优势性能。目前聚氨酯/环氧树脂复合材料的研究主要集中在耐热性能、胶粘性能、拉伸强度和韧性等方面，对形状记忆性能研究相对少，并且绝大部分聚氨酯/环氧树脂复合材料的制备主要是先合成聚氨酯预聚体，然后再与环氧树脂进行改性固化等反应，制备工艺较为繁琐。
本发明以市售环氧树脂（EP）和热塑性聚氨酯（TPU）为主要原料，通过简单的溶液共混方法使TPU和EP实现互容，再通过固化反应制得具有温度开关可控的TPU/EP形状记忆复合材料，为后续进一步开展利用共混挤出成型工艺纺丝（如：体温响应丝等）奠定研究基础。本思路未见文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种TPU/EP形状记忆复合材料的制备方法。
具体步骤为：
(1)按照TPU和EP的质量比为1:0.25~0.75称取原料。
(2)将步骤(1)称取的TPU和EP一起加入反应容器中，加入DMF进行溶解，并加入磁子，对反应容器进行密封处理，然后将密封后的反应容器放到电热套中恒温70~90℃加热搅拌，待TPU和EP溶解完全后，加入DDS固化剂，继续搅拌，直至DDS固化剂完全溶解，制得反应混合液。
(3)将步骤(2)制得的反应混合液倒入在50~70℃下预热的模具中，并放入真空干燥箱中用真空泵抽真空10~20min，然后放入烘箱中进行加热固化反应，设定的加热固化反应程序为：140℃下2小时，160℃下2小时，180℃下2小时；固化完成后自然冷却至室温进行脱模，即制得TPU/EP形状记忆复合材料。
所述DDS固化剂的用量满足以下要求：每使用1g EP，加入0.27g DDS固化剂。
本发明方法操作非常简单，尤其是省略了传统工艺中先合成聚氨酯预聚体的步骤，易于大规模推广应用，且充分利用了TPU和EP性能上的优势互补和正协同效应，EP的加入使制得的TPU/EP形状记忆复合材料的拉伸强度和热稳定性都有提升，且形状记忆性能优异，特别是玻璃化转变温度范围为7.6~54.1℃，实现了形状记忆材料开关温度的可控，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的U-E25的SEM照片。从照片中能够看出，EP含量较少，分布在TPU中，形成以TPU为海相的“海-岛结构”，增强了复合材料的韧性。
图2是本发明实施例5制得的U-E75的SEM照片。从照片中能够看出，EP已经不是一个个孤立的“海岛”，EP和TPU形成了“双连续结构”，增强了复合材料的拉伸强度。
图3是本发明实施例3制备的U-E50的二次拉伸循环记忆过程示意图。从图中可以看到，所制备的TPU/EP复合材料的形状记忆性能较为优异，且形状记忆的循环稳定性好。
具体实施方式
实施例1：
(1)按照TPU和E-44环氧的质量比为1:0.25称取原料。
(2)将步骤(1)称取的TPU和E-44环氧一起加入反应容器中，加入DMF进行溶解，并加入磁子，对反应容器进行密封处理，然后将密封后的反应容器放到电热套中恒温80℃加热搅拌，待TPU和E-44环氧溶解完全后，加入DDS固化剂，继续搅拌，直至DDS固化剂完全溶解，制得反应混合液。
(3)将步骤(2)制得的反应混合液倒入于60℃下预热的模具中，并放入真空干燥箱中抽真空15min，然后放入烘箱中进行加热固化反应，设定加热固化反应程序为：140℃下2小时，160℃下2小时，180℃下2小时；固化完成后自然冷却至室温进行脱模，即制得TPU/EP形状记忆复合材料，标记为U-E25。
所述DDS固化剂的用量满足以下要求：每使用1g E-44环氧，加入0.27g DDS固化剂。
将本实施例制得的TPU/EP形状记忆复合材料进行性能测试，其断裂伸长率为150.7%，拉伸强度为2.9MPa；二次拉伸循环后的形状固定率为98.35%，形状回复率为98.33%；5%热失重温度为317℃，50%热失重温度为419℃，玻璃化转变温度为7.6℃，综合性能较为优异。
实施例2：
(1)按照TPU和E-44环氧的质量比为1:0.375称取原料。
(2)将步骤(1)称取的TPU和E-44环氧一起加入反应容器中，加入DMF进行溶解，并加入磁子，对反应容器进行密封处理，然后将密封后的反应容器放到电热套中恒温80℃加热搅拌，待TPU和E-44环氧溶解完全后，加入DDS固化剂，继续搅拌，直至DDS固化剂完全溶解，制得反应混合液。
(3)将步骤(2)制得的反应混合液倒入在60℃下预热的模具中，并放入真空干燥箱中用真空泵抽真空15min，然后放入烘箱中进行加热固化反应，设定的加热固化反应程序为：140℃下2小时，160℃下2小时，180℃下2小时；固化完成后自然冷却至室温进行脱模，即制得TPU/EP形状记忆复合材料，标记为U-E37.5。
所述DDS固化剂的用量满足以下要求：每使用1g E-44环氧，加入0.27g DDS固化剂。
将本实施例制得的TPU/EP形状记忆复合材料进行性能测试，其断裂伸长率为127.7%，拉伸强度为4.8MPa；二次拉伸循环后的形状固定率为98.67%，形状回复率为98.06%；5%热失重温度为321℃，50%热失重温度为416℃，玻璃化转变温度为23.8℃，综合性能较为优异。
实施例3：
(1)按照TPU和E-44环氧的质量比为1:0.5称取原料。
(2)将步骤(1)称取的TPU和E-44环氧一起加入反应容器中，加入DMF进行溶解，并加入磁子，对反应容器进行密封处理，然后将密封后的反应容器放到电热套中恒温80℃加热搅拌，待TPU和E-44环氧溶解完全后，加入DDS固化剂，继续搅拌，直至DDS固化剂完全溶解，制得反应混合液。
(3)将步骤(2)制得的反应混合液倒入在60℃下预热的模具中，并放入真空干燥箱中用真空泵抽真空15min，然后放入烘箱中进行加热固化反应，设定的加热固化反应程序为：140℃下2小时，160℃下2小时，180℃下2小时；固化完成后自然冷却至室温进行脱模，即制得TPU/EP形状记忆复合材料，标记为U-E50。
所述DDS固化剂的用量满足以下要求：每使用1g E-44环氧，加入0.27g DDS固化剂。
将本实施例制得的TPU/EP形状记忆复合材料进行性能测试，其断裂伸长率为124.3%，拉伸强度为6.5MPa；二次拉伸循环后的形状固定率为98.35%，形状回复率为99.70%；5%热失重温度为318℃，50%热失重温度为413℃，玻璃化转变温度为34.7℃，综合性能较为优异。
实施例4：
(1)按照TPU和E-44环氧的质量比为1:0.625称取原料。
(2)将步骤(1)称取的TPU和E-44环氧一起加入反应容器中，加入DMF进行溶解，并加入磁子，对反应容器进行密封处理，然后将密封后的反应容器放到电热套中恒温80℃加热搅拌，待TPU和E-44环氧溶解完全后，加入DDS固化剂，继续搅拌，直至DDS固化剂完全溶解，制得反应混合液。
(3)将步骤(2)制得的反应混合液倒入在60℃下预热的模具中，并放入真空干燥箱中用真空泵抽真空15min，然后放入烘箱中进行加热固化反应，设定的加热固化反应程序为：140℃下2小时，160℃下2小时，180℃下2小时；固化完成后自然冷却至室温进行脱模，即制得TPU/EP形状记忆复合材料，标记为U-E62.5。
所述DDS固化剂的用量满足以下要求：每使用1g E-44环氧，加入0.27g DDS固化剂。
将本实施例制得的TPU/EP形状记忆复合材料进行性能测试，其断裂伸长率为104.7%，拉伸强度为7.2MPa；二次拉伸循环后的形状固定率为98.74%，形状回复率为99.07%；5%热失重温度为328℃，50%热失重温度为418℃，玻璃化转变温度为47.8℃，综合性能较为优异。
实施例5：
(1)按照TPU和E-44环氧的质量比为1:0.75称取原料。
(2)将步骤(1)称取的TPU和E-44环氧一起加入反应容器中，加入DMF进行溶解，并加入磁子，对反应容器进行密封处理，然后将密封后的反应容器放到电热套中恒温80℃加热搅拌，待TPU和E-44环氧溶解完全后，加入DDS固化剂，继续搅拌，直至DDS固化剂完全溶解，制得反应混合液。
(3)将步骤(2)制得的反应混合液倒入在60℃下预热的模具中，并放入真空干燥箱中用真空泵抽真空15min，然后放入烘箱中进行加热固化反应，设定的加热固化反应程序为：140℃下2小时，160℃下2小时，180℃下2小时；固化完成后自然冷却至室温进行脱模，即制得TPU/EP形状记忆复合材料，标记为U-E75。
所述DDS固化剂的用量满足以下要求：每使用1g E-44环氧，加入0.27g DDS固化剂。
将本实施例制得的TPU/EP形状记忆复合材料进行性能测试，其断裂伸长率为105.1%，拉伸强度为10.6MPa；二次拉伸循环后的形状固定率为97.97%，形状回复率为99.93%；5%热失重温度为323℃，50%热失重温度为415℃，玻璃化转变温度为54.1℃，综合性能较为优异。

Claims (1)

1.一种TPU/EP形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)按照TPU和EP的质量比为1:0.25~0.75称取原料；
(2)将步骤(1)称取的TPU和EP一起加入反应容器中，加入DMF进行溶解，并加入磁子，对反应容器进行密封处理，然后将密封后的反应容器放到电热套中恒温70~90℃加热搅拌，待TPU和EP溶解完全后，加入DDS固化剂，继续搅拌，直至DDS固化剂完全溶解，制得反应混合液；
(3)将步骤(2)制得的反应混合液倒入于50~70℃下预热的模具中，并放入真空干燥箱中抽真空10~20min，然后放入烘箱中进行加热固化反应，设定加热固化反应程序为：140℃下2小时，160℃下2小时，180℃下2小时；固化完成后自然冷却至室温进行脱模，即制得TPU/EP形状记忆复合材料；
所述DDS固化剂的用量满足以下要求：每使用1g EP，加入0.27g DDS固化剂。
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