CN107936215A - 一种pu海绵材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PU海绵材料及其制备方法，所述PU海绵材料由以下重量份的组分组成：聚醚多元醇为50‑60份，聚酯多元醇为45‑55份，二异氰酸酯100‑130份，金属纤维5‑8份，催化剂为4‑7份，交联剂为10‑14份，发泡剂10‑13份。本发明提供的一种PU海绵材料及其制备方法，通过改变现有海绵材料的配方和制备工艺，得到一种具有低拉伸强度、高伸长率的PU海绵材料，其拉伸强度仅为0.25‑0.35 kg/cm²，伸长率达到61‑78%，满足了固定环对海绵层的特殊要求，克服了传统海绵材料拉伸强度较高、伸长率较低、拉伸性能差、不适应作为固定环用海绵层的问题。

Description

一种PU海绵材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及海绵材料领域，特别涉及一种PU海绵材料及其制备方法。

背景技术

牵引是利用外加的牵引力和对抗牵引力的作用，对肢体或者躯干进行牵拉，以达到治疗和辅助治疗的目的。牵引既有复位又有固定作用，在骨科应用广泛，是一种简便有效的治疗方法，尤其是对于不宜手术的病人，也可以通过牵引达到治疗目的。各种骨牵引术是通过固定在特定部位的骨针、牵引弓、绳索、牵引架以及牵引砝码等器具对骨折、脱位进行缓慢的复位，它既是一种复位的方法，也可起到良好的固定作用。骨牵引必须根据骨折部位、年龄、骨折类型的不同调整牵引方向、重量。

当颈椎因内外原因造成损伤或慢性病变时，导致颈椎不稳定或者移位时，一般用颅骨牵引装置使颈椎固定及复位。然而传统的颅骨牵引装置结构相对较简单，其一般只有一个牵引弓，一个牵引弓只有两个固定点，导致其牵引力量有限，牵引效果较差，而且，牵引弓在长时间牵引过程中易弯曲变形，导致患者会承受额外的痛苦，牵引效果治疗差，颈椎的固定及复位较困难，治疗时间被延长，同时，变形后的牵引弓无法通过一般方法恢复至原状，因而一般归类于报废物，这显然对牵引弓造成了浪费，而且，颅骨牵引装置属于较贵的医疗器械，过早报废颅骨牵引装置无疑会增加医疗成本。

同时，由于颅骨牵引装置会长时间戴在患者的头部，而头部易出汗出油而滋生细菌，进而容易对头部伤口造成感染，传统的颅骨牵引装置的固定环并不透气，在解决该问题时，一般是将颅骨牵引装置取下后再对头部进行清洗，以防止细菌滋生，显然，在牵引过程中拆下和安装颅骨牵引装置不仅麻烦，而且会严重降低牵引效果，对患者带来更大身体上的痛苦。

在固定环的内壁设置缓冲层是本发明另一个专利申请的改进设计，由于颅骨牵引装置主要以金属制零部件构成，其刚性较大，例如固定环，患者佩戴后，体验感和舒适感很差，特别是当颅骨牵引装置与患者头部匹配度较差时，患者会因此而承受较大痛苦，不利于对患者进行牵引治疗，为解决该问题，在本申请人的另一个专利申请中，固定环的内壁粘接一圈海绵层，以海绵层作为固定环与头部之间的缓冲层，其不仅可以解决固定环刚性挤压头部的技术问题，还可以通过海绵层来浸润头部，使清洗效果更佳，利于牵引过程中的排汗除油，有效防止细菌滋生。然而，由于申请人的固定环的直径可变，设置海绵层后，由于海绵层的拉伸性能较差，其不利于固定环的扩径操作，进而出现了应用矛盾，而换作其他技术手段来解决该矛盾时，其又达不到使用海绵所带来的技术效果，因此，如果能够改善海绵的拉伸性能，这可以很好克服海绵层在应用上的缺陷。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种PU海绵材料及其制备方法，通过改变现有海绵材料的配方和制备工艺，得到一种具有低拉伸强度、高伸长率的PU海绵材料，进而满足固定环对海绵层的特殊要求，由此克服传统海绵材料拉伸强度较高、伸长率较低、拉伸性能差的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种PU海绵材料，其特征在于，所述PU海绵材料由以下重量份的组分组成：聚醚多元醇为50-60份，聚酯多元醇为45-55份，二异氰酸酯100-130份，金属纤维5-8份，催化剂为4-7份，交联剂为10-14份，发泡剂10-13份。

进一步，金属纤维的单丝直径在10-20μm之间，并且包含两种不同长度规格的金属纤维单丝，其中一种规格的金属纤维的单丝长径比为（40-50）：1，另一种规格的金属纤维的单丝长径比为（4-5）：1，较长规格的金属纤维的使用量是较短规格的金属纤维的使用量的25-30倍。

进一步，聚醚多元醇由多羟基醇与环氧丙烷反应制得，其中多羟基醇为丙氧基化甘油多元醇，制得的聚醚多元醇分子质量为2000-2500，所述聚酯多元醇由对苯二甲酸与甘油缩合而成。

进一步，所述发泡剂为环戊烷，所述交联剂为工业用蓖麻油。

进一步，PU海绵材料中还可加入抗氧化剂，抗氧化剂的加入量为总重量份的1-3份。

进一步，PU海绵材料中还可加入硬脂酸锌，硬脂酸锌的加入量为总重量份的1-3份。

进一步，PU海绵材料中还可加入硅烷偶联剂和分散剂，硅烷偶联剂和分散剂的加入量分别为总重量份的1-3份和0.5-1份。

本发明还提供一种PU海绵材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将金属纤维、二异氰酸酯和助剂按比例加入搅拌器中，搅拌混合均匀，搅拌速度控制在400rad/min，搅拌时间控制在3-5min，得到混合物，加热混合物至40℃，待用；

步骤2、将聚醚多元醇和聚酯多元醇按设计比例复配，然后加入催化剂、交联剂和发泡剂，在常温下搅拌均匀，搅拌速度控制在400rad/min，搅拌时间控制在5-8min，搅拌均匀后，加入计量好的混合物后进行快速搅拌，搅拌速度为2800rad/min，搅拌时间控制在1-3min内，搅拌完成后，将混合物液体注入反应器中；

步骤3、预先将反应器预热至45-60℃，混合物液体注入后，密封反应器，等待发泡熟化；

步骤4、待发泡熟化完毕后，等待20min即得。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提供的一种PU海绵材料及其制备方法，通过改变现有海绵材料的配方和制备工艺，得到一种具有低拉伸强度、高伸长率的PU海绵材料，其拉伸强度仅为0.25-0.35 kg/cm²，伸长率达到61-78%，满足了固定环对海绵层的特殊要求，克服了传统海绵材料拉伸强度较高、伸长率较低、拉伸性能差、不适应作为固定环用海绵层的问题。

附图说明

图1是本发明的颅骨牵引装置的三维结构示意图；

图2是本发明的刚性块部分剖视结构示意图；

图3是本发明的连接中心部主视结构示意图；

图4是本发明的连接中心部剖视结构示意图。

图中标记：1为固定环，2为刚性块，201为透气孔，3为弹性块，4为定位套管，5为牵引螺钉，6为推压部，7为牵引针头，8为牵引弓，9为连接中心部，901为连接壳体，902为螺杆，903为连接盖，904为套筒，905为凸台，10为扣环，11为海绵层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图4所示，一种颅骨牵引装置，包括环状结构的固定环1，固定环1包括刚性块2和能够拉伸的弹性块3，刚性块2与弹性块3交错设置并固定连接形成固定环1，也即是说，固定环1所围成的环形圈的直径可以通过拉伸弹性块3来调整得到合适的尺寸。刚性块2的中部设置有定位套管4，定位套管4垂直并固定安装在刚性块2朝固定环1外的侧壁上，定位套管4内配合安装有牵引螺钉5，牵引螺钉5远离定位套管4的一端固定连接推压部6，牵引螺钉5的另一端穿过定位套管4和刚性块2并形成牵引针头7，牵引螺钉5能够在定位套管4和刚性块2之间沿牵引螺钉5的轴线方向移动，牵引螺钉5可以与定位套管4形成螺纹配合，进而通过转动推压部6实现牵引针头7在固定环1内的旋进和旋出操作。

为了更好地固定住固定环1，防止固定环1在头部上发生滑动，刚性块2的上部固定连接有呈弓形状的牵引弓8，牵引弓8的两端均固定连接在刚性块2上，且牵引弓8横跨整个固定环1，即牵引弓8的跨度尺寸不小于固定环1的环形圈直径尺寸。固定环1的上部设置多根牵引弓8，多根牵引弓8相交的中心设置连接中心部9，多根牵引弓8通过连接中心部9实现彼此之间角度的固定，连接中心部9上设置有扣环10，以用于连接绳索，便于放置牵引砝码。

进一步地，为了使连接中心部9更好地固定牵引弓8彼此之间的角度，连接中心部9包括具有中空结构的连接壳体901，连接壳体901的侧壁设有穿孔（图中未标出），以便于牵引弓8穿过，通过穿孔来限制牵引弓8的偏移，进而达到固定牵引弓8彼此之间的角度的技术效果，便于颅骨牵引装置更好地实现牵引作用。进一步地，为了使牵引弓8在安装过程中不会发生偏移和晃动，以使颅骨牵引装置更顺利和更稳定地安装在患者的头部，在连接壳体901内，连接壳体901的底部垂直并固定连接有螺杆902，螺杆902上设置有外螺纹，连接壳体901的上端面敞开并通过连接盖903封口，连接盖903的上部设置扣环10，连接盖903朝连接壳体901的内壁中部垂直固定并连接有套筒904，套筒904具有中空结构，套筒904的内壁设置有内螺纹，螺杆902穿过牵引弓8与套筒904螺纹配合，进而通过套筒904压紧牵引弓8。更进一步地，为了提高套筒904的压紧效果，螺杆902的底部向外扩径形成凸台905，通过凸台905的限位和套筒904的挤压使牵引弓8牢固的被固定在连接壳体901内。

进一步地，考虑到颅骨牵引装置会长时间戴在患者的头部，本发明在刚性块2上设置有多个透气孔201，如图2所示，透气孔201均布在刚性块2上，透气孔201的设置一方面可以解决固定环1处不透气、易出汗出油的问题，另一方面可以通过透气孔201向固定环1处滴加消毒液，进而达到消毒清洗的目的，避免了在牵引过程中拆下颅骨牵引装置的麻烦，保证了牵引效果。

作为一种改进的实施方式，由于颅骨牵引装置主要以金属制零部件构成，其刚性较大，患者佩戴后，体验感和舒适感很差，特别是当颅骨牵引装置与患者头部匹配度较差时，患者会因此而承受较大痛苦，不利于对患者进行牵引治疗，为解决该问题，固定环1的内壁粘接一圈海绵层11，海绵层11可以沿固定环1的内壁形成一个环形圈结构，其也可以只在刚性块2上存在，进而形成段节状。在本发明中，由于固定环1的环形圈直径可变，而海绵材料本身的拉伸性能较差，因此，可以将海绵层11只设置在刚性块2的内壁上，弹性块3的内壁不设置，由此克服海绵材料拉伸性能差的问题。通过设置海绵层11可以缓冲颅骨牵引装置的刚度，增加固定环1的柔软性，使其与患者的头部接触时，提高患者的体验感和舒适感，同时可以使固定环1充分与头部贴合，提高了颅骨牵引装置与患者头部的匹配度，患者所承受的痛苦得到有效减少，利于牵引手术的治疗，同时，海绵层11还可以与透气孔201相配合设置，通过透气孔201向海绵层11内输送消毒液，通过海绵层11来浸润头部，使清洗效果更佳，也利于牵引过程中的排汗除油，有效防止该处细菌滋生。进一步地，海绵层11的厚度应不小于3mm，最好在5-10mm之间，更优选为7mm。

当然，上述所称的海绵层11也可以选择与固定环1的内壁粘接为一体，此时，则需要海绵具有较高的伸长率，并且还需要较低的拉伸强度。这种设置方式在发挥海绵层11所带来的技术效果的同时，还能够限制固定环1被过度拉伸，在一定程度上防止弹性块3走形，使固定环1被拉伸多次后依然能够恢复原状。为了满足对海绵拉伸性能的要求，本发明提供一种低拉伸强度的海绵材料，所述海绵材料由以下重量份的组分组成：乙烯-乙酸乙烯酯90份，APAO PT 13-15份，合成橡胶20-30份，橡胶软化油3-5份，碳酸钙粉末6-9份，粘合剂树脂4-7份，硅藻泥3-6份，发泡剂 8-13份，过氧化二异丙苯0.2-0.6份，乳化剂0.5-1份，分散剂1-2份，硫化剂0.2-0.6份。

进一步地，合成橡胶选自顺丁橡胶、丁苯橡胶、聚异丁烯橡胶中的一种或多种，优选为顺丁橡胶；硅藻泥的粒度不小于300目，硅藻泥的粒度优选在350-400目之间；碳酸钙粉末的粒度在200-300目之间。

上述中，由于向海绵中加入了合成橡胶，使海绵的拉伸性能得到了明显提高，与普通化工海绵相比，本发明的海绵材料的拉伸性能（以伸长率表征）高于普通化工海绵数倍，与橡胶海绵相比，本发明的海绵材料的拉伸性能低于橡胶海绵，本发明的海绵材料的扯断强度均低于普通化工海绵和橡胶海绵，因此，将其运用至颅骨牵引装置的固定环上时，在固定环变径过程中，海绵所提供的拉扯力较小，不需要操作者施加较大的力就能进行扩径，画面更易被拉伸且不会被撕裂，其不仅克服了普通化工海绵拉伸性能低的问题，还克服了橡胶海绵扯断强度大，需要施加较大力的问题，尤其适合用作固定环的缓冲层结构。

进一步地，上述海绵材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1、将乙烯-乙酸乙烯酯、APAO PT、硅藻泥和粘合剂树脂在反应模具中混合均匀，得到初混物；

步骤2、将合成橡胶、分散剂、碳酸钙粉末和乳化剂置于混炼机中混炼1-3min；

步骤3、待胶料温度达到90℃时，加入初混物、橡胶软化油、硫化剂、发泡剂和过氧化二异丙苯，搅拌混合均匀，混炼1-3min，然后待其慢慢发泡，发泡完后，取出加工切片即得。

进一步地，以下列举本发明的海绵材料的部分具体实施例，如表1所示。

表1 海绵材料的部分具体实施例

进一步地，本发明还提供另一种不含橡胶的PU海绵材料来解决传统海绵拉伸性能低的问题，所述PU海绵材料由以下重量份的组分组成：聚醚多元醇为50-60份，聚酯多元醇为45-55份，二异氰酸酯100-130份，金属纤维5-8份，催化剂为4-7份，交联剂为10-14份，发泡剂10-13份。

上述中，聚醚多元醇由多羟基醇与环氧丙烷反应制得，其中多羟基醇为丙氧基化甘油多元醇，制得的聚醚多元醇分子质量为2000-2500，所述聚酯多元醇由对苯二甲酸与甘油缩合而成；所述发泡剂优选为环戊烷，所述交联剂优选为工业用蓖麻油。

进一步地，PU海绵材料还可加入抗氧化剂，抗氧化剂的加入量为总重量份的1-3份。

进一步地，PU海绵材料中还可加入硬脂酸锌，以提高材料的脱模性能，硬脂酸锌的加入量为总重量份的1-3份。

进一步地，PU海绵材料中还可加入硅烷偶联剂和分散剂，硅烷偶联剂和分散剂的加入量分别为总重量份的1-3份和0.5-1份。

进一步地，本发明创造性地加入了金属纤维，所述金属纤维选自铜纤维、铝纤维、铁纤维中的一种或多种，优选为铜纤维，同时，要求金属纤维的单丝直径在10-20μm之间，并且包含两种不同长度规格的金属纤维单丝，其中一种规格的金属纤维的单丝长径比为（40-50）：1，另一种规格的金属纤维的单丝长径比为（4-5）：1，较长规格的金属纤维的使用量（以重量单位计）是较短规格的金属纤维的使用量的25-30倍。首先向海绵中加入延展性优异的金属纤维，当海绵在被拉扯延展时，金属纤维的加入使海绵的延展性得到有效提高，进而使海绵在被拉伸的情况下，海绵不易被撕裂，由此使海绵具有了较好的拉伸性能。而长短金属纤维的综合使用，其能够在海绵基体中形成空间三维的网络结构，由此克服单一规格金属纤维出现的搭接盲区的问题，使金属纤维增强海绵拉伸性能的效果更明显，海绵在受到拉伸、压缩时，不易出现褶皱、裂纹等缺陷，海绵稳定性得到增强。

上述中，PU海绵材料的制备方法包括以下步骤：

步骤1、将金属纤维、二异氰酸酯和助剂按比例加入搅拌器中，搅拌混合均匀，搅拌速度控制在400rad/min，搅拌时间控制在3-5min，得到混合物，加热混合物至40℃，待用；其中，所述助剂可根据实际需要选择添加，例如助剂可以包括抗氧化剂、硬脂酸锌、硅烷偶联剂和分散剂中的一种或多种；

步骤2、将聚醚多元醇和聚酯多元醇按设计比例复配，然后加入催化剂、交联剂和发泡剂，在常温下搅拌均匀，搅拌速度控制在400rad/min，搅拌时间控制在5-8min，搅拌均匀后，加入计量好的混合物后进行快速搅拌，搅拌速度为2800rad/min，搅拌时间控制在1-3min内，搅拌完成后，将混合物液体注入反应器中；

步骤3、预先将反应器预热至45-60℃，混合物液体注入后，密封反应器，等待发泡熟化；

步骤4、待发泡熟化完毕后，等待20min即得。

在上述制备方法中，为使金属纤维更好地发挥出作用，金属纤维需要改性处理，改性处理的方法包括：用硅烷偶联剂于100℃下，在去离子水中改性金属纤维，反应6-8h即可。

进一步地，以下列举本发明的PU海绵材料的部分具体实施例，如表2所示。

表2 PU海绵材料的部分具体实施例

进一步地，上述具有高拉伸性能的海绵材料的实施例1-5和PU海绵材料的实施例1-5的主要性能如表3所示。

表3实施例的主要性能参数

注：上述性能参数均是参照相应国标测试得到，例如可参照GB10807进行相应测试。

由表3可以得到，通过将本实施例的a1-a5和b1-b5与橡胶海绵和聚酯海绵相对比得到，本发明的海绵材料的拉伸强度均小于橡胶海绵和聚酯海绵，分别为0.21-0.30 kg/cm²和0.25-0.35 kg/cm²，其伸长率大于聚酯海绵，而小于橡胶海绵，分别为57-69%和61-78%，而对于固定环来说，其扩径的尺寸范围有限，其是根据人体颅骨大小而定，而绝大部分人的颅骨大小的差异不会超过1/2倍，因此，本发明的海绵的伸长率能够满足固定环对海绵伸长率的要求，而其拉伸强度低于一般海绵，利于固定环的扩径操作，进而解决了现有海绵所存在的拉伸强度高、伸长率较低，综合拉伸性能较差的问题。同时，将实施例a1-a5与b1-b5进行对比得到，实施例a1-a5所得到的海绵材料的伸长率和拉伸强度均略低于实施例b1-b5的海绵材料，而其扯断强度则略高于实施例b1-b5的海绵材料，因此可以根据实际需要对本发明的低拉伸强度的海绵材料和PU海绵材料进行适当选择，当需要较低的拉伸强度时，可选择本发明的具有低拉伸强度的海绵材料，当需要较高的伸长率时，可选择本发明的PU海绵材料。

进一步地，为了防止牵引螺钉5钻孔过深，牵引螺钉5与推压部6之间设置有深度刻度标记（图中未画出），当牵引螺钉5的牵引针头7的尖端与刚性块2的内壁在竖直方向上齐平时，定位套管4悬臂端的端口边缘与深度刻度标记的起始刻度线在竖直方向上齐平，当牵引螺钉5旋进时，定位套管4悬臂端的端口边缘在竖直方向上对应于深度刻度标记的刻度线的位置所表示的刻度值，即为旋进的深入量，由此方便操作人员精确控制旋进量，避免超过颅骨内板而损伤脑组织。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PU海绵材料，其特征在于，所述PU海绵材料由以下重量份的组分组成：聚醚多元醇为50-60份，聚酯多元醇为45-55份，二异氰酸酯100-130份，金属纤维5-8份，催化剂为4-7份，交联剂为10-14份，发泡剂10-13份。

2.如权利要求1所述的PU海绵材料，其特征在于，金属纤维的单丝直径在10-20μm之间，并且包含两种不同长度规格的金属纤维单丝，其中一种规格的金属纤维的单丝长径比为（40-50）：1，另一种规格的金属纤维的单丝长径比为（4-5）：1，较长规格的金属纤维的使用量是较短规格的金属纤维的使用量的25-30倍。

3.如权利要求1所述的PU海绵材料，其特征在于，聚醚多元醇由多羟基醇与环氧丙烷反应制得，其中多羟基醇为丙氧基化甘油多元醇，制得的聚醚多元醇分子质量为2000-2500，所述聚酯多元醇由对苯二甲酸与甘油缩合而成。

4.如权利要求1所述的PU海绵材料，其特征在于，所述发泡剂为环戊烷，所述交联剂为工业用蓖麻油。

5.如权利要求1所述的PU海绵材料，其特征在于，PU海绵材料中还可加入抗氧化剂，抗氧化剂的加入量为总重量份的1-3份。

6.如权利要求1所述的PU海绵材料，其特征在于，PU海绵材料中还可加入硬脂酸锌，硬脂酸锌的加入量为总重量份的1-3份。

7.如权利要求1所述的PU海绵材料，其特征在于，PU海绵材料中还可加入硅烷偶联剂和分散剂，硅烷偶联剂和分散剂的加入量分别为总重量份的1-3份和0.5-1份。

8.如权利要求1所述的PU海绵材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将金属纤维、二异氰酸酯和助剂按比例加入搅拌器中，搅拌混合均匀，搅拌速度控制在400rad/min，搅拌时间控制在3-5min，得到混合物，加热混合物至40℃，待用；

步骤2、将聚醚多元醇和聚酯多元醇按设计比例复配，然后加入催化剂、交联剂和发泡剂，在常温下搅拌均匀，搅拌速度控制在400rad/min，搅拌时间控制在5-8min，搅拌均匀后，加入计量好的混合物后进行快速搅拌，搅拌速度为2800rad/min，搅拌时间控制在1-3min内，搅拌完成后，将混合物液体注入反应器中；

步骤3、预先将反应器预热至45-60℃，混合物液体注入后，密封反应器，等待发泡熟化；

步骤4、待发泡熟化完毕后，等待20min即得 。