CN109320860A - 一种具有3d立体感tpu薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有3D立体感TPU薄膜及其制备方法。所述具有3D立体感TPU薄膜包含发泡材料，所述发泡材料包括如下质量份数的组分：50‑70份卤化丁基橡胶、25‑40份ABS、5‑15份硅橡胶、10‑20份补强剂、1‑1.5份硬脂酸、4‑6份间接法氧化锌、1‑2份交联剂、1‑2份助交联剂和8‑15份发泡剂。所述发泡材料是依次通过一次混炼、二次混炼、开练成型和硫化的步骤制备得到。本发明提供的发泡材料为闭孔发泡材料，具有低密度、高强度和高回弹性，可代替充气型橡胶球胆材料，由其制备的TPU薄膜具有3D立体感。

Description

一种具有3D立体感TPU薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于发泡材料技术领域，具体涉及一种具有3D立体感TPU薄膜及其制备方法，尤其涉及一种发泡材料及其制备方法和具有3D立体感TPU薄膜及其制备方法。
背景技术
能充气的运动用球(足球、篮球、排球等)通常包含橡胶球胆和弹性外壳。当充气时，外壳在内部加压的橡胶球胆上绷紧，使得运动用球具有高的回弹性。球胆内部气体的饱和与否影响着球具的弹性大小，因此，在生产及使用过程中，球胆的气密性能起到至关重要的作用。
传统的球胆采用普通天然胶作为主体材料，虽然也可以满足一般的使用要求，但由于天然胶气密性能较差，产品保压能力较低，需经常对其进行补充气体。丁基橡胶在橡胶中具有最好的气密性，但其硫化速度慢，粘合性能差，容易出现起包脱层等不良问题，产品的使用寿命较短。
CN 102850673A公开了一种球胆橡胶及其制备方法，采用溴化丁基胶作为主体橡胶材料，兼具了丁基橡胶与活性溴的性能，有效提高了球胆了的气密性、加快硫化速度、保证粘合性能、提高球胆的使用寿命。但无论丁基橡胶还是溴化丁基橡胶，其自身的机械强度均较低。球胆在长期的压缩回弹过程中容易形成气孔，导致球胆漏气。而且，此类充气型球胆表面一旦出现气孔，就会丧失回弹性能，导致球具报废。
因此，在本领域期望得到一种新型的球胆用材料，以解决传统充气型球胆强度低，气密性差，且一旦破裂就报废的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有3D立体感TPU薄膜及其制备方法，特别是提供一种发泡材料及其制备方法和具有3D立体感TPU薄膜及其制备方法。该发泡材料为闭孔发泡材料，具有低密度、高强度和高回弹性，可代替充气型橡胶球胆材料，由其制备的TPU薄膜具有3D立体感。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种球胆用发泡材料，包括如下质量份数的组分：
卤化丁基橡胶本身具有极好的气密性，但机械强度不佳，其含量过少时，会引起材料气密性下降；其含量过多时，则材料整体的强度下降，球胆在使用过程中气孔容易破裂，导致弹性变差。ABS具有良好的强度和柔韧性，但气密性不如卤化丁基橡胶，其含量过少时，材料的强度不足；其含量过多时，则会导致材料气密性下降。硅橡胶具有极好的柔顺性，适量的硅橡胶能够充塞高分子链间的空隙，提高材料的气密性；但硅橡胶本身的强度不佳，气密性也低于卤化丁基橡胶，其含量过多时，则会导致材料漏气，回弹性下降。本发明通过合理调节卤化丁基橡胶、ABS和硅橡胶的比例，并配合其他组分，从而使得到的闭孔发泡材料具有低密度、高强度和高回弹性，可用作球胆材料。
本发明中，所述卤化丁基橡胶的质量份数可以是50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份、60份、61份、62份、63份、64份、65份、66份、67份、68份、69份或70份等。
所述ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)的质量份数可以是25份、26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份或40份等。
所述硅橡胶的质量份数可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份或15份等。
所述补强剂的质量份数可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。
所述硬脂酸的质量份数可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等。
所述间接法氧化锌的质量份数可以是4份、4.2份、4.5份、4.8份、5份、5.2份、5.5份、5.8份或6份等。
所述交联剂的质量份数可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份等。
所述助交联剂的质量份数可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份等。
所述发泡剂的质量份数可以是8份、8.5份、9份、9.5份、10份、10.5份、11份、11.5份、12份、12.5份、13份、13.5份、14份、14.5份或15份等。
作为本发明的优选技术方案，所述发泡材料还包括0.5-2份(例如0.5份、0.8份、1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.6份、1.8份或2份等)的抗氧剂。
优选地，所述抗氧剂选自四[甲基-β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、N,N'-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺(抗氧剂1098)、2,6二叔丁基对甲酚(抗氧剂264)或三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)中的一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：抗氧剂1010与抗氧剂1098的组合、抗氧剂1010与抗氧剂264的组合、抗氧剂1010与抗氧剂168的组合、抗氧剂1098与抗氧剂264的组合、抗氧剂1098与抗氧剂168的组合、抗氧剂264与抗氧剂168的组合等。
作为本发明的优选技术方案，所述卤化丁基橡胶为氯化丁基橡胶和/或溴化丁基橡胶。
作为本发明的优选技术方案，所述补强剂为炭黑。
作为本发明的优选技术方案，所述交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)和/或二叔丁基过氧化异丙基苯(BIPB)。
作为本发明的优选技术方案，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)。
作为本发明的优选技术方案，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺(AC发泡剂)。
另一方面，本发明提供一种上述发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，得到一段混炼胶；
(2)将所述一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，得到二段混炼胶；
(3)将所述二段混炼胶加入开炼机中开练成型，得到三段混炼胶；
(4)将所述三段混炼胶加入硫化机中硫化，得到所述球胆用发泡材料。
作为本发明的优选技术方案，步骤(1)中所述一次混炼的时间为10-15min，例如可以是10min、10.5min、11min、11.5min、12min、12.5min、13min、13.5min、14min、14.5min或15min等；排胶温度为115-120℃，例如可以是115℃、116℃、117℃、118℃、119℃或120℃等。
优选地，步骤(2)中所述二次混炼的时间为2-4min，例如可以是2min、2.5min、3min、3.5min或4min等；排胶温度为110-115℃，例如可以是110℃、111℃、112℃、113℃、114℃或115℃等。
优选地，步骤(3)中所述开练成型的温度为105-110℃，例如可以是105℃、106℃、107℃、108℃、109℃或110℃等；时间为3-5min，例如可以是3min、3.5min、4min、4.5min或5min等。
优选地，步骤(3)中所述硫化的压力为160-180kgf/cm2，例如可以是160kgf/cm2、162kgf/cm2、165kgf/cm2、168kgf/cm2、170kgf/cm2、172kgf/cm2、175kgf/cm2、178kgf/cm2或180kgf/cm2等；所述硫化的温度为165-175℃，例如可以是165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃或175℃等；所述硫化的时间为300-420s，例如可以是300s、310s、320s、330s、340s、350s、360s、370s、380s、390s、400s、410s或420s等。
作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，混炼时间为10-15min，排胶温度为115-120℃，得到一段混炼胶；
(2)将所述一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，混炼时间为2-4min，排胶温度为110-115℃，得到二段混炼胶；
(3)将所述二段混炼胶加入开炼机中，在105-110℃下开练成型3-5min，得到三段混炼胶；
(4)将所述三段混炼胶加入硫化机中，在压力为160-180kgf/cm2，温度为165-175℃的条件下硫化300-420s，得到所述球胆用发泡材料。
本发明采用的AC发泡剂的分解温度在150℃以上，其在上述步骤(4)硫化的过程中发生分解，由于交联后的基体材料具有足够的强度，因此可以保证形成闭孔结构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过合理调节卤化丁基橡胶、ABS和硅橡胶的比例，并配合其他组分，从而使得到的闭孔发泡材料具有低密度、高强度和高回弹性。其表观密度为120-150kg/m3，拉伸强度为14-18MPa，断裂伸长率为270-340％，撕裂强度为14-16kN/m，形变回复率(25％初始压缩量，1h)大于99％，可代替充气型橡胶球胆材料。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种球胆用发泡材料，包括如下质量份数的组分：
上述球胆用发泡材料的制备方法如下：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，混炼时间为10min，排胶温度为120℃，得到一段混炼胶；
(2)将一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，混炼时间为2min，排胶温度为115℃，得到二段混炼胶；
(3)将二段混炼胶加入开炼机中，在105℃下开练成型5min，得到三段混炼胶；
(4)将三段混炼胶加入硫化机中，在压力为160kgf/cm2，温度为165℃的条件下硫化420s，得到上述球胆用发泡材料。
实施例2
一种球胆用发泡材料，包括如下质量份数的组分：
上述球胆用发泡材料的制备方法如下：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，混炼时间为15min，排胶温度为115℃，得到一段混炼胶；
(2)将一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，混炼时间为4min，排胶温度为110℃，得到二段混炼胶；
(3)将二段混炼胶加入开炼机中，在110℃下开练成型3min，得到三段混炼胶；
(4)将三段混炼胶加入硫化机中，在压力为180kgf/cm2，温度为175℃的条件下硫化300s，得到上述球胆用发泡材料。
实施例3
一种球胆用发泡材料，包括如下质量份数的组分：
上述球胆用发泡材料的制备方法如下：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，混炼时间为12min，排胶温度为118℃，得到一段混炼胶；
(2)将一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，混炼时间为3min，排胶温度为112℃，得到二段混炼胶；
(3)将二段混炼胶加入开炼机中，在108℃下开练成型4min，得到三段混炼胶；
(4)将三段混炼胶加入硫化机中，在压力为170kgf/cm2，温度为160℃的条件下硫化350s，得到上述球胆用发泡材料。
实施例4
一种球胆用发泡材料，包括如下质量份数的组分：
上述球胆用发泡材料的制备方法如下：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，混炼时间为10min，排胶温度为117℃，得到一段混炼胶；
(2)将一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，混炼时间为2.5min，排胶温度为110℃，得到二段混炼胶；
(3)将二段混炼胶加入开炼机中，在105℃下开练成型4min，得到三段混炼胶；
(4)将三段混炼胶加入硫化机中，在压力为165kgf/cm2，温度为175℃的条件下硫化400s，得到上述球胆用发泡材料。
实施例5
一种球胆用发泡材料，包括如下质量份数的组分：
上述球胆用发泡材料的制备方法如下：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，混炼时间为15min，排胶温度为120℃，得到一段混炼胶；
(2)将一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，混炼时间为3min，排胶温度为113℃，得到二段混炼胶；
(3)将二段混炼胶加入开炼机中，在110℃下开练成型4min，得到三段混炼胶；
(4)将三段混炼胶加入硫化机中，在压力为180kgf/cm2，温度为170℃的条件下硫化360s，得到上述球胆用发泡材料。
对比例1
与实施例1的区别在于，氯化丁基橡胶的质量份数为45份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别在于，氯化丁基橡胶的质量份数为75份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别在于，ABS的质量份数为20份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例4
与实施例1的区别在于，ABS的质量份数为45份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例5
与实施例1的区别在于，硅橡胶的质量份数为3份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例6
与实施例1的区别在于，硅橡胶的质量份数为12份，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对上述实施例1-5和对比例1-6提供的发泡材料的性能进行测试，测试结果和测试标准如下表1所示。
表1
由表1的结果可知，本发明通过各组分在特定的比例下配合，得到了一种具有低密度、高强度和高回弹性的球胆用发泡材料。当氯化丁基橡胶过多、ABS过少或硅橡胶过多时，材料的拉伸、撕裂强度下降，压缩时闭孔容易破裂，导致回弹性能下降；当氯化丁基橡胶过少、ABS过多或硅橡胶过少时，材料的气密性不佳，在压缩时容易漏气，同样会导致回弹性能的下降。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种发泡材料，其特征在于，所述发泡材料包括如下质量份数的组分：
2.根据权利要求1所述的发泡材料，其特征在于，所述发泡材料还包括0.5-2份的抗氧剂；
优选地，所述抗氧剂选自四[甲基-β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯、N,N'-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺、2,6二叔丁基对甲酚或三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的发泡材料，其特征在于，所述卤化丁基橡胶为氯化丁基橡胶和/或溴化丁基橡胶。
4.根据权利要求1-3任一项所述的发泡材料，其特征在于，所述补强剂为炭黑；
优选地，所述交联剂为过氧化二异丙苯和/或二叔丁基过氧化异丙基苯。
5.根据权利要求1-4任一项所述的发泡材料，其特征在于，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；
优选地，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
6.根据权利要求1-5任一项所述的发泡材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，得到一段混炼胶；
(2)将所述一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，得到二段混炼胶；
(3)将所述二段混炼胶加入开炼机中开练成型，得到三段混炼胶；
(4)将所述三段混炼胶加入硫化机中硫化，得到所述球胆用发泡材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述一次混炼的时间为10-15min，排胶温度为115-120℃；
优选地，步骤(2)中所述二次混炼的时间为2-4min，排胶温度为110-115℃；
优选地，步骤(3)中所述开练成型的温度为105-110℃，时间为3-5min；
优选地，步骤(4)中所述硫化的压力为160-180kgf/cm2，温度为165-175℃，时间为300-420s。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将卤化丁基橡胶、ABS、硅橡胶、补强剂、硬脂酸、间接法氧化锌和任选地抗氧剂加入密炼机中进行一次混炼，混炼时间为10-15min，排胶温度为115-120℃，得到一段混炼胶；
(2)将所述一段混炼胶与交联剂、助交联剂和发泡剂加入密炼机中进行二次混炼，混炼时间为2-4min，排胶温度为110-115℃，得到二段混炼胶；
(3)将所述二段混炼胶加入开炼机中，在105-110℃下开练成型3-5min，得到三段混炼胶；
(4)将所述三段混炼胶加入硫化机中，在压力为160-180kgf/cm2，温度为165-175℃的条件下硫化300-420s，得到所述发泡材料。
9.一种具有3D立体感TPU薄膜，其特征在于，所述具有3D立体感TPU薄膜包含权利要求1-5任一项所述的发泡材料、增光剂和TPU。
10.根据权利要求9所述的具有3D立体感TPU薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将权利要求1-5任一项所述的发泡材料与增光剂混合，然后与TPU材料通过双层共挤吹塑机吹塑成膜。
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