CN109320942A - 一种pu玩具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PU玩具，具体涉及一种发泡型玩具，属于发泡材料技术领域。本发明PU玩具由PU发泡材料制得，所述PU发泡材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯黑料：48‑62份，聚氨酯白料：54‑65份，牡丹花脯：6‑12份，纤维素微纤丝：3‑5份，碳纤维：5‑10份，发泡剂：3‑5份，润湿剂：3‑5份。本发明采用PU发泡材料制成PU玩具，并在PU发泡材料中加入牡丹花脯提高其安全度和弹性、纤维素微纤丝增强PU玩具的强度和韧性以及碳纤维改善PU玩具的泡孔结构，能够使制得的PU玩具强度高、弹性好且组织结构均匀。

Description

一种PU玩具
发明领域
本发明涉及一种PU玩具，具体涉及一种发泡型玩具，属于发泡材料技术领域。
背景技术
小朋友们的成长过程中不能缺少玩具的存在，合适的玩具不仅能够给小朋友们带来快乐，而且还能提高小朋友们对科学的兴趣，提高小朋友们的探索自然的能力。由于经济社会的飞速发展，有越来越多种类的玩具投入市场，赢得小朋友们的喜爱。现在市场上出售着各种各样的儿童玩具，由于受武侠电视的影响，刀剑等作为玩具的一种深受孩子的喜爱。特别是男孩子，喜欢模仿电视中的英雄人物，玩具剑作为模仿的道具，可以为孩子的生活增添很多乐趣。
目前国内市场上销售的玩具，多是成形的筒状，塑料是硬质，腹部是填充以达到膨胀效果，易破碎，受压易变形，增加了运输困难，提高了销售价格。市售的婴幼儿玩具中，球类产品的种类和样式很多，很多球类产品都是模仿足球、篮球、排球等形状，由于其具有弹性，婴幼儿习惯将其掷在地上或前面上使其反弹，如此重复玩乐。但是现有的玩具球只能简单的满足玩乐要求，由于其不断接触地面、墙面等处，表面易沾染细菌，且婴幼儿习惯舔食玩具，此种情况下，婴幼儿容易因细菌侵入而造成不适。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种弹性好、安全性好、强度高的PU玩具。
本发明的目的通过如下技术方案来实现，一种PU玩具，所述PU 玩具由PU发泡材料制得，所述PU发泡材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯黑料：48-62份，聚氨酯白料：54-65份，牡丹花脯：6-12 份，纤维素微纤丝：3-5份，碳纤维：5-10份，发泡剂：3-5份，润湿剂：3-5份。
本发明采用PU发泡材料制成PU玩具，并在PU发泡材料中加入牡丹花脯提高其安全度和弹性、纤维素微纤丝增强PU玩具的强度和韧性以及碳纤维改善PU玩具的泡孔结构，能够使制得的PU玩具强度高、弹性好且组织结构均匀。
在上述一种PU玩具中，所述纤维素微纤丝的直径为7-10μm。纤维素微纤丝的强度大约为碳纳米管强度的四分之一，因此本发明将其应用到组成材料中，能够增强制得的PU玩具的强度，本发明PU 玩具是应用于玩耍，在使用过程中会受到揉捏和挤压，因此增强其韧性是必不可少的。同时，纤维素微纤丝还具有优良的韧性，能够增强 PU的韧性，从而增加其使用寿命。
作为优选，所述牡丹花脯的份数为8-10份。牡丹花脯色泽均匀，软硬适中，组织饱满，常用于食品领域，但本发明创造性的将它用于制备PU玩具中，玩具多为幼儿所用产品，难免在使用过程中由于好气被放入嘴中，而本申请在里边加入牡丹花脯，其不仅是一种可食用型原料，也能增加PU玩具的弹性。
在上述一种PU玩具中，所述碳纤维为碳化后的碳纤维。所述碳化方法包括如下步骤：将碳纤维烘干后放入马弗炉中，在氮气的氛围下高温碳化，以5-10℃/min的速率加热到300-400℃，保持20-25min，再以2-5℃/min的速率加热至500-600℃，保持2-3h。当碳纤维含量较少时，碳纤维可以基体中起异相成核的作用，减小泡孔形成所需要的自由能，促使形成小而均匀的泡孔。随着碳纤维含量的增加，过量的纤维在树脂基体中无法均匀分散。碳纤维在基体中缠结、团聚，对泡孔产生挤压致使部分泡孔形状不均匀，局部泡孔直径变大。同时碳纤维的缠结导致部分区域树脂含量减少，体系发泡不良，泡孔结构变差。
本发明的另一个目的在于提供一种制备上述PU玩具的方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
称料切粒：按PU发泡材料的组成称料，将原料在密炼机共混后挤出切粒；
热压、保压：将挤出切粒后得到的粒子热压后保压成片材；
模具准备：在模具上涂脱模剂，并喷涂模内漆；
发泡成型：将片材注入上述模具中发泡成型后出模得PU玩具坯件；
修边喷涂油漆：将PU玩具坯件修边并打磨并干燥后即得PU玩具成品。
在上述一种PU玩具的制备方法中，所述密炼机为哈克密炼机，共混的温度为180-200℃，螺杆转速为70-80r/min。PU共混物对温度较为敏感，加工温度在180-200℃时，就已经能够使PU共混物充分塑化，在200℃以上时，共混物熔体黏度太低，不容易成型。在转速较低时，由于剪切作用较低，聚氨酯粒子在聚合物中分散不均匀，因而力学性能较差，在转速较高时，强烈的剪切作用虽然一方面促使粒子均匀分散，但另一方面也能使聚合物链段断裂，产生降解，使得力学性能下降。因此，在中等剪切速率时，聚合物粒子能够均匀分散而且链段断裂不明显，因而其力学性能较好。
在上述一种PU玩具的制备方法中，所述热压温度为180-200℃，保压为将热压后的粒子置于高压釜中，在200-220℃、CO2压力下保压1-2h后，迅速拧开阀门直至压力为零。本发明采用上述步骤进行热压和保压处理，在CO2压力下以及一定温度下保压后能够使PU玩具的气密性条件和发泡更均匀，使其密度更高，强度更好。
在上述一种PU玩具的制备方法中，所述喷涂模内漆后还包括水帘除漆雾的步骤。在本发明中，喷漆后会产生大量漆雾，这些有害物不仅会影响操作者的健康，而且在一定程度还有安全隐患。因此本发明在喷涂漆后进行水帘除漆雾的步骤，利用喷漆室内的负压和定向气流，使散布于空气中污染操作环境的漆雾落入水幕中，后经气水分离装置将空气排出，漆和水回流到水槽内，水帘喷漆室结构特点是将喷漆室垂直方向的内壁做成光滑的淌水板，用水泵将水注入上面的水槽，且使水在淌水板顶部溢流，在该板面上形成瀑布状态的水幕。喷漆时，漆雾只要碰撞到水幕，就会被水吸附，冲至下部水槽中积存。
作为优选，所述水帘的厚度为4-5mm。水帘必须保证具有一定的厚度，因为水帘太薄，喷漆时射出的漆雾气流会把水吹开，使水幕板上留下漆块，破坏淌水板的光滑性。水帘太厚，下落后溅起水花，会影响工件的表面质量。在上述一种PU玩具的制备方法中，所述发泡成型在超临界二氧化碳中发泡，且发泡压力为28-29MPa，发泡温度为156-160℃。在以上发泡条件下，均可以得到开孔发泡材料。且随着发泡温度的升高，泡孔孔径和发泡倍率均逐渐增大，这是由于温度的上升导致聚合物粘度和熔体强度降低，从而在发泡过程中促进泡孔持续长大。因此，通过发泡工艺的调控，可以得到不同孔径和不同倍率的开孔发泡材料。
在上述一种PU玩具的制备方法中，所述发泡成型后还对PU玩具坯件进行辐射交联改性。而辐射交联技术就是利用高能或电离辐射引发聚合物电离与激发，从而产生一些次级反应，进一步引起化学反应，实现高分子阀交联网络的形成，射交联可以控制交联密度，可在固态中形成交联，不需要催化剂或其它添加剂，对聚合物没有污染，也不需要热处理，适度交联可使聚合物物理和机械性能得到明显的改善。
作为优选，所述辐射交联改性的辐射剂量为15-20kGy。，随着辐射剂量的增加发泡倍率总体呈现下降的趋势。因为随着辐射剂量的增加，交联程度增大，交联键数量增多，分子链段不容易运动，这样在物理发泡剂帮助下容易形成较小尺寸泡孑L结构，发泡效果较差，泡孔体积减小，泡孔密度减小，发泡材料密度相对增大，泡体的发泡倍率会随着辐射剂量的增加而减小；同时发泡温度影响了发泡倍率，使发泡倍率产生变化。这可能是因为发泡温度升高后，基体材料黏度降低，气体的热膨胀作用更加显著，导致基体材料体积增大，因此发泡温度越高，发泡材料密度越小，发泡倍率越高。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明采用PU发泡材料制成PU玩具，并在PU发泡材料中加入牡丹花脯提高其安全度和弹性、纤维素微纤丝增强PU玩具的强度和韧性以及碳纤维改善PU玩具的泡孔结构，能够使制得的PU玩具强度高、弹性好且组织结构均匀；
2、本发明通过一定的制备方法，制得的PU玩具机械性能好，强度高，韧性佳。
具体实施方式
实施例1
称料切粒：按组成PU发泡材料的组分称料，将原料在密炼机共混后挤出切粒；其中，所述PU发泡材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯黑料：48份，聚氨酯白料：54份，牡丹花脯：6份，纤维素微纤丝：3份，碳纤维：5份，发泡剂：3份，润湿剂：3份；所述纤维素微纤丝的直径为7μm；所述碳纤维为碳化后的碳纤维，所述碳化方法包括如下步骤：将碳纤维烘干后放入马弗炉中，在氮气的氛围下高温碳化，以5℃/min的速率加热到300℃，保持20min，再以2℃ /min的速率加热至500℃，保持2h；所述密炼机为哈克密炼机，共混的温度为180℃，螺杆转速为70r/min；
热压、保压：将挤出切粒后得到的粒子热压后保压成片材；所述热压温度为180℃，保压为将热压后的粒子置于高压釜中，在200℃、 CO2压力下保压1h后，迅速拧开阀门直至压力为零；
模具准备：在模具上涂脱模剂，并喷涂模内漆；所述喷涂模内漆后还包括水帘除漆雾的步骤，所述水帘的厚度为4mm；
发泡成型：将片材注入上述模具中发泡成型后出模得PU玩具坯件；所述发泡成型后还对PU玩具坯件进行辐射交联改性，所述辐射交联改性的辐射剂量为15kGy；
修边喷涂油漆：将PU玩具坯件修边并打磨并干燥后即得PU玩具成品。
实施例2
称料切粒：按组成PU发泡材料的组分称料，将原料在密炼机共混后挤出切粒；其中，所述PU发泡材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯黑料：52份，聚氨酯白料：56份，牡丹花脯：7份，纤维素微纤丝：3.5份，碳纤维：7份，发泡剂：3.5份，润湿剂：3.5份；所述纤维素微纤丝的直径为8μm；所述碳纤维为碳化后的碳纤维，所述碳化方法包括如下步骤：将碳纤维烘干后放入马弗炉中，在氮气的氛围下高温碳化，以6℃/min的速率加热到320℃，保持21min，再以2.5℃/min的速率加热至520℃，保持2.2h；所述密炼机为哈克密炼机，共混的温度为185℃，螺杆转速为72r/min；
热压、保压：将挤出切粒后得到的粒子热压后保压成片材；所述热压温度为185℃，保压为将热压后的粒子置于高压釜中，在205℃、CO2压力下保压1.2h后，迅速拧开阀门直至压力为零；
模具准备：在模具上涂脱模剂，并喷涂模内漆；所述喷涂模内漆后还包括水帘除漆雾的步骤，所述水帘的厚度为4.2mm；
发泡成型：将片材注入上述模具中发泡成型后出模得PU玩具坯件；所述发泡成型后还对PU玩具坯件进行辐射交联改性，所述辐射交联改性的辐射剂量为16kGy；
修边喷涂油漆：将PU玩具坯件修边并打磨并干燥后即得PU玩具成品。
实施例3
称料切粒：按组成PU发泡材料的组分称料，将原料在密炼机共混后挤出切粒；其中，所述PU发泡材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯黑料：55份，聚氨酯白料：58份，牡丹花脯：8份，纤维素微纤丝：4份，碳纤维：8份，发泡剂：4份，润湿剂：4份；所述纤维素微纤丝的直径为8.5μm；所述碳纤维为碳化后的碳纤维，所述碳化方法包括如下步骤：将碳纤维烘干后放入马弗炉中，在氮气的氛围下高温碳化，以7.5℃/min的速率加热到350℃，保持23min，再以3.5℃/min的速率加热至550℃，保持2.5h；所述密炼机为哈克密炼机，共混的温度为190℃，螺杆转速为75r/min；
热压、保压：将挤出切粒后得到的粒子热压后保压成片材；所述热压温度为190℃，保压为将热压后的粒子置于高压釜中，在210℃、 CO2压力下保压1.5h后，迅速拧开阀门直至压力为零；
模具准备：在模具上涂脱模剂，并喷涂模内漆；所述喷涂模内漆后还包括水帘除漆雾的步骤，所述水帘的厚度为4.5mm；
发泡成型：将片材注入上述模具中发泡成型后出模得PU玩具坯件；所述发泡成型后还对PU玩具坯件进行辐射交联改性，所述辐射交联改性的辐射剂量为18kGy；
修边喷涂油漆：将PU玩具坯件修边并打磨并干燥后即得PU玩具成品。
实施例4
称料切粒：按组成PU发泡材料的组分称料，将原料在密炼机共混后挤出切粒；其中，所述PU发泡材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯黑料：59份，聚氨酯白料：61份，牡丹花脯：10份，纤维素微纤丝：4.5份，碳纤维：8份，发泡剂：4.5份，润湿剂：4.5份；所述纤维素微纤丝的直径为9μm；所述碳纤维为碳化后的碳纤维，所述碳化方法包括如下步骤：将碳纤维烘干后放入马弗炉中，在氮气的氛围下高温碳化，以9℃/min的速率加热到380℃，保持24min，再以4℃/min的速率加热至580℃，保持2.8h；所述密炼机为哈克密炼机，共混的温度为195℃，螺杆转速为78r/min；
热压、保压：将挤出切粒后得到的粒子热压后保压成片材；所述热压温度为195℃，保压为将热压后的粒子置于高压釜中，在215℃、 CO2压力下保压1.8h后，迅速拧开阀门直至压力为零；
模具准备：在模具上涂脱模剂，并喷涂模内漆；所述喷涂模内漆后还包括水帘除漆雾的步骤，所述水帘的厚度为4.8mm；
发泡成型：将片材注入上述模具中发泡成型后出模得PU玩具坯件；所述发泡成型后还对PU玩具坯件进行辐射交联改性，所述辐射交联改性的辐射剂量为18kGy；
修边喷涂油漆：将PU玩具坯件修边并打磨并干燥后即得PU玩具成品。
实施例5
称料切粒：按组成PU发泡材料的组分称料，将原料在密炼机共混后挤出切粒；其中，所述PU发泡材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯黑料：62份，聚氨酯白料：65份，牡丹花脯：12份，纤维素微纤丝：5份，碳纤维：10份，发泡剂：5份，润湿剂：5份；所述纤维素微纤丝的直径为10μm；所述碳纤维为碳化后的碳纤维，所述碳化方法包括如下步骤：将碳纤维烘干后放入马弗炉中，在氮气的氛围下高温碳化，以10℃/min的速率加热到400℃，保持25min，再以5℃/min的速率加热至600℃，保持3h；所述密炼机为哈克密炼机，共混的温度为200℃，螺杆转速为80r/min；
热压、保压：将挤出切粒后得到的粒子热压后保压成片材；所述热压温度为200℃，保压为将热压后的粒子置于高压釜中，在220℃、 CO2压力下保压2h后，迅速拧开阀门直至压力为零；
模具准备：在模具上涂脱模剂，并喷涂模内漆；所述喷涂模内漆后还包括水帘除漆雾的步骤，所述水帘的厚度为5mm；
发泡成型：将片材注入上述模具中发泡成型后出模得PU玩具坯件；所述发泡成型后还对PU玩具坯件进行辐射交联改性，所述辐射交联改性的辐射剂量为20kGy；
修边喷涂油漆：将PU玩具坯件修边并打磨并干燥后即得PU玩具成品。
实施例6
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具中的纤维素微纤丝的直径为6.5μm，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具中的纤维素微纤丝的直径为10.5μm，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中共混的温度为175℃，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中共混的温度为185℃，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中采用普通保压工艺，不采用CO2保压工艺，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例11
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中没有经过水帘除漆雾步骤，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例12
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中发泡成型不在超临界二氧化碳中进行，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例13
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中发泡压力为27MPa，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例14
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中发泡压力为30MPa，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例15
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中没有经过交联辐射改性，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例16
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中教练辐射改性的辐射剂量为14kGy，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例17
与实施例1的区别仅在于，该实施例PU玩具的制备工艺中教练辐射改性的辐射剂量为21kGy，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，该对比例PU玩具采用市售材料制得，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，该对比例PU玩具的组成中不包含牡丹花脯，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，该对比例PU玩具的组成中不包含碳纤维，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，该对比例PU玩具的组成中不包含纤维素微纤丝，其他与实施例1相同，此处不再赘述。
将上述实施例1-17及对比例1-4中制得的PU玩具进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1：实施例1-17及对比例1-4中PU玩具性能结果
从上述结果可以看出，本发明采用PU发泡材料制成PU玩具，并在PU发泡材料中加入牡丹花脯提高其安全度和弹性、纤维素微纤丝增强PU玩具的强度和韧性以及碳纤维改善PU玩具的泡孔结构，能够使制得的PU玩具强度高、弹性好且组织结构均匀；同时，本发明通过一定的制备方法，制得的PU玩具机械性能好，强度高，韧性佳。
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。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种PU玩具，其特征在于，所述PU玩具由PU发泡材料制得，所述PU发泡材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯黑料：48-62份，聚氨酯白料：54-65份，牡丹花脯：6-12份，纤维素微纤丝：3-5份，碳纤维：5-10份，发泡剂：3-5份，润湿剂：3-5份。
2.根据权利要求1所述的一种PU玩具，其特征在于，所述纤维素微纤丝的直径为7-10μm。
3.一种如权利要求1所述的PU玩具的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
称料切粒：按权利要求1的PU发泡材料称料，将原料在密炼机共混后挤出切粒；
热压、保压：将挤出切粒后得到的粒子热压后保压成片材；
模具准备：在模具上涂脱模剂，并喷涂模内漆；
发泡成型：将片材注入上述模具中发泡成型后出模得PU玩具坯件；
修边喷涂油漆：将PU玩具坯件修边并打磨并干燥后即得PU玩具成品。
4.根据权利要求3所述的一种PU玩具的制备方法，其特征在于，所述共混的温度为180-200℃，螺杆转速为70-80r/min。
5.根据权利要求3所述的一种PU玩具的制备方法，其特征在于，所述热压温度为180-200℃，保压为将热压后的粒子置于高压釜中，在200-220℃、CO2压力下保压1-2h后，迅速拧开阀门直至压力为零。
6.根据权利要求3所述的一种PU玩具的制备方法，其特征在于，所述喷涂模内漆后还包括水帘除漆雾的步骤。
7.根据权利要求3所述的一种PU玩具的制备方法，其特征在于，所述发泡成型在超临界二氧化碳中发泡，且发泡压力为28-29MPa，发泡温度为156-160℃。
8.根据权利要求3所述的一种PU玩具的制备方法，其特征在于，所述发泡成型后还对PU玩具坯件进行辐射交联改性。
9.根据权利要求8所述的一种PU玩具的制备方法，其特征在于，所述辐射交联改性的辐射剂量为15-20kGy。
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