CN109535692A - 一种纳米聚氨酯空气弹性体及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米聚氨酯空气弹性体，所述纳米聚氨酯空气弹性体的制备方法包括：1)纳米聚氨酯空气弹性体内胆的制备:将多元醇预聚体加热至70‑95℃，依次加入发泡剂、抗老化剂和阻燃剂搅拌均匀；同时将聚氨酯交连剂加热至融化为液体后加入，搅拌均匀得到待用溶液；将混合好的料液注入发泡模具中，至发泡完全，温室中加温静置，得到内胆；2)纳米聚氨酯空气弹性体外套的制备:将多元醇预聚体加热至70‑95℃，加入抗老化剂、阻燃剂、纳米纤维填料、添加剂，几者搅拌均匀融为一体；同时将聚氨酯交连剂加热至融化为液体后加入，搅拌均匀；将混合好的料液注入发泡模具中，将步骤1)中制备好的纳米聚氨酯空气弹性体内胆悬浮在料液中浇注外套。

Description

一种纳米聚氨酯空气弹性体及其应用

技术领域

本发明涉及减震缓冲技术领域，特别涉及一种纳米聚氨酯空气弹性体及其应用。

背景技术

在现实生活中，浇注型聚氨酯弹性体的应用非常广泛，在轮胎、机加工、公路护栏、航天、生物学等多个领域均有用武之地。由于其优越的缓冲调节能力、耐磨耐腐蚀性能，浇注型聚氨酯弹性体广受欢迎。特别是在自行车、电动车等减震缓冲领域，有非常大的应用空间。

现有的自行车、电动车多采用充气轮胎或打孔的实心轮胎。充气轮胎的优点是重量轻，对不同的冲击力度适应性良好，缺点是容易扎胎、爆胎；实心轮胎的优点是不怕扎胎、不会爆胎，缺点是对路面的适应性差，在大多数的不平坦路况下减震效果差，骑行的舒适度较差。

自行车、电动车、童车轮胎要求的滚动阻力小，现有的车胎在舒适度和易爆胎之间难以兼顾，不得不“两害相权取其轻”，在更看重某一方面的性能时，相应舍弃一部分另一种性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种纳米聚氨酯空气弹性体及其应用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种纳米聚氨酯空气弹性体，所述纳米聚氨酯空气弹性体的制备方法包括：

1)纳米聚氨酯空气弹性体内胆的制备:将多元醇预聚体加热至70-95℃，依次加入发泡剂、抗老化剂和阻燃剂搅拌均匀；同时将聚氨酯交连剂加热至融化为液体后加入，搅拌均匀得到待用溶液；将混合好的料液注入发泡模具中，至发泡完全，温室中加温静置，得到内胆；

2)纳米聚氨酯空气弹性体外套的制备:将多元醇预聚体加热至70-95℃，加入抗老化剂、阻燃剂、纳米纤维填料、添加剂，几者搅拌均匀融为一体；同时将聚氨酯交连剂加热至融化为液体后加入，搅拌均匀；将混合好的料液注入发泡模具中，将步骤1)中制备好的纳米聚氨酯空气弹性体内胆悬浮在料液中，采用加压浇注法浇注外套。其中，多元醇预聚体可以选择聚醚型也可以选择聚酯型，可以在使用时根据需要选择。

进一步，所述步骤2)中的纳米纤维填料为纳米硼纤维、微米级玻璃纤维，及石棉纤维。

进一步，所述步骤2)中的添加剂为着色剂、抗静电剂、反光粉或者石墨中的至少一种。

进一步，所述步骤1)中的原料按照重量份计包括：多元醇预聚体60-85重量份，发泡剂2-5重量份，抗老化剂1-3重量份，阻燃剂7-15重量份和聚氨酯交连剂7-15重量份。

进一步，所述步骤2)中的原料按照重量份计包括：多元醇预聚体60-75重量份、抗老化剂1-3重量份、阻燃剂7-15重量份、纳米纤维填料2-5重量份、添加剂1-8重量份和聚氨酯交连剂7-15重量份。

进一步，所述步骤1)中，发泡温度为85-90℃，发泡时间为2-10分钟，静置温度为85-90℃，静置时间为20-30分钟。

进一步，所述步骤2)中，浇注温度为85-90℃，浇注环境压力为1.5-2.5Mpa,固化时间为20-30分钟。

本发明的有益效果是：本发明的纳米聚氨酯空气弹性体配料简单，且资源丰富，工艺合理有效，大大降低了原料及制作成本。产品制作一体成型，其中的连接牢固可靠，没有掉落的隐患；因发泡特性，产品非常轻便；充分利用发泡的空气弹簧体中聚氨酯的纳米级微孔，通过调节空气腔的大小吸收震动，减震效果非常好。

本发明还提供了一种纳米聚氨酯空气弹性体在轮胎制备领域的应用。

本发明还提供了一种纳米聚氨酯空气弹性体在交通安全设备领域的应用。

本发明还提供了一种纳米聚氨酯空气弹性体在电控系统的防震缓冲领域的应用。

本发明制备的纳米聚氨酯空气弹性体应用在轮胎领域，制备的轮胎克服了现有自行车、电动车、童车等车辆轮胎在舒适度和爆胎之间无法兼顾的难题，可以提供骑行时舒适度较高的免充气轮胎。本发明所述轮胎的配料简单，且资源丰富，工艺合理有效，大大降低了轮胎的原料及制作成本；第二，产品制作一体成型，其中的连接牢固可靠，没有掉落的隐患；第三，使用发泡的空气弹性体填充并充满于整个车胎中，因发泡特性，产品非常轻便；第四，可以充分利用发泡的空气弹性体中聚氨酯的纳米级微孔，通过调节空气腔的大小吸收路面颠箥时的震动，减震效果非常好；第五，由于空气的特性，本发明所述轮胎可灵活调节，根据路面情况实时调整，大大提高了骑行中的舒适度。本工艺通过控制含发泡体的量进行密度调节，通过控制发泡体的形状进行体积调节，从而使得空气弹性体的缓冲性能得到数量级的提高。在广阔的轮胎市场中，本发明具有远大的市场推广价值。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种使用本发明的纳米聚氨酯空气弹性体制备的轮胎，发明所述轮胎为非充气轮胎，因此避免了扎胎漏气、爆胎的情况。而且外胎和内胆采用不同的配方和浇注工艺，来实现不同的要求和目的，从而达到良好的减震效果，又避免了爆胎情况的发生。

本发明所述轮胎采用聚氨酯发泡浇注法直接浇注内胆，然后利用加压浇注工艺将内胆悬浮在内浇注外胎，一体成型。

外胎要求耐磨、抗老化、阻燃，因此采用纳米聚氨酯空气弹性体外套的配方。具体的配料如下：多元醇预聚体、抗老化剂(防紫外线、防氧化)、聚氨酯交连剂、纳米纤维、阻燃剂、填料(如着色剂、抗静电剂)。所述外胎的由纳米聚氨酯空气弹性体制成，各组份按重量份含量如下：多元醇预聚体60-85重量份、抗老化剂(防紫外线、防氧化)1-3重量份、聚氨酯交连剂7-15重量份、纳米纤维2-5重量份、阻燃剂7-15重量份、填料(如着色剂、抗静电剂)1-5重量份。其中，多元醇预聚体可以选择聚醚型也可以选择聚酯型，可以在使用时根据需要选择。

内胎对抗静电、抗老化的要求相对低一些，更重要的是对减震性能的要求，因此采用纳米聚氨酯空气弹性体内胆的配方。具体的配料如下：多元醇预聚体、发泡剂、抗老化剂(防紫外线、防氧化)、聚氨酯交连剂、阻燃剂。所述内胎由纳米聚氨酯空气弹性体内胆制成，各组份按质量份含量如下：多元醇预聚体60-85％、发泡剂2-5％、抗老化剂(防紫外线、防氧化)1-3％、聚氨酯交连剂7-15％、阻燃剂7-15％。

外胎的浇注工艺为加压浇注，内胆采用发泡浇注。具体的工艺流程如下：

将多元醇预聚体注入料杯中加热至70-95℃，然后按照多元醇预聚体与发泡剂25～32：1的比例(根据最终产品的要求确定具体比例)加入发泡剂，再加入抗老化剂(防紫外线、防氧化)1-3％、阻燃剂7-15％，几者搅拌均匀融为一体；同时利用加热设备融化7-15％的聚氨酯交连剂，待聚氨酯交连剂融化为液体后快速注入料中，搅拌均匀。接下来，将混合好的料注入发泡模具中，采取发泡浇注法发泡浇注。约2-10分钟，待发泡完全结束(不再发泡)，放入加温室中，将温度调至85-90℃加温20-30分钟。从模具中取出，发泡体内胆即制作完成。

采用加压浇注的方法浇注外胎，这样的方法可保证外胎耐磨耐用。将多元醇预聚体注入料杯中加热至70-95℃，然后加入抗老化剂(防紫外线、防氧化)1-3％、阻燃剂7-15％、纳米纤维2-5％、填料(着色剂、抗静电剂)1-5％，几者搅拌均匀融为一体；同时利用加热设备融化7-15％的聚氨酯交连剂，待聚氨酯交连剂融化为液体后快速注入料中，搅拌均匀。将混合好的料注入模具中，将发泡体内胆悬浮其中，将温度调至85-90℃，采用加压浇注法浇注外胎。经过测算和试验，在高温状态下(80-90℃)，施加1.5-2.5MPa的压力，采取高温高压浇注法，待成型后能承受1.5-1.6MPa压力，足够自行车、电动车的轮胎使用。浇注约20-30分钟，产品成型。从模具中取出，聚氨酯外胎即制作完成，外胎与内胆一体成型，牢固可靠。

以上步骤完成后，将轮胎放入硫化室中硫化6-8小时，产品即全部制作完成。本发明所述轮胎为一体成型，结构可靠，连接牢固，可小件生产，也可大批量生产，应用面广。

依上述工艺，具体实施时，根据不同的自行车(如山地车、公路车、童车自行车)对胎压的不同要求，及道路的情况，制定具体的组份含量，施加相应的压力，即可生产出所需的产品。

实施例2

一种使用本发明的纳米聚氨酯空气弹性体制备的交通防护栏。

先利用发泡技术制备内部带孔的聚氨酯空气弹性体内胆，利用发泡后的超强减震性能。各组份配料如下：多元醇预聚体(聚醚型)75-85％、发泡剂3-5％、抗老化剂(防紫外线、防氧化)2-3％、阻燃剂10-15％。工艺如下：将多元醇预聚体注入料杯中加热至70-95℃，然后按照多元醇预聚体与发泡剂20～25：1的比例加入发泡剂，再加入2-3％的抗老化剂(防紫外线、防氧化)、10-15％的阻燃剂，几者搅拌均匀融为一体后，注入发泡模具中发泡(此处最便利之处在于可室温发泡，高低温均不影响发泡效果)约1-3分钟，待发泡完全结束(不再发泡)，放入加温室中，将温度调至85-90℃加温20-30分钟。发泡体即制作完成，可从模具中取出，就是成型的发泡体。

聚氨酯外套采用聚氨酯加压浇注法制作。具体的各组份配料如下：多元醇预聚体(聚醚型)60-75％、抗老化剂(防紫外线、防氧化)1-3％、聚氨酯交连剂7-15％、玻璃微珠反光粉1.5-1.8％、石棉2-4％、阻燃剂10-15％、填料(如着色剂、抗静电剂)1-5％。采用加压浇法浇注聚氨酯外套，将反光层直接浇注于聚氨酯外套的表面。将多元醇预聚体注入料杯中加热至70-95℃，然后加入抗老化剂(防紫外线、防氧化)1-3％、阻燃剂7-15％、石棉2-5％、填料(着色剂、抗静电剂)1-5％，几者搅拌均匀融为一体；同时利用加热设备化7-15％的聚氨酯交连剂，待聚氨酯交连剂融化为液体后快速注入料中，搅拌均匀。将混合好的料注入模具中，将发泡的空气弹性体悬浮其中，将温度调至85-90℃，采用加压浇注法浇注外套。浇注约20-30分钟，产品成型。从模具中取出，放入硫化室中硫化6-8小时，聚氨酯套筒即制作完成。按此工艺制作的聚氨酯套筒的外表面有反光层，能有效反射光线，回归反射的反光亮度可帮助人们在夜间或视线不佳的情况下看得更清楚，从而确保安全。

组装工艺如下：立柱的上部设置有防护帽，可防止水、污泥、灰尘等进入立柱内腐蚀轴，将聚氨酯套筒放在相应位置，然后装中间垫，每2个套筒之间用中间垫隔离，避免互相干扰；摆放好后将立柱装入架子上，使套筒正好套于立柱上动配合。

本工艺所述防护栏套筒，工艺合理，装配简单，拆卸、维修方便，利用空气弹性体的纳米级微孔，调节空气腔的大小，利用其吸收震动和撞击的特性，当车辆撞击护栏时可对护栏提供充分的保护，能够卸掉大部分的撞击力；同时利用反光性能帮助人们在夜间或视线不佳的情况下看得更清楚，反光层直接浇注于产品上，避免反光涂层或反光条掉落而影响使用效果，从而最大程度保护车辆、人身和公共财产的安全。。

实施例3

纳米聚氨酯空气弹性体作为皮带机缓冲床的缓冲体使用

将纳米聚氨酯空气弹性体内胆作为皮带机缓冲床的缓冲体，缓冲效果好，可有效减轻物体下落对皮带的冲击力，由于其优秀的自调节能力，适用于各种各样的皮带运行环境。主要包括空气弹性体、聚氨酯缓冲垫、底座、螺栓、连接筋板和滑槽架。

聚氨酯缓冲垫将空气弹性体内胆完全包裹在中间，采用二次浇注法一体成型，连接更牢固，缓冲效果更理想。内部的空气弹性体工艺与上述公路防护栏的聚氨酯空气弹性体含量和工艺相同，不再赘述。聚氨酯缓冲垫各组份配料如下：多元醇预聚体70-85％、抗老化剂(防紫外线、防氧化)1-3％、聚氨酯交连剂9-15％、阻燃剂7-15％、填料(如着色剂、抗静电剂)1-5％。聚氨酯缓冲垫采用悬浮浇注法进行加工。将发泡体放入特制模具中，采用悬空的方法固定后，开始第二次浇注。将多元醇预聚体放入加温室，将料加热至70-95℃；利用加热设备融化聚氨酯交连剂，待聚氨酯交连剂融化为液体后快速注入料中，搅拌均匀；同时注入其他添加剂，1-3％的抗老化剂、7-15％的的阻燃剂、1-5％的填料等，并搅拌均匀。将搅拌后的料注入模具中，放入加温室(温度控制在70-95℃)中采用加压浇注法浇注25-30分钟，待成型后从模具中取出，放入硫化室中硫化6-8小时，应用于缓冲床的缓冲体即制作完成。

使用时，空气弹性体内胆与聚氨酯缓冲垫采用二次浇注法一体浇注成缓冲体，用螺栓将缓冲体固定于底座上，底座与连接筋板、滑槽架焊接牢固，缓冲床体即制作完成，在床体固定上缓冲条便可制作出缓冲床。

实施例4

采用普通二次浇注法制作成缓冲体。采用实施例1或2中的聚氨酯空气弹性体作为内部空气弹性体。外部浇注体应更看重阻燃、抗静电、耐磨性能，各组份配料如下：多元醇预聚体(聚醚型)65-75％、抗老化剂(防紫外线、防氧化)2-3％、聚氨酯交连剂9-15％、阻燃剂10-15％、石墨2-3％(增加导通性)、填料(如着色剂、抗静电剂)3-5％。采用悬浮浇注法进行加工。将发泡体放入特制模具中，采用悬空的方法固定后，开始第二次浇注。将多元醇预聚体放入加温室，将料加热至70-95℃；利用加热设备融化聚氨酯交连剂，待聚氨酯交连剂融化为液体后快速注入料中，搅拌均匀；同时注入其他添加剂，并搅拌均匀。将搅拌后的料注入模具中，放入加温室(温度控制在70-95℃)中加压浇注25-30分钟，待成型后从模具中取出，放入硫化室中硫化6-8小时，缓冲体即制作完成。内部的空气发泡体可通过调节空气腔的大小，从而适应不同的场合和需要，实时调节缓冲力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米聚氨酯空气弹性体，其特征在于，所述纳米聚氨酯空气弹性体的制备方法包括：

1)纳米聚氨酯空气弹性体内胆的制备:将多元醇预聚体加热至70-95℃，依次加入发泡剂、抗老化剂和阻燃剂搅拌均匀；同时将聚氨酯交连剂加热至融化为液体后加入，搅拌均匀得到待用溶液；将混合好的料液注入发泡模具中，至发泡完全，温室中加温静置，得到内胆；

2)纳米聚氨酯空气弹性体外套的制备:将多元醇预聚体加热至70-95℃，加入抗老化剂、阻燃剂、纳米纤维填料、添加剂，几者搅拌均匀融为一体；同时将聚氨酯交连剂加热至融化为液体后加入，搅拌均匀；将混合好的料液注入发泡模具中，将步骤1)中制备好的纳米聚氨酯空气弹性体内胆悬浮在料液中，采用加压浇注法浇注外套。

2.根据权利要求1所述的纳米聚氨酯空气弹性体，其特征在于，所述步骤2)中的纳米纤维填料为纳米硼纤维、微米级玻璃纤维，及石棉纤维。

3.根据权利要求1所述的纳米聚氨酯空气弹性体，其特征在于，所述步骤2)中的添加剂为着色剂、抗静电剂、反光粉或者石墨中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的纳米聚氨酯空气弹性体，其特征在于，所述步骤1)中的原料按照重量份计包括：多元醇预聚体60-85重量份，发泡剂2-5重量份，抗老化剂1-3重量份，阻燃剂7-15重量份和聚氨酯交连剂7-15重量份。

5.根据权利要求1所述的纳米聚氨酯空气弹性体，其特征在于，所述步骤2)中的原料按照重量份计包括：多元醇预聚体60-75重量份、抗老化剂1-3重量份、阻燃剂7-15重量份、纳米纤维填料2-5重量份、添加剂1-8重量份和聚氨酯交连剂7-15重量份。

6.根据权利要求1所述的纳米聚氨酯空气弹性体，其特征在于，所述步骤1)中，发泡温度为85-90℃，发泡压力为0.1-1.1MPa,发泡时间为2-10分钟，静置温度为85-90℃，静置时间为20-30分钟。

7.根据权利要求1所述的纳米聚氨酯空气弹性体，其特征在于，浇注温度为85-90℃，浇注环境压力为1.5-2.5Mpa,固化时间为20-30分钟。

8.一种纳米聚氨酯空气弹性体在轮胎制备领域的应用。

9.一种纳米聚氨酯空气弹性体在交通安全设备领域的应用。

10.一种纳米聚氨酯空气弹性体在电控系统的防震缓冲领域的应用。