CN110305291B - 一种聚氨酯组合料及哑铃铃片的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯组合料及哑铃铃片的成型方法，包括两组分，预聚物组分：混合异氰酸酯和官能度为2或3的环氧丙烷聚醚多元醇反应得到的NCO含量为10％‑20％的预聚物，混合异氰酸酯选自聚合MDI与MDI或MDI50之一组成的两种混合物，聚合MDI的重量为混合异氰酸酯总量的10％‑90％；多元醇组分：官能度为3的环氧丙烷聚醚多元醇，混合固化剂和催化剂，脱水至水分小于0.05％得到的组分；所述混合固化剂为官能度为2的胺类固化剂和官能度为3的醇胺类固化剂的混合物，官能度为3的醇胺类固化剂占混合固化剂总量的5％‑10％。预聚物组份和多元醇组份按质量比100∶(90‑200)混合，物料温度30‑40℃，模具温度60‑70℃，将混合物料浇注入带有哑铃铃片金属芯的模具中，10‑15min脱模，得到制品。

Description

一种聚氨酯组合料及哑铃铃片的成型方法
技术领域
本发明属于聚氨酯弹性体领域，特别涉及一种用于哑铃包胶的聚氨酯弹性体组合物及其制品的成型方法。
背景技术
传统哑铃是用金属制成，使用中容易砸伤地面，为了克服这种缺陷，出现了包裹橡胶层的包胶哑铃。由于橡胶成型工艺繁琐、材料强度低、与金属粘接性不牢固和橡胶气味问题，影响了其应用的扩展。聚氨酯材料是一种由软硬嵌段构成的共聚物，其硬度可调范围宽，具有良好的机械性能，具有加工工艺简单和生产效率高的特点。但目前国内用于哑铃包胶的聚氨酯材料多为TDI-MOCA体系，大量游离的TDI存在于预聚物中，在生产加工中会对人体造成较大伤害。而采用MDI体系的聚氨酯材料，存在物料使用温度、固化温度与哑铃成型条件不匹配、制品脱模时间长和固化后材料表面容易出现气泡等工艺性问题；此外，为了延长哑铃铃片的使用寿命，需要对内部金属包胶面进行处理，提高聚氨酯材料与金属材料的粘接强度，提高铃片的耐摔性、耐变形性。
专利文献CN101096407B公开了一种双组份透明聚氨酯弹性体组合料，预聚物组分聚醚多元醇与至少含有甲苯二异氰酸酯的混合异氰酸酯组成；聚合物组分主要由聚醚多元醇和3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)组成。专利文献CN104941122A公开了哑铃铃片PU料，其组成也为TDI-MOCA体系。
专利文献CN102558496B公开了一种室温固化聚氨酯弹性体组合物，预聚物组分为聚醚多元醇和4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-100)或液化MDI中的一种或两种异氰酸酯混合物反应得到，NCO含量12-13％；聚合物组份为数均分子量2000-6000的聚环氧丙烷醚多元醇和MOCA、3，5-二甲硫基甲苯二胺(E300)或2，4-二氨基-3，5-二甲硫基氯苯(TX-2)组成。其物料主要用于室温固化，当采用MOCA固化时，固化速度慢，脱模时间较长；而采用E300和TX-2固化时前期固化速度较快，后期脱模时间较长，聚氨酯制品中往往伴随着缺陷和气泡产生，并且材料的成本较高。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚氨酯组合料，该组合料用于制备哑铃铃片时，可以实现快速脱模，消除制品气泡和缺陷，延长哑铃使用寿命并降低制造成本。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种以该聚氨酯组合料制备哑铃铃片制品的成型方法。
为解决第一个技术技术问题，本发明提供一种聚氨酯弹性体组合料，包括预聚物组分和多元醇组分两组分，以质量百分数计包括：
预聚物组分：37.85％-71.5％的混合异氰酸酯和28.5％-62.15％的官能度为2或3数均分子量1000-3000的环氧丙烷聚醚多元醇在70-90℃反应2-3h，得到的NCO含量为10％-20％的预聚物，其中混合异氰酸酯选自聚合MDI与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或2，4’含量50％的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI50)之一组成的两种混合物，其中聚合MDI的重量为混合异氰酸酯总量的10％-90％。所述聚合MDI官能度f为2～3。
多元醇组分：74.06％-78.85％官能度为3数均分子量2000-6000的环氧丙烷聚醚多元醇，21％-25.89％混合固化剂和0.05％-0.2％催化剂，在90-110℃、-0.095MPa下脱水至水分小于0.05％得到的组分；所述混合固化剂为官能度为2的胺类固化剂和官能度为3的醇胺类固化剂的混合物，其中官能度为3的醇胺类固化剂占混合固化剂总量的5％-10％。优选3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)和三异丙醇胺(TIPA)的混合物。
所述催化剂优选有机铋、有机锌、有机锆或铋、锌复合催化剂等中的一种或多种。
为解决第二个技术问题，本发明提供一种哑铃铃片的成型方法：预聚物组份和多元醇组份按质量比100∶(90-200)混合，物料温度30-40℃，模具温度60-70℃，将混合物料浇注入带有哑铃铃片金属芯的模具中，10-15分钟脱模，得到硬度邵A85-95的聚氨酯弹性体制品。
所述金属芯表面应洁净，推荐处理工艺为对金属芯表面进行喷砂处理5-10分钟至表面均匀，然后用溶剂二氯甲烷进行清洗干净，更进一步涂刷胶黏剂。
本发明的优点在于：采用聚醚多元醇和聚合MDI、两官能度MDI合成预聚物组分，由聚醚多元醇、胺类固化剂、醇胺类固化剂以及环保催化剂组成多元醇组分。材料在短时间内具有较好的初始脱模强度，10-15分钟可脱模，减少了脱模时间，提高了制品的生产效率；物料的操作温度降低至30-40℃，模具温度降低至60-70℃，降低了生产成本。本发明的工艺简单，可低温固化，快速成型，安全环保，制品具有优异的力学性能和良好的工艺性能，使用寿命长。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。实施例所述百分数为质量百分数。实施例中的原料如下：
PPG1000：数均分子量1000，聚环氧丙烷二元醇；
PPG2000：数均分子量2000，聚环氧丙烷二元醇；
MN3050：数均分子量3000，聚环氧丙烷三元醇；
EP330N：数均分子量5000，聚环氧丙烷三元醇；
EP3600：数均分子量6000，聚环氧丙烷三元醇；
MDI100：4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯；
MDI50：2，4’含量50％，4，4’含量50％的二苯基甲烷二异氰酸酯；
聚合MDI：官能度2-3，NCO＝30％；
MOCA：3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷；
TIPA：三异丙醇胺
实施例1
预聚物组分：官能度2、分子量1000的聚醚多元醇(PPG1000)55.68％，和(MDI100)39.92％和(聚合MDI)4.4％在70-90℃反应3h，得到异氰酸酯根含量为10％的预聚物；
多元醇组分：官能度3、分子量5000的聚醚多元醇(EP330N)78.85％，扩链剂(MOCA)20％和(TIPA)1％，有机锌催化剂0.15％，在90-110℃，真空(-0.095MPa)下脱水至水分小于0.05％，得到多元醇组分。
将预聚物组分和多元醇组分按照质量比100/100的比例混合，搅拌均匀。将已喷砂和溶剂清洗后的金属芯材放入已预热好的模具中，将物料浇入，15分钟脱模，得到邵A85的聚氨酯弹性体制品。
实施例2
预聚物组分：官能度2、分子量2000的聚醚多元醇(PPG2000)62.15％，和(MDI50)34.06％和(聚合MDI)3.79％在70-90℃反应3h，得到异氰酸酯根含量为10％的预聚物；
多元醇组分：官能度3、分子量6000的聚醚多元醇(EP3600)74.06％，扩链剂(MOCA)24.57％和(TIPA)1.32％，有机锌催化剂0.05％，在90-110℃，真空(-0.095MPa)下脱水至水分小于0.05％，得到多元醇组分。
将预聚物组分和多元醇组分按照质量比100/90的比例混合，搅拌均匀。将已喷砂和溶剂清洗后的金属芯材放入已预热好的模具中，将物料浇入，12分钟脱模，得到邵A90的聚氨酯弹性体制品。
实施例3
预聚物组分：官能度3、分子量3000的聚醚多元醇(MN3050)31.83％，和(MDI100)6.81％和(聚合MDI)61.36％在70-90℃反应3h，得到异氰酸酯根含量为20％的预聚物；
多元醇组分：官能度3、分子量5000的聚醚多元醇(EP330N)77.73％，扩链剂(MOCA)19.86％和(TIPA)2.26％，有机锌催化剂0.15％，在90-110℃，真空(-0.095MPa)下脱水至水分小于0.05％，得到多元醇组分。
将预聚物组分和多元醇组分按照质量比100/200的比例混合，搅拌均匀。将已喷砂和溶剂清洗后的金属芯材放入已预热好的模具中，将物料浇入，10分钟脱模，得到邵A95的聚氨酯弹性体制品。
对比例1
预聚物组分：官能度2、分子量1000的聚醚多元醇(PPG1000)56.19％，和(MDI100)43.81％在70-90℃反应3小时，得到异氰酸酯根含量为10％的预聚物；
多元醇组分：官能度3、分子量5000的聚醚多元醇(EP330N)76.05％，扩链剂(MOCA)23.8％，有机锌催化剂0.15％，在90-110℃，真空(-0.095MPa)下脱水至水分小于0.05％，得到多元醇组分。
将预聚物组分和多元醇组分预热到50-60℃，按照质量比100/100的比例混合，搅拌均匀。将已喷砂和溶剂清洗后的金属芯材放入已预热好的模具中，将物料浇入，20分钟脱模，得到邵A85的聚氨酯弹性体制品。
表1实施例1-3和对比例1实验结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
硬度(邵A) 85 90 95 85
拉伸强度(MPa) 14 17 20 14
伸长率(％) 320 320 310 350
撕裂强度(kN) 42 50 60 45
脱模时间(分钟) 15 12 10 20
直径小于1mm的气泡数量(个) ＜8 ＜8 ＜8 ＞20
耐摔打次数(次) ＞2000 ＞3000 ＞6000 500
注：哑铃片制品表面要求：以5kg标准铃片为标准，盘面应无材料缺陷，表面光洁，并且气泡直径小于1mm的气泡数量不大于10个。气泡直径大于1mm的气泡视为盘面有材料缺陷。
耐摔打次数计数方法：以5kg标准铃片为标准，在1m高处反复自由落体，发生材料开裂、聚氨酯材料和金属芯分离等问题时的落体次数，记为耐摔打次数。

Claims (6)

1.一种聚氨酯弹性体组合料，包括预聚物组分和多元醇组分两组分，以质量百分数计包括：
预聚物组分：37.85％-71.5％的混合异氰酸酯和28.5％-62.15％的官能度为2或3数均分子量1000-3000的环氧丙烷聚醚多元醇在70-90℃反应2-3h，得到的NCO含量为10％-20％的预聚物，其中混合异氰酸酯选自聚合MDI与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或2，4’含量50％的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI50)之一组成的两种混合物，其中聚合MDI的重量为混合异氰酸酯总量的10％-90％；
多元醇组分：74.06％-78.85％官能度为3数均分子量2000-6000的环氧丙烷聚醚多元醇，21％-25.89％混合固化剂和0.05％-0.2％催化剂，脱水至水分小于0.05％得到的组分；所述混合固化剂是3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)和三异丙醇胺(TIPA)的混合物，其中TIPA占混合固化剂总量的5％-10％。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体组合料，聚合MDI的官能度为2～3。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯弹性体组合料，催化剂是指有机铋、有机锌、有机锆或铋、锌复合催化剂中的一种或多种。
4.一种权利要求1～3之一所述的聚氨酯弹性体组合料制备哑铃铃片的成型方法，包括以下步骤：预聚物组分和多元醇组分按质量比100∶(90-200)混合，物料温度30-40℃，模具温度60-70℃，将混合物料浇注入带有哑铃铃片金属芯的模具中，10-15分钟脱模，得到硬度邵A85-95的聚氨酯弹性体制品。
5.根据权利要求4所述的成型方法，其特征是对金属芯表面进行喷砂处理5-10分钟至表面均匀，然后用溶剂二氯甲烷进行清洗。
6.根据权利要求5所述的成型方法，金属芯表面清洗后涂刷有胶黏剂。
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