CN110819098B - 一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法 - Google Patents

一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维，在拉丝操作的同时，在拉丝口通过压缩空气喷出氧化镁纳米粉末，并随玻璃液冷却凝固为玻璃纤维，氧化镁纳米粉末嵌入于玻璃纤维的外周；步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为0.3‑2的酸液中浸泡20‑40min，将玻璃纤维取出水洗，烘干；步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至聚氨酯熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。该聚氨酯纤维复合材料有效地提高了玻璃纤维和聚氨酯的结合强度，提高聚氨酯纤维复合材料的耐弯折性能。

Description

一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法。
背景技术
热塑性高分子材料因其具有耐腐蚀、比重小、易加工等特点，被广泛应用于日常生活用品、服装服饰、汽车装饰等行业。目前，利用热塑性高分子，尤其是热塑性聚氨酯弹性体，作为鞋底材料具有较好的应用效果，热塑性聚氨酯弹性具有较好的弹性，在运动过程中能够给予合适的弹性，保证脚底的舒适性。而鞋底长期摩擦经受冲击，是运动鞋最容易出现磨损的部位，目前，利用热塑性高分子来制备纤维织物复合材料是本领域发展的新方向。加入的纤维能够有效提高热塑性聚氨酯弹性体的耐磨损和强度，然而由于纤维与热塑性聚氨酯的亲和性较低，在长期弯折的过程中容易造成纤维表面与热塑性聚氨酯的脱离，从而影响鞋材的耐弯折强度和耐久性。
发明内容
针对现有聚氨酯纤维复合材料存在结合强度低，影响耐弯折强度和耐久性的问题，本发明公开了一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，能够有效提高聚氨酯纤维复合材料的强度和性能。
本发明提供了一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下操作步骤
步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维，在拉丝操作的同时，在拉丝口通过压缩空气喷出氧化镁纳米粉末，并随玻璃液冷却凝固为玻璃纤维，氧化镁纳米粉末嵌入于玻璃纤维的外周；
步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为0.3-2的酸液中浸泡20-40min，将玻璃纤维取出水洗，烘干；
步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至聚氨酯熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。
进一步的，所述玻璃纤维的长度为1-5mm。
进一步的，所述氧化镁纳米粉末的粒径为30-500nm。
进一步的，所述石英粉和所述氧化镁纳米粉末的质量比例为99-99.8：0.2-1。
进一步的，所述酸液为8-11％的盐酸。
进一步的，所述熔融的温度为1750℃-1831℃，将石英粉熔融后保持温度10-20min后进行拉丝。
进一步的，步骤二中，对玻璃纤维进行水洗后，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维的表面继续处理，将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维烘干。
进一步的，所述聚氨酯熔体选自热塑性聚氨酯弹性体熔体。
进一步的，所述聚氨酯纤维复合材料中还加入有发泡剂进行发泡。
本聚氨酯纤维复合材料的制备方法，在进行玻璃纤维的拉丝口处，将氧化镁纳米粉末喷射于玻璃纤维的表面，此时玻璃纤维还未固化，具有较好的粘附性，从而使得氧化镁纳米粉末嵌入于所述玻璃纤维的表面，再通过酸液的处理，能够将玻璃纤维表面的氧化镁去除，在玻璃纤维的表面形成纳米孔洞，进而有效提高玻璃纤维表面的粗糙度，由于氧化镁纳米粉末没有嵌入至玻璃纤维的内芯，从而不会对玻璃纤维本身的结构强度产生影响，在玻璃纤维与聚氨酯熔体接触时，聚氨酯熔体能够渗入到所述纳米孔洞中，进而有效地提高了玻璃纤维和聚氨酯的结合强度，提高聚氨酯纤维复合材料的耐弯折性能。
具体实施方式
本发明公开了一种聚氨酯纤维复合材料，能够有效提高聚氨酯纤维复合材料的强度和性能。
下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下操作步骤
步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维，在拉丝操作的同时，在拉丝口通过压缩空气喷出氧化镁纳米粉末，并随玻璃液冷却凝固为玻璃纤维，氧化镁纳米粉末嵌入于玻璃纤维的外周；
步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为0.3-2的酸液中浸泡20-40min，将玻璃纤维取出水洗，烘干；
步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至聚氨酯熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。
本聚氨酯纤维复合材料的制备方法，在进行玻璃纤维的拉丝口处，将氧化镁纳米粉末喷射于玻璃纤维的表面，此时玻璃纤维还未固化，具有较好的粘附性，从而使得氧化镁纳米粉末嵌入于所述玻璃纤维的表面，再通过酸液的处理，能够将玻璃纤维表面的氧化镁去除，在玻璃纤维的表面形成纳米孔洞，进而有效提高玻璃纤维表面的粗糙度，由于氧化镁纳米粉末没有嵌入至玻璃纤维的内芯，从而不会对玻璃纤维本身的结构强度产生影响，在玻璃纤维与聚氨酯熔体接触时，聚氨酯熔体能够渗入到所述纳米孔洞中，进而有效地提高了玻璃纤维和聚氨酯的结合强度，提高聚氨酯纤维复合材料的耐弯折性能。
采用短切纤维能够避免玻璃纤维在拉伸的过程中断裂，所述玻璃纤维的长度过短，则难以起到增强强度的作用；所述玻璃纤维过长会导致聚氨酯纤维复合材料难以拉伸，从而影响其弯折能力。在优选的实施例中，所述玻璃纤维的长度为1-5mm。
在一实施例中，所述氧化镁纳米粉末的粒径为30-500nm。
若所述氧化镁纳米粉末的粒径过低，则难以在后续的酸液处理中形成合适的孔洞；若所述氧化镁纳米粉末的粒径过高，则难以使所述氧化镁纳米粉末嵌入到玻璃纤维的表面。
在一实施例中，所述石英粉和所述氧化镁纳米粉末的质量比例为99-99.8：0.2-1。
在一实施例中，所述酸液为8-11％的盐酸。
在一实施例中，所述熔融的温度为1750℃-1831℃，将石英粉熔融后保持温度10-20min后进行拉丝。
在一实施例中，步骤二中，对玻璃纤维进行水洗后，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维的表面继续处理，将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维烘干。
通过硅烷偶联剂的处理，能够提升所述玻璃纤维与聚氨酯材料的亲和性，进而利于玻璃纤维和聚氨酯熔体的混合，提高结合强度。
在一实施例中，所述聚氨酯熔体选自热塑性聚氨酯弹性体熔体。
热塑性聚氨酯弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶，简称TPU，是一种(AB)n型嵌段线性聚合物，A为高分子量(1000-6000)的聚酯或聚醚，B为含2-12直链碳原子的二醇，AB链段间化学结构是二异氰酸酯。热塑性聚氨酯橡胶靠分子间氢键交联或大分子链间轻度交联，随着温度的升高或降低，这两种交联结构具有可逆性。在熔融状态或溶液状态分子间力减弱，而冷却或溶剂挥发之后又有强的分子间力连接在一起，恢复原有固体的性能。
在一实施例中，所述聚氨酯纤维复合材料中还加入有发泡剂进行发泡。
在发泡条件下，能够提高聚氨酯纤维复合材料的柔韧度，优选采用超临界气体发泡。
以下通过具体实施例对本发明进行进一步的说明：
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维，在拉丝操作的同时，在拉丝口通过压缩空气喷出氧化镁纳米粉末，所述氧化镁纳米粉末的粒径为30-50nm，并随玻璃液冷却凝固为玻璃纤维，氧化镁纳米粉末嵌入于玻璃纤维的外周，所述石英粉和所述氧化镁纳米粉末的质量比例为99.8：0.2；
步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为2的盐酸中浸泡20min，将玻璃纤维取出水洗，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维的表面继续处理，将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维烘干；
步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至热塑性聚氨酯弹性体熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。
步骤四：将聚氨酯纤维复合材料挤出为板状材料，经过二氧化碳超临界发泡得到发泡板材。
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维，在拉丝操作的同时，在拉丝口通过压缩空气喷出氧化镁纳米粉末，所述氧化镁纳米粉末的粒径为60-100nm，并随玻璃液冷却凝固为玻璃纤维，氧化镁纳米粉末嵌入于玻璃纤维的外周，所述石英粉和所述氧化镁纳米粉末的质量比例为99.5：0.5；
步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为0.5的盐酸中浸泡20min，将玻璃纤维取出水洗，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维的表面继续处理，将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维烘干；
步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至热塑性聚氨酯弹性体熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。
步骤四：将聚氨酯纤维复合材料挤出为板状材料，经过二氧化碳超临界发泡得到发泡板材。
实施例3
本实施例用于说明本发明公开的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维，在拉丝操作的同时，在拉丝口通过压缩空气喷出氧化镁纳米粉末，所述氧化镁纳米粉末的粒径为80-120nm，并随玻璃液冷却凝固为玻璃纤维，氧化镁纳米粉末嵌入于玻璃纤维的外周，所述石英粉和所述氧化镁纳米粉末的质量比例为99.3：0.7；
步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为0.5的盐酸中浸泡20min，将玻璃纤维取出水洗，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维的表面继续处理，将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维烘干；
步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至热塑性聚氨酯弹性体熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。
步骤四：将聚氨酯纤维复合材料挤出为板状材料，经过二氧化碳超临界发泡得到发泡板材。
对比例1
本对比例用于对比说明本发明公开的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维；
步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为0.5的盐酸中浸泡20min，将玻璃纤维取出水洗，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维的表面继续处理，将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维烘干；
步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至热塑性聚氨酯弹性体熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。
步骤四：将聚氨酯纤维复合材料挤出为板状材料，经过二氧化碳超临界发泡得到发泡板材。
对比例2
本对比例用于对比说明本发明公开的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：
步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维，在拉丝操作的同时，在拉丝口通过压缩空气喷出氧化镁纳米粉末，所述氧化镁纳米粉末的粒径为80-120nm，并随玻璃液冷却凝固为玻璃纤维，氧化镁纳米粉末嵌入于玻璃纤维的外周，所述石英粉和所述氧化镁纳米粉末的质量比例为99.3：0.7；
步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为7的水中浸泡20min，将玻璃纤维取出水洗，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维的表面继续处理，将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维烘干；
步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至热塑性聚氨酯弹性体熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。
步骤四：将聚氨酯纤维复合材料挤出为板状材料，经过二氧化碳超临界发泡得到发泡板材。
性能测试
将实施例1-3和对比例1和2得到的发泡板材裁切成20cm*10cm*3cm规格的板材，将裁切后的板材长度方向的两端分别固定于左右两个气缸上，通过气缸推动将板材的两端相互靠近贴合和分离，记录试验次数和板材状态如下表：
Figure BDA0002265277030000071
由上表的测试结果可知，通过本发明提供的制备方法制备得到的聚氨酯纤维复合材料具有较好的抗弯折性能，能够有效避免材料在长期弯折的过程中产生形变和裂痕，特别适用于作为鞋材或其他的缓冲材料使用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤
步骤一：将石英粉投入至高温炉中进行熔融，熔融的玻璃液经过拉丝机拉制成玻璃纤维，在拉丝操作的同时，在拉丝口通过压缩空气喷出氧化镁纳米粉末，并随玻璃液冷却凝固为玻璃纤维，氧化镁纳米粉末嵌入于玻璃纤维的外周，所述氧化镁纳米粉末的粒径为30-500nm；
步骤二：将玻璃纤维投入至PH值为0.3-2的酸液中浸泡20-40min，将玻璃纤维取出水洗，烘干；
步骤三：将玻璃纤维制备成短切纤维，投入至聚氨酯熔体中搅拌混合，冷却凝固后得到聚氨酯纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为1-5mm。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述石英粉和所述氧化镁纳米粉末的质量比例为99-99.8：0.2-1。
4.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述酸液为8-11％的盐酸。
5.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为1750℃-1831℃，将石英粉熔融后保持温度10-20min后进行拉丝。
6.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，对玻璃纤维进行水洗后，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维的表面继续处理，将硅烷偶联剂处理后的玻璃纤维烘干。
7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯熔体选自热塑性聚氨酯弹性体熔体。
8.根据权利要求1所述的一种聚氨酯纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯纤维复合材料中还加入有发泡剂进行发泡。
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