CN111808254A - 一种pu冲浪板板芯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PU冲浪板板芯及其制备方法，由以下质量比例的原料制成：聚醚多元醇80‑100、二苯基甲烷二异氰酸酯150‑200、2‑(2‑羟基‑5‑叔辛基苯基)苯并三唑20‑25、玻璃纤维10‑15、发泡剂3‑5、泡沫稳定剂1‑3、催化剂2‑4、阻燃剂6‑8。本发明PU冲浪板板芯，结合常规PU制备工艺的基础上，通过对聚氨酯发泡材料的连续增强改性，以提高其作为冲浪板板芯的物理性能，通过与聚氨酯界面间形成机械能协同传递作用来间接提高聚氨酯材料的力学性能，同时结合有机小分子对聚氨酯结构上的增强，大大提高了材料的整体性能，同时玻璃纤维的质轻特性，能有效减少材料质量，更利于其作为冲浪板提升浮力，增强人的冲浪体验。

Description

一种PU冲浪板板芯及其制备方法
技术领域
本发明属于冲浪板加工生产技术领域，尤其涉及一种PU冲浪板板芯及其制备方法。
背景技术
冲浪是以海浪为动力的极限运动，因为冲浪板轻巧携带方便，大浪时可做激烈刺激的追浪冲击，小浪时可躺卧其上漂浮水上，享受自然波动的休闲乐趣，十分刺激和享受，因此冲浪运动已经是非常普遍的趣味运动项目之一，最初使用的冲浪板长5米左右，重50-60公斤，第二次世界大战后，出现了泡沫塑料板，板的形状也有改进。随着生活水平的提高，人们对冲浪板的需求越来大。
目前冲浪板的工艺均采用多种材料反复层压粘接的方法生产加工，对板芯的材料和工艺则参差不齐，做出的产品标准不一，在板芯的耐用性方面，现有的板芯看起来很坚固，但是在出海越浪时容易断板，使用寿命很短。聚氨酯材料是使用量最多的、与代复合材料技术中最早使用的复合物基体树脂之一，具有高耐磨、抗撕裂、减振、韧性和疲劳强度高等性能，与冲浪板板芯材料需求特性向符合，因此是制作冲浪板板芯的优秀材料，但传统聚氨酯复合材料在制备使用时，通常需要额外添加扩链剂或交联剂使其固化交联，工艺较为繁琐，且容易产生副作用，同时为了更适合其应对海浪的冲击，人体的重量，需要在材料的力学性能上进一步提升。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种PU冲浪板板芯及其制备方法。
为了实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：
一种PU冲浪板板芯，由以下质量比例的原料制成：聚醚多元醇80-100、二苯基甲烷二异氰酸酯150-200、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑20-25、玻璃纤维10-15、发泡剂3-5、泡沫稳定剂1-3、催化剂2-4、阻燃剂6-8。
优选的，所述的PU冲浪板板芯，由以下质量比例的原料制成：聚醚多元醇90、二苯基甲烷二异氰酸酯180、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑22、玻璃纤维13、发泡剂4、泡沫稳定剂2、催化剂3、阻燃剂7。
进一步的，所述发泡剂为一氟二氯乙烷、环戊烷中的任意一种。
进一步的，所述阻燃剂为膨胀型阻燃剂。
一种如上所述的PU冲浪板板芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇和发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂、阻燃剂混合加入反应罐中，在高速电动搅拌下使其充分混合均匀，之后通入氮气气氛，并在搅拌状态下加入二苯基甲烷二异氰酸酯，继续搅拌反应30-60分钟，至混合液颜色接近发白时停止，取出后真空脱泡备用；
(2)将上述产物溶于10-20倍体积的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积比1：1的混合溶液中，于90-100℃加热40-60分钟，降至室温后向其中加入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑，机械搅拌的同时超声分散，得到均匀的分散液；
(3)按规格取模具进行脱模剂处理，并在模具中铺设玻璃纤维，再将步骤2所得分散液浇于模具中，真空脱泡后于80-90℃固化2-4小时；
(4)将步骤3所得材料送入发泡模具中，通过蒸汽对发泡模具加热，蒸汽温度为150-210℃，保持加热时间3-5分钟，完成后取出材料用锡箔纸包覆，于零下20℃淬火冷却20-30分钟，再于60-70℃真空干燥12-24小时，即得本发明板芯。
进一步的，所述步骤2中超声分散时控制频率为35-45KHz，温度为30-40℃，时间为25-35分钟。
进一步的，所述步骤3中玻璃纤维铺设时按同方向均匀铺设，并在完成后于100-120℃干燥除水1-3小时。
进一步的，所述步骤4中真空干燥期间每隔4-8小时抽一次真空，真空抽至-0.09MPa。
本发明的优点是：
本发明PU冲浪板板芯，结合常规PU制备工艺的基础上，通过对聚氨酯发泡材料的连续增强改性，以提高其作为冲浪板板芯的物理性能。其一是在聚氨酯预聚体制备过程中，通过N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃做溶剂向聚氨酯中引入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑，其作为功能性有机小分子，其上的三唑环易与聚氨酯的苯环上的邻位羟基形成分子内氢键，构成位能较低且相对稳定的六元环结构，同时不参与和聚氨酯的氢键结合，削弱了聚氨酯分子链间的应力，如范德华力、氢键作用等，进而起到了增强作用，提高了聚氨酯材料的拉伸应力，适合其作为冲浪板板芯材料，在经受浪水冲击下不易断裂；其二是在聚氨酯成型过程中，在模具中加入玻璃纤维材料，聚氨酯固化后纤维能够在聚氨酯中均匀分布，并被聚氨酯紧密包裹，玻璃纤维优异的拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性，能通过与聚氨酯界面间形成机械能协同传递作用来间接提高聚氨酯材料的力学性能，同时结合上述有机小分子对聚氨酯结构上的增强，大大提高了材料的整体性能，同时玻璃纤维的质轻特性，能有效减少材料质量，更利于其作为冲浪板提升浮力，增强人的冲浪体验。
具体实施方式
以下结合具体的实例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1
一种PU冲浪板板芯，由以下质量的原料制成：聚醚多元醇80kg、二苯基甲烷二异氰酸酯150kg、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑20kg、玻璃纤维10kg、一氟二氯乙烷3kg、泡沫稳定剂1kg、催化剂2kg、膨胀型阻燃剂6kg。
一种如上所述的PU冲浪板板芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇和一氟二氯乙烷、泡沫稳定剂、催化剂、膨胀型阻燃剂混合加入反应罐中，在高速电动搅拌下使其充分混合均匀，之后通入氮气气氛，并在搅拌状态下加入二苯基甲烷二异氰酸酯，继续搅拌反应30分钟，至混合液颜色接近发白时停止，取出后真空脱泡备用；
(2)将上述产物溶于10倍体积的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积比1：1的混合溶液中，于90℃加热60分钟，降至室温后向其中加入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑，机械搅拌的同时控制频率为35KHz，温度为30℃，超声分散35分钟，得到均匀的分散液；
(3)按规格取模具进行脱模剂处理，并在模具中按同方向均匀铺设玻璃纤维，完成后于100℃干燥除水3小时，再将步骤2所得分散液浇于模具中，真空脱泡后于80℃固化4小时；
(4)将步骤3所得材料送入发泡模具中，通过蒸汽对发泡模具加热，蒸汽温度为150℃，保持加热时间5分钟，完成后取出材料用锡箔纸包覆，于零下20℃淬火冷却20分钟，再于60℃真空干燥24小时，期间每隔8小时抽一次真空，真空抽至-0.09MPa，完成后即得板芯。
实施例2
一种PU冲浪板板芯，由以下质量的原料制成：聚醚多元醇100kg、二苯基甲烷二异氰酸酯200kg、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑25kg、玻璃纤维15kg、环戊烷5kg、泡沫稳定剂3kg、催化剂4kg、膨胀型阻燃剂8kg。
一种如上所述的PU冲浪板板芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇和环戊烷、泡沫稳定剂、催化剂、膨胀型阻燃剂混合加入反应罐中，在高速电动搅拌下使其充分混合均匀，之后通入氮气气氛，并在搅拌状态下加入二苯基甲烷二异氰酸酯，继续搅拌反应60分钟，至混合液颜色接近发白时停止，取出后真空脱泡备用；
(2)将上述产物溶于20倍体积的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积比1：1的混合溶液中，于100℃加热40分钟，降至室温后向其中加入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑，机械搅拌的同时控制频率为45KHz，温度为40℃，超声分散25分钟，得到均匀的分散液；
(3)按规格取模具进行脱模剂处理，并在模具中按同方向均匀铺设玻璃纤维，完成后于120℃干燥除水1小时，再将步骤2所得分散液浇于模具中，真空脱泡后于90℃固化2小时；
(4)将步骤3所得材料送入发泡模具中，通过蒸汽对发泡模具加热，蒸汽温度为210℃，保持加热时间3分钟，完成后取出材料用锡箔纸包覆，于零下20℃淬火冷却30分钟，再于70℃真空干燥12小时，期间每隔4小时抽一次真空，真空抽至-0.09MPa，完成后即得板芯。
实施例3
一种PU冲浪板板芯，由以下质量的原料制成：聚醚多元醇90kg、二苯基甲烷二异氰酸酯180kg、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑22kg、玻璃纤维13kg、环戊烷4kg、泡沫稳定剂2kg、催化剂3kg、阻燃剂7kg。
一种如上所述的PU冲浪板板芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇和环戊烷、泡沫稳定剂、催化剂、膨胀型阻燃剂混合加入反应罐中，在高速电动搅拌下使其充分混合均匀，之后通入氮气气氛，并在搅拌状态下加入二苯基甲烷二异氰酸酯，继续搅拌反应45分钟，至混合液颜色接近发白时停止，取出后真空脱泡备用；
(2)将上述产物溶于15倍体积的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积比1：1的混合溶液中，于95℃加热50分钟，降至室温后向其中加入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑，机械搅拌的同时控制频率为40KHz，温度为35℃，超声分散30分钟，得到均匀的分散液；
(3)按规格取模具进行脱模剂处理，并在模具中按同方向均匀铺设玻璃纤维，完成后于110℃干燥除水2小时，再将步骤2所得分散液浇于模具中，真空脱泡后于85℃固化3小时；
(4)将步骤3所得材料送入发泡模具中，通过蒸汽对发泡模具加热，蒸汽温度为180℃，保持加热时间4分钟，完成后取出材料用锡箔纸包覆，于零下20℃淬火冷却25分钟，再于65℃真空干燥18小时，期间每隔6小时抽一次真空，真空抽至-0.09MPa，完成后即得板芯。
对比例1
同实施例3相比较，在原料中不加入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑及相关工艺，具体如下：
一种PU冲浪板板芯，由以下质量的原料制成：聚醚多元醇90kg、二苯基甲烷二异氰酸酯180kg、玻璃纤维13kg、环戊烷4kg、泡沫稳定剂2kg、催化剂3kg、阻燃剂7kg。
一种如上所述的PU冲浪板板芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇和环戊烷、泡沫稳定剂、催化剂、膨胀型阻燃剂混合加入反应罐中，在高速电动搅拌下使其充分混合均匀，之后通入氮气气氛，并在搅拌状态下加入二苯基甲烷二异氰酸酯，继续搅拌反应45分钟，至混合液颜色接近发白时停止，取出后真空脱泡备用；
(2)按规格取模具进行脱模剂处理，并在模具中按同方向均匀铺设玻璃纤维，完成后于110℃干燥除水2小时，再将步骤1所得产品浇于模具中，真空脱泡后于85℃固化3小时；
(3)将步骤2所得材料送入发泡模具中，通过蒸汽对发泡模具加热，蒸汽温度为180℃，保持加热时间4分钟，完成后取出材料用锡箔纸包覆，于零下20℃淬火冷却25分钟，再于65℃真空干燥18小时，期间每隔6小时抽一次真空，真空抽至-0.09MPa，完成后即得板芯。
对比例2
同实施例3相比较，在原料中不加入玻璃纤维及相关工艺，具体如下：
一种PU冲浪板板芯，由以下质量的原料制成：聚醚多元醇90kg、二苯基甲烷二异氰酸酯180kg、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑22kg、环戊烷4kg、泡沫稳定剂2kg、催化剂3kg、阻燃剂7kg。
一种如上所述的PU冲浪板板芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇和环戊烷、泡沫稳定剂、催化剂、膨胀型阻燃剂混合加入反应罐中，在高速电动搅拌下使其充分混合均匀，之后通入氮气气氛，并在搅拌状态下加入二苯基甲烷二异氰酸酯，继续搅拌反应45分钟，至混合液颜色接近发白时停止，取出后真空脱泡备用；
(2)将上述产物溶于15倍体积的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积比1：1的混合溶液中，于95℃加热50分钟，降至室温后向其中加入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑，机械搅拌的同时控制频率为40KHz，温度为35℃，超声分散30分钟，得到均匀的分散液；
(3)按规格取模具进行脱模剂处理，将步骤2所得分散液浇于模具中，真空脱泡后于85℃固化3小时；
(4)将步骤3所得材料送入发泡模具中，通过蒸汽对发泡模具加热，蒸汽温度为180℃，保持加热时间4分钟，完成后取出材料用锡箔纸包覆，于零下20℃淬火冷却25分钟，再于65℃真空干燥18小时，期间每隔6小时抽一次真空，真空抽至-0.09MPa，完成后即得板芯。
对比例3
同实施例3相比较，在原料中不加入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、玻璃纤维及相关工艺，具体如下：
一种PU冲浪板板芯，由以下质量的原料制成：聚醚多元醇90kg、二苯基甲烷二异氰酸酯180kg、环戊烷4kg、泡沫稳定剂2kg、催化剂3kg、阻燃剂7kg。
一种如上所述的PU冲浪板板芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇和环戊烷、泡沫稳定剂、催化剂、膨胀型阻燃剂混合加入反应罐中，在高速电动搅拌下使其充分混合均匀，之后通入氮气气氛，并在搅拌状态下加入二苯基甲烷二异氰酸酯，继续搅拌反应45分钟，至混合液颜色接近发白时停止，取出后真空脱泡备用；
(2)按规格取模具进行脱模剂处理，再将步骤1所得产品浇于模具中，真空脱泡后于85℃固化3小时；
(3)将步骤2所得材料送入发泡模具中，通过蒸汽对发泡模具加热，蒸汽温度为180℃，保持加热时间4分钟，完成后取出材料用锡箔纸包覆，于零下20℃淬火冷却25分钟，再于65℃真空干燥18小时，期间每隔6小时抽一次真空，真空抽至-0.09MPa，完成后即得板芯。
性能测试：
采用INSTRON 3365型电子万能材料试验机对板芯的拉伸性能进行测试，拉伸速率为10mm/min，测试温度为室温，结果如表1所示：
表1
抗张强度(MPa) 断裂伸长率(％)
实施例1 10.52 403
实施例2 10.38 398
实施例3 10.56 406
对比例1 9.24 354
对比例2 8.85 321
对比例3 7.37 215
采用万能力学试验机(CMT6104)，按GB/T1040.6-2006测试拉伸强度，按GB/T3356-2014测试弯曲性能，采用摆锤式冲击试验机(ZBC1400-B)按GB/T1843-2008进行冲击韧性试验，结果如表2所示：
表2
Figure BDA0002616821080000071
Figure BDA0002616821080000081
由上表可见，本发明制得的冲浪板板芯在抗张强度、断裂伸长率以及拉伸强度、弯曲强度、冲击韧性的各项力学性能均显著优于对比例3产品，且优于单一增强的对比例1和对比例2产品，证明本发明产品在性能上具有更好的效果，满足冲浪运动的极限需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)

1.一种PU冲浪板板芯，其特征在于，由以下质量比例的原料制成：聚醚多元醇80-100、二苯基甲烷二异氰酸酯150-200、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑20-25、玻璃纤维10-15、发泡剂3-5、泡沫稳定剂1-3、催化剂2-4、阻燃剂6-8。
2.根据权利要求1所述的PU冲浪板板芯，其特征在于，由以下质量比例的原料制成：聚醚多元醇90、二苯基甲烷二异氰酸酯180、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑22、玻璃纤维13、发泡剂4、泡沫稳定剂2、催化剂3、阻燃剂7。
3.根据权利要求1所述的PU冲浪板板芯，其特征在于，所述发泡剂为一氟二氯乙烷、环戊烷中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的PU冲浪板板芯，其特征在于，所述阻燃剂为膨胀型阻燃剂。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的PU冲浪板板芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇和发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂、阻燃剂混合加入反应罐中，在高速电动搅拌下使其充分混合均匀，之后通入氮气气氛，并在搅拌状态下加入二苯基甲烷二异氰酸酯，继续搅拌反应30-60分钟，至混合液颜色接近发白时停止，取出后真空脱泡备用；
(2)将上述产物溶于10-20倍体积的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃体积比1：1的混合溶液中，于90-100℃加热40-60分钟，降至室温后向其中加入2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑，机械搅拌的同时超声分散，得到均匀的分散液；
(3)按规格取模具进行脱模剂处理，并在模具中铺设玻璃纤维，再将步骤2所得分散液浇于模具中，真空脱泡后于80-90℃固化2-4小时；
(4)将步骤3所得材料送入发泡模具中，通过蒸汽对发泡模具加热，蒸汽温度为150-210℃，保持加热时间3-5分钟，完成后取出材料用锡箔纸包覆，于零下20℃淬火冷却20-30分钟，再于60-70℃真空干燥12-24小时，即得本发明板芯。
6.根据权利要求5所述的PU冲浪板板芯的制备方法，其特征在于，所述步骤2中超声分散时控制频率为35-45KHz，温度为30-40℃，时间为25-35分钟。
7.根据权利要求5所述的PU冲浪板板芯的制备方法，其特征在于，所述步骤3中玻璃纤维铺设时按同方向均匀铺设，并在完成后于100-120℃干燥除水1-3小时。
8.根据权利要求5所述的PU冲浪板板芯的制备方法，其特征在于，所述步骤4中真空干燥期间每隔4-8小时抽一次真空，真空抽至-0.09MPa。
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