CN112048168A - 一种高性能汽车脚垫用tpu复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料及其制备方法，由以下重量份数的原料制备而成：100份的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、30～50份的热塑性苯乙烯弹性体(SEBS)、10～20份的聚苯硫醚树脂(PPS)、5～10份的增塑剂、20～40份的复合阻燃剂、10～20份的密胺树脂微粉、1.0～20份的抗菌剂、0.1～5份的紫外吸收剂、5～25份的抗静电剂、0.2～2份的抗氧剂、2～20份的滑石粉。本发明的有益效果为：该TPU复合材料具有柔软、耐磨、耐弯折、高强度、耐撕裂、抗菌、耐紫外老化、抗静电、无卤阻燃、耐低温、易着色和方便回收的特点，是一种综合性能优异的高性能汽车脚垫用TPU复合材料。

Description

一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种TPU复合材料及其制备方法，尤其涉及一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料及其制备方法。

背景技术

当前，汽车脚垫主要由织物、交联橡胶或PVC塑料来制备而成。织物汽车脚垫由于耐磨性差、不易清洗、容易翘曲等缺点，其应用越来越少。交联橡胶汽车脚垫的缺点是气味较大，影响其在车内的使用，且交联过程工艺复杂，使用后很难回收和循环再利用。PVC汽车脚垫由于价廉、且制备工艺简单，其应用最为广泛，但也存在一些天然的缺点，主要包括：第一，含有卤素，具有很大的火灾危害；第二，添加的邻苯类等增塑剂，不符合REACH法规的要求；第三，液体增塑剂的大量添加，容易析出到材料的表面；第四，耐低温性较差，冬季容易变得僵硬。要解决以上诸多问题，制备一种综合性能优异的多功能汽车脚垫材料非常必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题而提供一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料及其制备方法，该汽车脚垫材料具有柔软、耐磨、耐弯折、高强度、耐撕裂、抗菌、耐紫外线老化、抗静电、无卤阻燃、耐低温、易着色和方便回收的特点，是一种高性能的多功能汽车脚垫材料。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料，由以下重量份数的原料制备而成：100重量份数的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、30～50重量份数的颗粒状热塑性苯乙烯弹性体(SEBS)、10～20重量份数的聚苯硫醚树脂(PPS)、5～10重量份数的增塑剂、20～40重量份数的复合阻燃剂(苯基次磷酸铝和石墨烯)、10～20重量份数的密胺树脂微粉、1～20重量份数的抗菌剂、0.1～5重量份数的紫外吸收剂、5～25重量份数的抗静电剂、0.2～2重量份数的抗氧剂、2～20重量份数的滑石粉。

作为本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的进一步优化方案，所述的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为聚酯型TPU，其邵氏硬度≤85A，拉伸强度≥30MPa，撕裂强度≥60N/mm。

优选地，所述TPU的硬度为75A,拉伸强度≥38MPa，撕裂强度≥70N/mm。

所述的热塑性苯乙烯弹性体(SEBS)为颗粒状SEBS，其邵氏硬度≤60A。

优选地，所述SEBS的牌号为日本旭化成公司生产的L521，其邵氏硬度为39A，拉伸强度为12.5MPa，S/EB含量的比例为18/82，熔融指数为28g/10min。

作为本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的进一步优化方案，所述的聚苯硫醚树脂(PPS)的分子主链结构是由苯环和硫原子组成的聚合物，其外观呈浅黄色粉末状。

优选地，所述的PPS，其熔点为285℃，拉伸强度≥70MPa，UL94阻燃为V-0级。

作为本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的进一步优化方案，所述的增塑剂为环烷级白油，其环烷烃含量≥50％，闪点≥250℃。

优选地，所述的环烷油的添加量，为PPS树脂添加量的50％。

作为本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的进一步优化方案，所述的复合阻燃剂为苯基次膦酸铝(PADP)和石墨烯的二元混合物。

优选地，所述的苯基次膦酸铝和石墨烯的添加比例为4：1。

优选地，所述的苯基次膦酸铝，其热分解温度≥350℃，外观为白色粉状，磷含量为23wt.％。

优选地，所述的PPS树脂、复合阻燃剂、密胺树脂微粉的添加比例为1：2：1。

作为本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的进一步优化方案，所述的抗菌剂为沸石载银和有机硅季铵盐的混合物，添加的沸石载银和有机硅季铵盐的质量比例为1：5。

优选地，所述的沸石载银为平均粒径1～3μm的白色粉末，其比表面积≥15m²/g。

优选地，所述的有机硅季铵盐为N,N-二甲基-N-十八烷基氨基丙基三甲氧基硅烷季铵盐。

作为本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的进一步优化方案，所述的紫外吸收剂为2，2＇-二羟基-4，4＇-二甲氧基二苯甲酮(BP-6)和2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑(UV-P)的二元混合物。

优选地，所述的BP-6和UV-P添加的质量比例为1：1～1：2。

作为本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的进一步优化方案，所述的抗静电剂为高分子型永久抗静电剂。

优选地，所述的高分子型永久抗静电剂的熔点为135～150℃，热分解温度为240～250℃，表面电阻率为2*10⁶～5*10⁶Ω/sq，外观呈淡黄色颗粒状。

作为本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的进一步优化方案，所述的抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂所组成，二者添加的质量比例为2：1。

优选地，所述的酚类抗氧剂为抗氧剂300，其全称为4,4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)，熔点为161～165℃，外观呈白色或浅黄色粉末。

优选地，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168，其全称为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，外观呈白色结晶粉末，熔点为183-187℃。

为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

第一步，将所述重量份数的粉末状PPS增强树脂和环烷油增塑剂按照2：1的添加比例分别加入高速混合机，在80℃的条件下高速混合5分钟，并于室温下静态放置2小时，使得环烷油被PPS树脂粉末充分均匀吸收；

第二步，将所述重量份数的TPU弹性体、(苯基次膦酸铝/石墨烯)复合阻燃剂、密胺树脂微粉、抗菌剂、紫外吸收剂、抗静电剂、抗氧剂和滑石粉分别依次加入高速混合机，与充分吸油的PPS粉末一起，在50℃下再高速混合3～5分钟；

第三步，将上述高速混合机中的混合物转移至双螺杆挤出机，挤出机的长径比(L/D)≥44：1，在200～220℃的熔融温度下，经熔融共混挤出造粒，制得一种汽车脚垫用TPU复合材料。

优选地，双螺杆挤出机的长径比(L/D)为48：1，熔融挤出温度为215℃。

与现有的技术相比较，本发明的有益效果为：

(1)本发明的高性能汽车脚垫用TPU复合材料，克服了传统织物等材料的耐磨性差、不易清洗、容易翘曲等缺点，具有耐磨、耐弯折、易清洗和抗翘曲的优点。

(2)本发明的高性能汽车脚垫用TPU复合材料，避免了后续生产中复杂的交联工艺，具有制备工艺简单、可回收循环利用、无气味和低成本的优点。

(3)本发明的高性能汽车脚垫用TPU复合材料，不含邻苯类增塑剂和卤素，具有无卤阻燃、耐低温、柔软、高强度、耐撕裂、抗菌、耐紫外线老化和抗静电的特点，是一种综合性能优异的多功能汽车脚垫材料。

具体实施方式

本发明提供的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料，由以下重量份数的原料制备而成：100重量份数的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、30～50重量份数的热塑性苯乙烯弹性体(SEBS)、10～20重量份数的聚苯硫醚树脂(PPS)、5～10重量份数的增塑剂、20～40重量份数的复合阻燃剂、10～20重量份数的密胺树脂微粉、1～20重量份数的抗菌剂、0.1～5重量份数的紫外吸收剂、5～25重量份数的抗静电剂、0.2～2重量份数的抗氧剂、2～20重量份数的滑石粉。

本发明所采用的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为聚酯型TPU，其邵氏硬度≤85A，拉伸强度≥30MPa，撕裂强度≥60N/mm。

具体地，TPU的硬度为75A,拉伸强度≥38MPa，撕裂强度≥70N/mm。

本发明所采用的热塑性苯乙烯弹性体(SEBS)为颗粒状SEBS，其邵氏硬度≤60A。

具体地，SEBS的牌号为日本旭化成公司生产的L521，其邵氏硬度为39A，拉伸强度为12.5MPa，S/EB含量的比例为18/82，熔融指数为28g/10min。

所述的聚苯硫醚树脂(PPS)的分子主链结构是由苯环和硫原子组成的聚合物，其外观呈浅黄色粉末状。

具体地，PPS的熔点为285℃，拉伸强度≥70MPa，UL94阻燃为V-0级。

本发明所采用的增塑剂为环烷级白油，其环烷烃含量≥50％，闪点≥250℃。

具体地，所述的环烷油的添加重量，为PPS树脂添加重量的50％。

本发明所采用的复合阻燃剂为苯基次膦酸铝和石墨烯的二元混合物。

具体地，所述的苯基次膦酸铝和石墨烯的添加比例为4：1。

具体地，所述的苯基次膦酸铝，其热分解温度≥350℃，外观为白色粉状，磷含量为23wt.％。

具体地，所述的PPS树脂、复合阻燃剂、密胺树脂微粉的添加比例为1：2：1。

本发明所采用的抗菌剂为沸石载银和有机硅季铵盐的混合物，添加的沸石载银和有机硅季铵盐的质量比例为1：5。

具体地，所述的沸石载银为平均粒径1～3μm的白色粉末，其比表面积≥15m²/g。

具体地，所述的有机硅季铵盐为N,N-二甲基-N-十八烷基氨基丙基三甲氧基硅烷季铵盐。

本发明所采用的紫外吸收剂为2，2＇-二羟基-4，4＇-二甲氧基二苯甲酮(BP-6)和2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑(UV-P)的二元混合物。

具体地，所述的BP-6和UV-P添加的质量比例为1：1～1：2。

本发明所采用的抗静电剂为高分子型永久抗静电剂。

具体地，所述的高分子型永久抗静电剂的熔点为135～150℃，热分解温度为240～250℃，表面电阻率为2*10⁶～5*10⁶Ω/sq，外观呈淡黄色颗粒。

本发明所采用的抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂所组成，二者添加的质量比例为2：1。

具体地，所述的酚类抗氧剂为抗氧剂300，其全称为4,4'-硫代双(6-叔丁基间甲酚)，熔点为161～165℃，外观呈白色或浅黄色粉末。

具体地，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为抗氧剂168，其全称为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，外观呈白色结晶粉末，熔点为183-187℃。

为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

第一步，将所述重量份数的粉末状PPS增强树脂和环烷油增塑剂按照2：1的添加比例分别加入高速混合机，在80℃的条件下高速混合5分钟，并于室温下静态放置2小时，使得环烷油被PPS树脂粉末充分均匀吸收；

第二步，将所述重量份数的TPU弹性体、(苯基次膦酸铝/石墨烯)复合阻燃剂、密胺树脂微粉、抗菌剂、紫外吸收剂、抗静电剂、抗氧剂和滑石粉分别依次加入高速混合机，与充分吸油的PPS粉末一起，在50℃下再高速混合3～5分钟；

第三步，将上述高速混合机中的混合物转移至双螺杆挤出机，挤出机的长径比(L/D)≥44：1，在200～220℃的熔融温度下，经熔融共混挤出造粒，制得一种汽车脚垫用TPU复合材料。

具体地，双螺杆挤出机的长径比(L/D)为48：1，熔融挤出温度为215℃。

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明的试剂均为按照本领域常规条件。

以下是对本发明所作进一步的详细描述：

本发明中以下实施例和比较例所用原材料牌号、物性列于表1：

表1，

以下实施例和比较例中，制备得到的一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料，其硬度采用邵氏硬度计进行测试,每个样品测试三组数据，取其平均值。其拉伸性能在电子拉力机上进行测试，拉伸速度500mm/min。其紫外光老化采用Q8-UV紫外老化试验箱，根据ASTMG154-16的标准进行测试。其抗菌性能采用QB/T 2591标准，分别测试其抗细菌性能和抗霉菌性能。其耐磨性参考GB9867-88标准，采用旋转滚筒磨耗机法，选取PVC材料为标准胶(即设定其磨耗指数ARL为100％)。其阻燃性采用UL94垂直燃烧仪进行测试，样条的长/宽/厚分别为125mm/12.5mm/0.8mm。其耐低温性能参考GB5470-1985，采用脆化温度和低温条件下(-50℃×24h)硬度的变化来表示。其抗静电性能采用表面电阻率来表示。

本发明实施例1～3和比较例4～12的配方及组成见表2：

表2

本发明上述实施例1～3和比较例4～12的测试结果与性能指标列在表3中：

表3

实施例1～3：采用聚氨酯弹性体TPU为基本材料，通过添加SEBS弹性体来改善材料的柔性和耐低温等性能；添加PPS作为增强树脂和阻燃的成炭剂，添加苯基次膦酸铝和石墨烯为阻燃剂，添加密胺树脂微粉为耐磨剂，添加沸石载银和有机硅季铵盐为抗菌剂，其它各组分详见表2中的实施例数据。由表3中的实施例1～3的测试结果可见，所制备的汽车脚垫用TPU复合材料具有柔软、耐磨、耐弯折、高强度、耐撕裂、抗菌、耐紫外线老化、抗静电、无卤阻燃、耐低温和方便回收等特点。

比较例4～11：对比实施例1～3，未添加SEBS弹性体和石墨烯的比较例4，其硬度明显升高，耐低温性略有下降，阻燃性降为V-2级；未添加PPS树脂的比较例5，其拉伸强度大大降低，UL94垂直燃烧仅为V-2级，出现熔滴现象；未添加苯基次膦酸铝和石墨烯的比较例6，其阻燃性大大降低，UL94垂直燃烧降低为FAIL；未添加密胺树脂微粉的比较例7，其耐磨性明显下降；未添加苯基次膦酸铝、沸石载银和有机硅季铵盐的比较例8，其阻燃性和抗菌性都有显著下降；仅分别添加了紫外吸收剂BP-6或UV-P的比较例9、比较例10，其抗紫外性能明显下降，紫外老化后出现黄变现象；未添加抗静电剂PVL的比较例11，其表面电阻率仅为4.3×10¹⁶Ω/sq。

比较例12：PVC基复合材料的比较例12，其拉伸强度、撕裂强度、耐低温性和耐磨性都大大降低，材料经弯折实验后可见明显的折痕。

以上实施例表明，本发明制备的一种汽车脚垫用TPU复合材料具有柔软、耐磨、耐弯折、高强度、耐撕裂、抗菌、耐紫外线老化、抗静电、无卤阻燃、耐低温、低成本和方便回收的特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，任何在此基础上，对其中配方和工艺的局部变动，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，由以下重量份数的原料制备而成：100重量份数的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、30～50重量份数的热塑性苯乙烯弹性体(SEBS)、10～20重量份数的聚苯硫醚树脂(PPS)、5～10重量份数的增塑剂、20～40重量份数的复合阻燃剂、10～20重量份数的密胺树脂微粉、1～20重量份数的抗菌剂、0.1～5重量份数的紫外吸收剂、5～25重量份数的抗静电剂、0.2～2重量份数的抗氧剂、2～20重量份数的滑石粉。

2.根据权利要求1所述的高性能汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，所述的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为聚酯型TPU，其邵氏硬度≤85A，拉伸强度≥30MPa，撕裂强度≥60N/mm；

所述的热塑性苯乙烯弹性体(SEBS)为颗粒状SEBS，其邵氏硬度≤60A。

3.根据权利要求1所述的高性能汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，所述的聚苯硫醚树脂(PPS)为分子主链结构由苯环和硫原子组成的聚合物，其外观呈浅黄色粉末状。

4.根据权利要求1所述的高性能汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，所述的增塑剂为环烷级白油。

5.根据权利要求1所述的汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，所述的复合阻燃剂为苯基次膦酸铝和石墨烯的二元混合物，两者的添加比例为4：1。

6.根据权利要求1所述的汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，所述的抗菌剂为沸石载银和有机硅季铵盐的混合物，添加的沸石载银和有机硅季铵盐的质量比例为1：5。

7.根据权利要求1所述的汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，所述的紫外吸收剂为2，2＇-二羟基-4，4＇-二甲氧基二苯甲酮(BP-6)和2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑(UV-P)的二元混合物。

8.根据权利要求1所述的汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，所述的抗静电剂为高分子型永久抗静电剂。

9.根据权利要求1所述的汽车脚垫用TPU复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂所组成，二者添加的质量比例为2：1。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的高性能汽车脚垫用TPU复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

第一步，将所述重量份数的粉末状PPS增强树脂和环烷油增塑剂按照2：1的添加比例分别加入高速混合机，在80℃的条件下高速混合5分钟，并于室温下静态放置2小时，使得环烷油被PPS树脂粉末充分均匀吸收；

第二步，将所述重量份数的TPU弹性体、苯基次膦酸铝/石墨烯复合阻燃剂、密胺树脂微粉、抗菌剂、紫外吸收剂、抗静电剂、抗氧剂和滑石粉分别依次加入高速混合机，与吸油的PPS粉末一起，在50℃下再高速混合3～5分钟；

第三步，将上述高速混合机中的混合物转移至双螺杆挤出机，挤出机的长径比(L/D)≥44：1，在200～220℃的熔融温度下，经熔融共混挤出造粒，制得一种汽车脚垫用TPU复合材料。