CN112300566B - 一种自润滑高电阻率聚氨酯材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种自润滑高电阻率聚氨酯材料及其制备方法和应用。所述聚氨酯材料包括如下摩尔份数的原料：1份聚四氢呋喃醚二醇，4.0～4.5份4,4’‑二苯基甲烷二异氰酸酯，3.0～3.5份1,4‑丁二醇、0.005～0.015份聚乙烯蜡，0.002～0.005份内交联剂。本发明将聚四氢呋喃醚二醇与4,4’‑二苯基甲烷二异氰酸酯反应制得预聚体，加入聚乙烯蜡与扩链剂1,4‑丁二醇进行扩链反应，然后熟化处理得到聚氨酯材料，最后加入1,12‑十八烷二醇得到所述聚氨酯材料，制备方法简单，易操作。根据所述聚氨酯材料物料配方及制备方法得到的聚氨酯材料实现具备自润滑、低磨损和低导电率的综合性能。

Description

一种自润滑高电阻率聚氨酯材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种自润滑高电阻率聚氨酯材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚氨酯弹性体是一种介于橡胶与塑料之间的材料，具有硬度范围宽、弹性好、耐磨以及机械强度高等优点，但是聚氨酯材料还具有摩擦系数大、摩擦生热和内生热大的问题。以液压油为驱动介质的油缸密封件润滑良好，密封件的磨损较小，耐用性较好。由于煤矿液压支护设备工况具有易燃易爆等特殊性，无法使用液压油作为驱动介质，常以水乳液作为驱动介质，水乳液的后处理成本高，直接排放对环境污染大。纯水是目前最理想的驱动介质，纯水介质驱动的油缸润滑性差，密封件很容易因为干摩擦而磨损破坏，影响煤机液压支护设备的使用和采矿安全。现有的技术方案中实现自润滑的途径较多，二硫化钼、石墨等层状材料，四氟乙烯及聚甲醛等低表面能添加剂的加入，降低了摩擦系数，但是磨耗会增加；硅油、聚乙烯蜡等在降低摩擦系数的同时会增加材料的压缩永久变形率，密封件的密封寿命变差；碳纤维、石墨烯等的加入提升了材料的耐磨性，但是磨损造成的添加剂脱落会造成驱动介质污染，影响超纯水的导电特性，腐蚀缸体。因此，现有的技术中很难实现密封材料及密封件的自润滑、低磨损和低导电率3种特性的融合，现有的聚氨酯材料很难满足煤机超纯水液压支护设备油缸密封对聚氨酯材料的要求。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术的不足之处而提供一种自润滑高电阻率聚氨酯材料及其制备方法和应用。该聚氨酯弹性体材料具有低磨耗、自润滑、高电阻率和使用寿命长的特点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种自润滑高电阻率聚氨酯材料，所述聚氨酯材料包括以下摩尔份数的原料：1份聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)，4.0～4.5份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，3.0～3.5份1,4-丁二醇(BDO)、0.005～0.015份功能添加剂，0.002～0.005份内交联剂。
根据所述聚氨酯材料原料制备得到的聚氨酯材料具备自润滑、低磨损和低导电率、低压缩永久变形率的综合性能。
作为本发明的优选实施方式，所述聚四氢呋喃醚二醇的相对分子量为1000、1800中至少一种。所述聚四氢呋喃醚二醇具有良好的低温柔顺性、回弹率和耐水解特性。
作为本发明的优选实施方式，所述功能添加剂为聚乙烯蜡(PE蜡)。
聚乙烯蜡具有优良的耐寒性、耐热性、耐化学性和耐磨性，可增加产品的光泽和加工性能，因其优异的外部润滑作用和较强的内部润滑作用，可作润滑剂，也能改善产品的脱模性。聚乙烯蜡易析出到聚氨酯材料表面，降低摩擦系数和磨耗。
更优选地，所述聚乙烯蜡的相对分子量为2000～3000。
所述相对分子质量为2000～3000的聚乙烯蜡，软化点为100℃～102.9℃，在100℃以内为蜡状固态，起到润滑作用的同时对聚氨酯材料本体的物理影响较小。
作为本发明的优选实施方式，所述内交联剂为1,12-十八烷二醇。所述1,12-十八烷二醇在加工过程中与聚氨酯中游离的异氰酸酯反应，起到内交联的作用。
另外，本发明提供了一种自润滑高电阻率聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚四氢呋喃醚二醇脱水后与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯在65～80℃下反应2～3h，制备预聚体；
(2)将功能添加剂加入预聚体中混合均匀，随后加入脱水扩链剂1,4-丁二醇，混合均匀，进行扩链反应，然后浇注到模具中进行熟化处理，经破碎得到聚氨酯材料；
(3)将步骤(2)得到的聚氨酯材料在90～100℃烘箱中烘烤1～2h，加入1,12-十八烷二醇，通过分散剂混合均匀，得到所述聚氨酯材料。
本发明还保护了所述自润滑高电阻率聚氨酯材料在超纯水液压油缸密封件产品中的应用。
本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：本发明一方面提供了所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的物料配方，包括如下摩尔份数的原料：1份聚四氢呋喃醚二醇，4.0～4.5份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，3.0～3.5份1,4-丁二醇，0.005～0.015份聚乙烯蜡，0.002～0.005份内交联剂。另一方面提供了所述聚氨酯材料的制备方法，方法简单，易操作。根据所述自润滑高电阻率聚氨酯材料及制备方法得到的聚氨酯材料实现具备自润滑、低磨损和低导电率的综合性能。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明一种自润滑高电阻率聚氨酯材料的一种实施例，本实施例所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的原料包括：
1000g分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇，1001.0g 4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，270.4g 1,4-丁二醇，12.5g聚乙烯蜡，0.5g1,12-十八烷二醇。
所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚四氢呋喃醚二醇脱水后与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯在65℃下反应2h，制备预聚体；
(2)将聚乙烯蜡加入预聚体中混合均匀，随后加入1,4-丁二醇，混合均匀，进行扩链反应，然后浇注到模具中进行熟化处理，经破碎得到聚氨酯材料；
(3)将步骤(2)得到的聚氨酯材料在90℃烘箱中烘烤1h，加入0.5g1,12-十八烷二醇，通过分散剂混合均匀，得到所述聚氨酯材料。
实施例2
本发明一种自润滑高电阻率聚氨酯材料的一种实施例，本实施例所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的原料包括：
900g分子量为1800和500g分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇，1051.1g4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，288.4g 1,4-丁二醇，15g聚乙烯蜡，0.75g 1,12-十八烷二醇。
所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚四氢呋喃醚二醇脱水后与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯在70℃下反应2.5h，制备预聚体；
(2)将聚乙烯蜡加入预聚体中混合均匀，随后加入1,4-丁二醇，混合均匀，进行扩链反应，然后浇注到模具中进行熟化处理，经破碎得到聚氨酯材料；
(3)将步骤(2)得到的聚氨酯材料在95℃烘箱中烘烤1.5h，加入1,12-十八烷二醇，通过分散剂混合均匀，得到所述聚氨酯材料。
实施例3
本发明一种自润滑高电阻率聚氨酯材料的一种实施例，本实施例所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的原料包括：
900g分子量为1800和500g分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇，1126.2g4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，315.4g 1,4-丁二醇，17.5g聚乙烯蜡，0.8g 1,12-十八烷二醇。
所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚四氢呋喃醚二醇脱水后与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯在75℃下反应2.5h，制备预聚体；
(2)将聚乙烯蜡加入预聚体中混合均匀，随后加入1,4-丁二醇，混合均匀，进行扩链反应，然后浇注到模具中进行熟化处理，经破碎得到聚氨酯材料；
(3)将步骤(2)得到的聚氨酯材料在100℃烘箱中烘烤2h，加入1,12-十八烷二醇，通过分散剂混合均匀，得到所述聚氨酯材料。
实施例4
本发明一种自润滑高电阻率聚氨酯材料的一种实施例，本实施例所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的原料包括：
1800g分子量为1800的聚四氢呋喃醚二醇，1126.2g 4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，315.4g 1,4-丁二醇，25g聚乙烯蜡，1.3g 1,12-十八烷二醇。
所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚四氢呋喃醚二醇脱水后与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯在80℃下反应3h，制备预聚体；
(2)将聚乙烯蜡加入预聚体中混合均匀，随后加入1,4-丁二醇，混合均匀，进行扩链反应，然后浇注到模具中进行熟化处理，经破碎得到聚氨酯材料；
(3)将步骤(2)得到的聚氨酯材料在100℃烘箱中烘烤2h，加入1,12-十八烷二醇，通过分散剂混合均匀，得到所述聚氨酯材料。
试验例：性能测试
对实施例1-4制备得到的聚氨酯材料进行性能测试。结果见表1所示。
表1所述聚氨酯材料的性能参数
Figure BDA0002777075500000051
Figure BDA0002777075500000061
“市售PU”为亨斯迈公司“95K4977”型号TPU材料；“压缩永久变形率*”条件：70℃下压缩25％，24h热空气老化；“摩擦系数**”条件：80N，5mm钢珠对磨副，200r/min；“摩擦系数***”条件：80N，5mm钢珠对磨副，200r/min，超纯水润滑。
根据表1结果可知，与市售聚氨酯产品相比，本发明制备的聚氨酯材料压缩永久变形率低，阿克隆磨耗低，摩擦系数低，具备低压缩永久变形率、低磨损、高电阻率、低摩擦系数综合特征。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种自润滑高电阻率聚氨酯材料，其特征在于，所述自润滑高电阻率聚氨酯材料包括以下摩尔份数的原料：1份聚四氢呋喃醚二醇、4.0~4.5份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、3.0~3.5份1,4-丁二醇、0.005~0.015份聚乙烯蜡、0.002~0.005份1,12-十八烷二醇；
所述自润滑高电阻率聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚四氢呋喃醚二醇脱水后与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯在65~80℃下反应2~3h，制备预聚体；
（2）将聚乙烯蜡加入预聚体中混合均匀，随后加入1,4-丁二醇，混合均匀，进行扩链反应，然后浇注到模具中进行熟化处理，经破碎得到聚氨酯材料；
（3）将步骤（2）得到的聚氨酯材料在90~100℃干燥1~2h，加入1,12-十八烷二醇，通过分散机混合均匀，得到所述自润滑高电阻率聚氨酯材料。
2.如权利要求1所述自润滑高电阻率聚氨酯材料，其特征在于，所述聚四氢呋喃醚二醇的相对分子量为1000、1800中至少一种。
3.如权利要求1所述自润滑高电阻率聚氨酯材料，其特征在于，所述聚乙烯蜡的相对分子量为2000~3000。
4.如权利要求1~3任一项所述自润滑高电阻率聚氨酯材料在超纯水液压油缸密封件产品中的应用。
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