CN113119390A - 一种包覆式tpu复合材料的生产方法和生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包覆式TPU复合材料的生产方法和生产设备，通过设置双边多孔模具，将熔融状态的TPU材料注入到模具的模腔内，线材贯穿模具，线材穿过模腔并浸在熔融的TPU材料中，当线材穿出时，在出线孔的限位作用下，穿出的线材表面均匀包覆一层TPU材料，经冷却固化后，得到TPU复合线材。得到的TPU复合线材可以直接纺织成面料，面料用于户外遮阳、建筑遮阳、服饰辅料等多个领域，相比采用挤出机包覆工艺，通过改进生产设备，实现了一机多规格TPU复合材料生产，提高了设备利用率和生产效率，生产灵活性也大大提升，借助独特的双边多孔模具，产品表面粗糙、粗细节和偏芯问题也得到了有效解决。

Description

一种包覆式TPU复合材料的生产方法和生产设备

技术领域

本发明涉及复合材料生产工艺和设备领域，具体的说是一种包覆式TPU复合材料生产方法和生产设备。

背景技术

TPU（thermoplastic polyurethanes）是介于橡胶和塑料的一类高分子材料，被称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。传统的TPU复合材料多采用成型后面料粘接的方式复合，在单丝包覆材料的方面的研究较少，尤其是改进制备方法提高产能方面的研究更是不多。

在专利号为“201410756873.5”、名称为“一种TPU复合材料及其制备方法”的发明专利中公开了一种新型高性能TPU复合材料及其制备方法，其采用了挤出机包覆的原理，通过挤出TPU材料包覆在线芯表面，其涂覆性能的确有所提高，但其工艺形式单一，生产效率低；同时，涂覆过程在挤出机的机头口模位置直接挤出成型，通过调整机头上、下口型的距离来调整涂覆厚度，很难保证均匀涂覆，且生产过程中容易出现气孔、破皮、偏芯、表面粗糙等问题，影响后续的织造密度和开孔率的工艺。

随着TPU复合材料市场的不断扩大，客户群体对TPU材料的要求越来越高，制备一种高性能高产能的TPU复合材料及其制备方法势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能提高TPU包覆产能，并能改善TPU涂覆不均、拖丝现象的包覆式TPU复合材料的生产方法和设备。

为解决上述技术问题，本发明的包覆式TPU复合材料的生产方法包括如下步骤：

取TPU材料，将TPU材料经高温熔融；

取双边多孔模具，双边多孔模具的两侧模板上分别对应开设有多组进线孔和出线孔；取多股线材，将每股线材分别经由进线孔、出线孔后贯穿模具；将熔融状态的TPU材料注入到双边多孔模具内；线材的表面包覆TPU材料后从出线孔穿出；穿出的线材经冷却后获得包覆式TPU复合材料。

其中，TPU材料高温熔融前还经过干燥处理，干燥处理温度100-120℃、干燥时间3-6H。

对于TPU材料，其为聚酯型TPU、聚醚型TPU、聚己内酯型TPU、聚碳酸脂型TPU或TPU热熔胶中的任意一种或至少两种与添加剂的混合。

对于添加剂，其包括抗氧剂、润滑剂或光稳定剂的一种或至少两种的混合；其中，抗氧剂为β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、聚(二丙二醇)苯基亚磷酸酯、双[2-甲基-4,6-二（1,1-二甲基乙基）苯酚]磷酸乙基脂和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的任意一种或至少两种的混合；光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯受阻胺类光稳定剂；润滑剂为硬脂酸酰、油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺或蒙旦蜡中的任意一种或至少两种的混合。

为解决上述技术问题，本发明的包覆式TPU复合材料的生产设备包括注塑机，其结构特点是在注塑机的出口位置设置双边多孔模具；双边多孔模具上开设有与注塑机出口连接的物料加注口，物料加注口与模腔连通，模具的两个侧模板上分别对应开设多组进线孔和出线孔，进线孔与出线孔一一对应设置，进线孔的孔径与线材的外径相匹配，出线孔的孔径大于进线孔。

所述双边多孔模具的其中一侧为进线侧、另一侧为出线侧，进线侧设置放线机构，出线侧设置收线机构，模具与收线机构之间设置冷却机构。

所述放线机构包括支架和多个放线辊；收线机构包括支架和多个收线辊，收线辊由动力机构驱动转动。

所述冷却机构为风冷式结构，其包括前后敞口的箱体，箱体上开设进风口和出风口，进风口或出风口上安装风机。

所述冷却机构为水冷式结构，其包括门型架和间隔安装在门型架上的多个喷淋头，门型架的底部设置接水槽。

所述双边多孔模具为顶部敞口槽型，模具的顶部敞口上封装有高度可调的封盖，模腔内设置压力传感器。

本发明的有益效果是：通过设置双边多孔模具，将熔融状态的TPU材料注入到模具的模腔内，线材贯穿模具，线材穿过模腔并浸在熔融的TPU材料中，当线材穿出时，在出线孔的限位作用下，穿出的线材表面均匀包覆一层TPU材料，经冷却固化后，得到TPU复合线材。得到的TPU复合线材可以直接纺织成面料，面料用于户外遮阳、建筑遮阳、服饰辅料等多个领域，相比采用挤出机包覆工艺，通过改进生产设备，实现了一机多规格TPU复合材料生产，提高了设备利用率和生产效率，生产灵活性也大大提升，借助独特的双边多孔模具，产品表面粗糙、粗细节和偏芯问题也得到了有效解决。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明生产设备的整体结构示意图；

图2为本发明中双边多孔模具的结构示意图;

图3为图2中A部放大结构示意图；

图4为图2中B部放大结构示意图；

图5为图2的俯视结构示意图。

具体实施方式

本发明的包覆式TPU复合材料的生产方法包括如下步骤：取TPU材料，将TPU材料经高温熔融；取双边多孔模具3，双边多孔模具3的两侧模板上分别对应开设有多组进线孔31和出线孔32；取多股线材1，将每股线材1分别经由进线孔31、出线孔32后贯穿模具；将熔融状态的TPU材料注入到双边多孔模具3内；线材1的表面包覆TPU材料后从出线孔32穿出；穿出的线材1经冷却后获得包覆式TPU复合材料。

其中，TPU材料高温熔融前还经过干燥处理，干燥处理温度100-120℃、干燥时间3-6H。工艺中的冷却可采用风冷或水冷的方式，冷却温度在5-30 ℃。

其中，TPU材料为聚酯型TPU、聚醚型TPU、聚己内酯型TPU、聚碳酸脂型TPU或TPU热熔胶中的任意一种或至少两种与添加剂的混合。添加剂包括抗氧剂、润滑剂或光稳定剂的一种或至少两种的混合；抗氧剂为β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、聚(二丙二醇)苯基亚磷酸酯、双[2-甲基-4,6-二（1,1-二甲基乙基）苯酚]磷酸乙基脂和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的任意一种或至少两种的混合；光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯受阻胺类光稳定剂；润滑剂为硬脂酸酰、油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺或蒙旦蜡中的任意一种或至少两种的混合。

参照附图，本发明的包覆式TPU复合材料的生产设备包括注塑机2，在注塑机2的出口位置设置双边多孔模具3；双边多孔模具3上开设有与注塑机出口连接的物料加注口33，物料加注口33与模腔34连通，模具的两个侧模板上分别对应开设多组进线孔31和出线孔32，进线孔31与出线孔32一一对应设置，进线孔31的孔径与线材1的外径相匹配，出线孔32的孔径大于进线孔31。

参照附图，在两个侧模板上，每组的进线孔31和出线孔32在同一水位置且同轴设置，以保证线材1从出线孔32的中心穿出，从而保证线材表面能均匀包覆TPU材料，避免出现偏心问题。其中，根据线材1的种类和线径不同，进线孔31的孔径一般为0.05-0.5mm，对应的，出线孔32的孔径为0.2-1.5mm；包覆模具底部可同时安装1—10组孔径相同和/或不同的进、出线孔，优选安装4—8组。另外，为了更便于线材穿入和穿出，如图所示，进、出线孔均采用锥形孔的结构。

参照附图，双边多孔模具3的其中一侧为进线侧、另一侧为出线侧，进线侧设置放线机构，出线侧设置收线机构，模具与收线机构之间设置冷却机构。

参照附图，放线机构包括支架和多个放线辊4；收线机构包括支架和多个收线辊5，收线辊5由动力机构6驱动转动。动力机构6采用电机带动辊轴转动的方式，动力机构提供线材1的牵引力，成型并冷却后的TPU复合线材卷绕在收线辊5上。

对于冷却机构，其可采用水冷或风冷两种方式。图1中所示的为风冷式结构，其包括前后敞口的箱体7，箱体7上开设进风口和出风口，进风口或出风口上安装风机71。利用风机71带动空气流动，将TPU复合线材表面的热量及时吹走，从而达到迅速冷却的效果。对于水冷式结构，附图中未示出，其包括门型架和间隔安装在门型架上的多个喷淋头，门型架的底部设置接水槽。水冷式的结构中，借助喷淋头向TPU复合线材表面喷洒冷却水，从而将线材表面的热量带走，达到冷却效果。

参照附图，双边多孔模具3为顶部敞口槽型，模具的顶部敞口上封装有高度可调的封盖35，模腔内设置压力传感器8。模腔内部为封闭空间，进线孔被线材封堵TPU材料无法外漏，出线孔是TPU材料挤出的唯一通道，TPU材料对线材1的包覆过程也主要发生在模具出线孔32的位置处，在模腔34内保持一定的压力可以确保更好的包覆效果，能有效避免表面粗糙、起泡或粗细不均的问题。压力传感器8用于实时检测模腔34内的压力，当压力降低时，调整封盖35的高度以增加腔体内的压力，从而保证包覆效果。

对于封盖35的高度调节结构，如图所示，封盖25滑动安装在模腔34顶部，封盖35的周圈端沿设置密封圈10以保证与腔壁的密封，封盖25的顶端通过球头球窝11连接操作杆12，操作杆12的顶端固接手轮13，模具上部设置支撑架14，操作杆12为螺纹杆，操作杆12通过螺套15转动连接在支撑架14上。

本发明通过设置双边多孔模具，将熔融状态的TPU材料注入到模具的模腔内，线材贯穿模具，线材穿过模腔并浸在熔融的TPU材料中，当线材穿出时，在出线孔的限位作用下，穿出的线材表面均匀包覆一层TPU材料，经冷却固化后，得到TPU复合线材。得到的TPU复合线材可以直接纺织成面料，面料用于户外遮阳、建筑遮阳、服饰辅料等多个领域，相比采用挤出机包覆工艺，通过改进生产设备，实现了一机多规格TPU复合材料生产，提高了设备利用率和生产效率，生产灵活性也大大提升，借助独特的双边多孔模具，产品表面粗糙、粗细节和偏芯问题也得到了有效解决。

对于本发明的工艺和设备，有几点需要说明。本发明工艺中的线材为丝线和棉线，该种丝线或棉线为工业强丝，可以耐受高温。模腔内的温度一般设置在205-215℃。模腔34内的温度也会影响包覆效果，因此，在模具的外周需要设置保温层，在模腔34内还设置温度传感器9，用于实时检测模腔内的温度。附图中未示出，为了保持模腔内的温度，还可在模腔34的底部设置加热装置，具体的可采用电磁式加热板等，在此不再赘述。

为了证明本发明方法和设备的效果，下面分别进行几组实施例和对比例，对制得的TPU复合线材的外观、抗拉强度、撕裂强度和断裂伸长率进行比较。

实施例1

1）原料配比：65份聚醚型TPU、30份500D涤纶、5份添加剂，其中添加剂为1份抗氧剂β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、1份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、3份润滑剂硬脂酸酰；

2）把聚醚型TPU材料加入除湿干燥机内，在90℃下，干燥并除湿4h；

3）将干燥后的聚醚型TPU和添加剂加入到料斗中混合，设置模具进线孔孔径为0.5mm，出线孔孔径为1.5mm；

4）设置注塑机注射螺杆各段温度为进料段185℃、压缩段195℃、均化段205℃，包覆模具温度设定在205℃，打开牵引，使涤纶通过模具的进线孔、出线孔，开动注射螺杆，物料进入螺杆后，通过螺杆高温塑化后，以熔融状态注射到包覆模具中，熔融的TPU材料包覆在涤纶的外表面，丝线经5℃的冷却水冷却后，经收线装置缠绕成线团，即得TPU复合材料。

实施例2

1）原料配比：80份聚醚型TPU、15份100D玻璃纤维、5份添加剂，其中添加剂为2份抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、1份润滑剂芥酸酰胺；

2）把聚酯型TPU材料加入除湿干燥机内，在100℃下，干燥并除湿3h；

3）将干燥后的聚酯型TPU和添加剂加入到料斗中混合，设置模具进线孔孔径0.05mm，出线孔孔径为0.2mm；

4）设置注射螺杆各段温度为进料段195℃、压缩段205℃、均化段215℃，包覆模具温度设定在215℃，打开牵引，使玻璃纤维通过模具的进线孔、出线孔，开动注射螺杆，物料进入螺杆后，通过螺杆高温塑化后，以熔融状态注射到包覆模具中，熔融的TPU材料包覆在涤纶的外表面，丝线经30℃的冷却水冷却后，经收线装置缠绕成线团，即得TPU复合材料。

实施例3

1）原料配比：77份聚脂型TPU、20份300D棉线、3份添加剂，其中添加剂为1份抗氧剂聚(二丙二醇)苯基亚磷酸酯、1份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、1份润滑剂蒙旦蜡；

2）把聚酯型TPU材料加入除湿干燥机内，在90℃下，干燥并除湿3.5h；

3）将干燥后的聚酯型TPU和添加剂加入到料斗中混合，设置模具进线孔孔径为0.25mm，出线孔孔径为0.85mm；

4）设置注射螺杆各段温度为进料段190℃、压缩段200℃、均化段210℃，包覆模具温度设定在215℃，打开牵引，使玻璃纤维通过模具的进线孔、出线孔，开动注射螺杆，物料进入螺杆后，通过螺杆高温塑化后，以熔融状态注射到包覆模具中，熔融的TPU材料包覆在涤纶的外表面，丝线经20℃的冷却水冷却后，经收线装置缠绕成线团，即得TPU复合材料。

实施例4

1）原料配比：74份聚碳酸酯型TPU、25份240D涤纶、1份添加剂，其中添加剂为0.3份抗氧剂聚(二丙二醇)苯基亚磷酸酯、0.3份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯、0.4份润滑剂芥酸酰胺；

2）把聚酯型TPU材料加入除湿干燥机内，在90℃下，干燥并除湿4h；

3）将干燥后的聚酯型TPU和添加剂加入到料斗中混合，设置模具进线孔孔径为0.1mm，出线孔孔径为0.3mm；

4）设置注塑机注射螺杆各段温度为进料段195℃、压缩段200℃、均化段205℃，包覆模具温度设定在205℃，打开牵引，使玻璃纤维通过包覆模具内、外模口，开动注射螺杆，物料进入螺杆后，通过螺杆高温塑化后，以熔融状态注射到包覆模具中，熔融的TPU材料包覆在涤纶的外表面，丝线经15℃的冷却水冷却后，经收线装置缠绕成线团，即得TPU复合材料。

对比例1

按照实施例1的配比进行各组分的配置，采用TPU挤出包覆的方式制备TPU复合材料。

对比例2

按照实施例2的配比进行各组分的配置，采用TPU挤出包覆的方式制备TPU复合材料。

性能测试：

将上述实施例1-4和对比例1-2制备的TPU复合材料进行相关性能测试，相关性能测试方法如下：

1）拉伸强度：按GB/T1040标准检测；

2）断裂伸长率：按GB/T1040标准检测；

3）撕裂强度：按GB/T529-2008标准检测。

对实施例1—4和对比例1-2制备的TPU复合材料的检测结果如下表1。

通过表1可以看出，实施例1-4与对比例1-2相比，材料的外观、拉伸强度、撕裂强度和断链伸长率明显优于对比例1-2，有本发明的方法和设备获得的包覆式TPU复合材料的性能更优异。

综上所述，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的前提下，可做若干更改或修饰，上述更改或修饰均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种包覆式TPU复合材料的生产方法，其特征是包括如下步骤：

取TPU材料，将TPU材料经高温熔融；

取双边多孔模具（3），双边多孔模具（3）的两侧模板上分别对应开设有多组进线孔（31）和出线孔（32）；

取多股线材（1），将每股线材（1）分别经由进线孔（31）、出线孔（32）后贯穿模具；

将熔融状态的TPU材料注入到双边多孔模具（3）内；

线材（1）的表面包覆TPU材料后从出线孔（32）穿出；

穿出的线材（1）经冷却后获得包覆式TPU复合材料。

2.如权利要求1所述的包覆式TPU复合材料的生产方法，其特征是TPU材料高温熔融前还经过干燥处理，干燥处理温度100-120℃、干燥时间3-6H。

3.如权利要求1所述的包覆式TPU复合材料的生产方法，其特征是所述TPU材料为聚酯型TPU、聚醚型TPU、聚己内酯型TPU、聚碳酸脂型TPU或TPU热熔胶中的任意一种或至少两种与添加剂的混合。

4.如权利要求3所述的包覆式TPU复合材料的生产方法，其特征是所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂或光稳定剂的一种或至少两种的混合；抗氧剂为β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、聚(二丙二醇)苯基亚磷酸酯、双[2-甲基-4,6-二（1,1-二甲基乙基）苯酚]磷酸乙基脂和2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的任意一种或至少两种的混合；光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯受阻胺类光稳定剂；润滑剂为硬脂酸酰、油酸酰胺、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺或蒙旦蜡中的任意一种或至少两种的混合。

5.一种包覆式TPU复合材料的生产设备，包括注塑机（2），其特征是在注塑机（2）的出口位置设置双边多孔模具（3）；双边多孔模具（3）上开设有与注塑机出口连接的物料加注口（33），物料加注口（33）与模腔（34）连通，模具的两个侧模板上分别对应开设多组进线孔（31）和出线孔（32），进线孔（31）与出线孔（32）一一对应设置，进线孔（31）的孔径与线材（1）的外径相匹配，出线孔（32）的孔径大于进线孔（31）。

6.如权利要求5所述的包覆式TPU复合材料的生产设备，其特征是所述双边多孔模具（3）的其中一侧为进线侧、另一侧为出线侧，进线侧设置放线机构，出线侧设置收线机构，模具与收线机构之间设置冷却机构。

7.如权利要求6所述的包覆式TPU复合材料的生产设备，其特征是所述放线机构包括支架和多个放线辊（4）；收线机构包括支架和多个收线辊（5），收线辊（5）由动力机构（6）驱动转动。

8.如权利要求6所述的包覆式TPU复合材料的生产设备，其特征是所述冷却机构为风冷式结构，其包括前后敞口的箱体（7），箱体（7）上开设进风口和出风口，进风口或出风口上安装风机（71）。

9.如权利要求6所述的包覆式TPU复合材料的生产设备，其特征是所述冷却机构为水冷式结构，其包括门型架和间隔安装在门型架上的多个喷淋头，门型架的底部设置接水槽。

10.如权利要求6所述的包覆式TPU复合材料的生产设备，其特征是所述双边多孔模具（3）为顶部敞口槽型，模具的顶部敞口上封装有高度可调的封盖（35），模腔内设置压力传感器（8）。

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