CN113462146A - 一种软质跑步板耐磨层 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种软质跑步板耐磨层，包括如下重量份的组分：预聚体90‑110份、硫化剂35‑45份、填料18‑23份、己二酸二辛酯27‑35份。本发明通过预聚体、硫化剂、填料和己二酸二辛酯复配制备软质跑步板耐磨层，使制得的耐磨层具有耐磨性好、抗冲击性能好、永久变形低、断裂伸长大、扯断强度高、耐疲劳性能好、耐油性能好、耐高温和摩擦系数低的特点，能够提高跑步板耐磨层对冲击力的缓冲和吸收，提高跑步时的舒适度和降低跑步时的噪音，提高跑步板耐用性，延长跑步板使用寿命。

Description

一种软质跑步板耐磨层
技术领域
本发明涉及跑步板技术领域，具体涉及一种软质跑步板耐磨层。
背景技术
当前跑步板普遍采用中密度纤维板为基材，表面贴三聚氰胺浸渍纸作为耐磨层，材料廉价易得，加工简便，三聚氰胺耐磨、耐热，因此，得到普遍使用。目前大多数跑步机，人在跑步机上跑步时，都会产生一声“嘣”，连续的跑动就会产生连续的“嘣、嘣”声响，非常烦人，而且，使用过跑步机锻炼的人都知道，在跑步机上跑步没有在体育场的塑胶跑道上跑步舒服，这是因为体育场馆的塑胶跑道是在混凝土地面上铺设了一层PU橡胶，PU是高弹性橡胶，能有效缓冲和吸收人在跑步时蹬踏所产生的冲击力。而跑步机的跑板由中纤板表面贴三聚氰胺，硬度高且没有橡胶那种弹性，再加上跑步带虽由软质PVC和PET纤维织物复合而成，但毕竟胶层很薄，又是致密的结构，因此，对冲击力的缓冲和吸收有限。为了解决这一问题，行业中的技术人员想了不少办法，也提出过很多解决方案，如在跑板底部与机架之间安装气囊、安装缓冲垫、安装液压杆等等，但实际效果并不理想。
为了解决该问题，发明人开发设计了一款跑步板，在中密度纤维板上加一层泡棉，泡棉上再加一层胶片。胶片包括PE、PP、PVC、PA和PET，效果最好是PET，摩擦系数低，热变形温度高，强度高。这种跑步板开始时效果非常好，消除了踩踏噪音，舒适性也很好，但不耐用，胶片很快会变形、破损。究其原因，采用的是热塑性塑料片，使用时，跑步机电机的牵引力和跑步产生的冲击力，都在对磨处转化为热，使磨处温度上升，随着温度上升，胶片逐步软化，加上板带对磨产生的剪切应力，胶片逐步变形直至断裂。因此，热塑性胶片作为软跑板是行不通的。后来尝试热固性增强塑料作为软跑步板耐磨层，但是效果更差，原因是热固性塑料很脆(断裂伸长小)，且抗冲击性差，即使用玻璃纤维增强，其脆性也无法改变，把热固性胶片贴于泡棉上，薄了一踩就断，厚了与跑硬板没有区别，起不到缓冲与降噪的效果。
发明人进一步研究了聚氨酯橡胶作为软跑步板耐磨层。目前，聚氨酯橡胶有热塑性聚氨酯橡胶(T-PU)、混炼型聚氨酯橡胶(M-PU)，浇注型聚氨酯橡胶(C-PU)三种类型。T-PU可采用热塑性塑料的加工设备和工作程序直接生产出橡胶制品，生产效率高、劳动条件好，边角废料可回收再利用，生产成本低，其缺点是耐油、耐热性较差，而这一点恰恰就是软跑板最需要保证的；M-PU可使用传统橡胶的加工设备和工艺进行塑炼、混炼和模制硫化成型，但能耗大，劳动强度大，劳动条件差，产量低；C-PU是液体状态浇注在模具中，加热熟化使其转化成具有网状结构的橡胶状固体，摆脱了传统橡胶的加工方法，革除了劳动强度大、工作环境条件差的塑炼、混炼工序，可以使用清洁、高效的机械化生产方式进行加工，产品性能好，是一种优选的聚氨酯橡胶。
如何将C-PU应用到跑步板中提高跑步板耐磨层对冲击力的缓冲和吸收，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软质跑步板耐磨层，通过将C-PU添加到耐磨层的配方中，获得了效果良好的跑步板耐磨层材料，解决了现有技术中跑步板耐磨层抗冲击性能差的问题，提高了提高跑步板耐磨层对冲击力的缓冲和吸收。
为了达到本发明的目的，本发明提供了如下技术方案：
一种软质跑步板耐磨层，包括如下重量份的组分：预聚体90-110份、硫化剂35-45份、填料18-23份、己二酸二辛酯27-35份；
所述预聚体通过如下方法制备：
1)将聚酯型多元醇加入到反应釜中，抽真空，控制温度在100℃-120℃，搅拌2-3小时；
2)使体系降温到40℃-50℃，体系通氮气保护；
3)将二异氰酸酯加入反应釜中，搅拌，控制温度在60℃-80℃反应3-5小时；
4)反应结束，体系抽真空除去气泡，得到预聚体。
进一步的，所述软质跑步板耐磨层包括如下重量份的组分：预聚体100份、硫化剂39份、填料20份、己二酸二辛酯30份。
进一步的，所述预聚体通过如下方法制备：
1)将聚酯型多元醇加入到反应釜中，抽真空，控制温度在100℃-120℃，搅拌2-3小时；
2)使体系降温到40℃-50℃，体系通氮气保护；
3)将二异氰酸酯加入反应釜中，加大搅拌速度，控制温度在60℃-80℃反应3-5小时；
4)反应结束，体系抽真空除去气泡，得到预聚体。
聚酯型多元醇的聚酯分子中含有较多的极性酯基(一COO-)，可形成较强的分子内氢键，因而聚酯型聚氨酯具有较高的强度，耐磨及耐油性能，能够提高软质跑步板耐磨层的强度、耐磨及耐油性能，同时由于聚酯型多元醇价格低廉，能够降低软质跑步板耐磨层的生产成本。
进一步的，所述聚酯型多元醇为分子量在500～1500之间的液态聚酯型多元醇。通过分子量设为500～1500之间，能够很好的改善预聚体的力学性能，提高最终耐磨层产品的硬度和抗撕裂度，进而提升跑步板的抗冲击性。
进一步的，所述液体聚酯型多元醇由醇和酸反应得到，所述酸为己二酸、癸二酸、马来酸、富马酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸的一种或多种，所述醇为1，2-乙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、二甘醇、新戊醇的一种或多种。
进一步的，所述填料为石墨。石墨作为填料，能够降低耐磨层的摩擦系数。
进一步的，所述硫化剂为Duracure C3。
Duracure C3是用于固化
Figure BDA0003149745230000041
DURACASTTM聚氨酯预聚体的一种封端的二胺类扩链剂。具有耐磨、固化速率快的特点。反应速率高，而且在常温时封端，在高温时解封。室温下没有反应活性，但是当把它加温到115-160℃时，它可以解封并迅速固化形成一定强度的弹性体。
当将Duracure C3与预聚体在室温至70℃的温度区间混合时，具有相当长的浇铸时间，某些体系在低于50℃温度下的稳定储放时间能超过一个月。由于Duracure C3的这种特性，本发明的耐磨层制备可以根据需求选择浇铸倒模时间，当不确定耐磨层胶片的厚度时，可以先不进行浇铸倒模，等确定耐磨层胶片的厚度时，再进行浇铸倒模，极大提高生产灵活性。
Duracure C3固化的Duracast预聚体具有优越的硬段结构，且具有独特的加工性能。如耐高温性及剪切性能、撕裂性能，良好的扰曲疲劳性，低温柔韧性，高低温下的动态性能等。该类预聚体基于低游离技术是不含MOCA的，所以具有良好的安全、环保性。由此，制备的耐磨层也具有良好的安全、环保性。
进一步的，耐磨层的制备方法包括如下步骤：
(a)将填料在110-130℃下处理24小时以上，彻底去除水分；
(b)将处理好的填料加入己二酸二辛酯中进行研磨，得到填料分散体；
(c)将预聚体在70-75℃预热12小时以上；
(d)在氮气保护下，将研磨好的填料分散体加入到预热好的预聚体中，搅拌均匀；
(e)加入硫化剂，搅拌均匀后抽真空脱气；
(f)倒模：将脱气后的料体浇注到模具中，在120-140℃温度下，15-20min后出模；
(g)后处理：在135-145℃温度下硫化22-25小时，即得产品。
进一步的，步骤(c)中，所述的预热为在干燥的氮气保护下进行预热。
进一步的，步骤(e)中抽真空脱气条件为：真空度690-740mmHg柱，压力914-982mbar，时间3小时以上。
本发明耐磨层制备得到的成品为胶片，胶片厚度为0.3-1.2mm，这样厚度的胶片作为耐磨层应用到跑步板上，既能保证其缓冲和降噪的效果，又能保证其不会因太薄而容易断裂。
需说明的是，在制备时，己二酸二辛酯含水量应在0.00％以下，否则应做除水处理。
在实际应用中，跑步板组成为在中密度纤维板上贴一层泡棉，泡棉上再贴一层胶片，该胶片即为本发明耐磨层。所得跑步板安装至跑步机上，使用起来，安静、舒适，500小时试验，无变形及磨损。
本发明所提供的一种软质跑步板耐磨层，相比于现有技术具有如下有益效果：
一、本发明通过预聚体、硫化剂、填料和己二酸二辛酯复配制备软质跑步板耐磨层，使制得的耐磨层具有耐磨性好、抗冲击性能好、永久变形低、断裂伸长大、扯断强度高、耐疲劳性能好、耐油性能好、耐高温和摩擦系数低的特点，能够提高跑步板耐磨层对冲击力的缓冲和吸收，提高跑步时的舒适度和降低跑步时的噪音，提高跑步板耐用性，延长跑步板使用寿命。
二、通过采用Duracure C3，利用其具有耐磨、耐高温性及剪切性能、撕裂性能、扰曲疲劳性的特点，能够进一步提高耐磨层的耐磨性能、耐高温性能、扯断强度、耐疲劳性能和永久变形性，同时由于Duracure C3在低温时封端，在高温时解端，当Duracure C3与预热好的预聚体混合后，体系比较稳定，可以根据生产需求选择浇铸倒模时间，提高生产灵活性。
三、本发明的耐磨层制成跑板安装至跑步机上，使用起来，安静、舒适，500小时试验，无变形及磨损。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1
一种软质跑步板耐磨层，由如下重量份的组分组成：预聚体90份、Duracure C345份、石墨18份、己二酸二辛酯35份。
所述预聚体通过如下方法制备：
1)将由1，2-乙二醇和己二酸反应得到的分子量为1500的聚酯型多元醇加入到反应釜中，抽真空，控制温度在100℃，搅拌3小时；
2)使体系降温到50℃，体系通氮气保护；
3)将甲苯二异氰酸酯加入反应釜中，搅拌，控制温度在80℃反应5小时，聚酯型多元醇与二异氰酸酯的重量比为5:1；
4)反应结束，体系抽真空除去气泡，得到预聚体。
所述耐磨层的制备方法包括如下步骤：
(a)将石墨在130℃下处理24小时以上，彻底去除水分；
(b)将处理好的石2墨加入己二酸二辛酯中进行研磨，得到石墨分散体；
(c)将预聚体在70℃预热17小时，所述的预热为在干燥的氮气保护下进行预热；
(d)在氮气保护下，将研磨好的石墨分散体加入到预热好的预聚体中，搅拌均匀；
(e)加入Duracure C3，搅拌均匀后抽真空脱气，抽真空脱气条件为：真空度740mmHg柱，压力914m bar，时间4小时；
(f)倒模：将脱气后的料体浇注到模具中，在140℃温度下，20min后出模；
(g)后处理：在135℃温度下硫化22小时，即得产品。
实施例2
一种软质跑步板耐磨层，由如下重量份的组分组成：预聚体110份、Duracure C335份、石墨23份、己二酸二辛酯27份。
所述预聚体通过如下方法制备：
1)将由1，3-丁二醇和间苯二甲酸反应得到的分子量为500的聚酯型多元醇加入到反应釜中，抽真空，控制温度在120℃，搅拌2小时；
2)使体系降温到40℃，体系通氮气保护；
3)将甲苯二异氰酸酯加入反应釜中，搅拌，控制温度在60℃反应3小时，聚酯型多元醇与二异氰酸酯的重量比为3:1；
4)反应结束，体系抽真空除去气泡，得到预聚体。
所述耐磨层的制备方法包括如下步骤：
(a)将石墨在110℃下处理24小时以上，彻底去除水分；
(b)将处理好的石墨加入己二酸二辛酯中进行研磨，得到石墨分散体；
(c)将预聚体在75℃预热13小时，所述的预热为在干燥的氮气保护下进行预热；
(d)在氮气保护下，将研磨好的石墨分散体加入到预热好的预聚体中，搅拌均匀；
(e)加入Duracure C3，搅拌均匀后抽真空脱气，抽真空脱气条件为：真空度690mmHg柱，压力982m bar，时间6小时；
(f)倒模：将脱气后的料体浇注到模具中，在120℃温度下，15min后出模；
(g)后处理：在145℃温度下硫化25小时，即得产品。
实施例3
一种软质跑步板耐磨层，由如下重量份的组分组成：预聚体100份、Duracure C339份、石墨20份、己二酸二辛酯30份。
所述预聚体通过如下方法制备：
1)将由二甘醇和癸二酸反应得到的分子量为1000聚酯型多元醇加入到反应釜中，抽真空，控制温度在110℃，搅拌2.5小时；
2)使体系降温到40℃，体系通氮气保护；
3)将甲苯二异氰酸酯加入反应釜中，搅拌，控制温度在70℃反应4小时，聚酯型多元醇与二异氰酸酯的重量比为4:1；
4)反应结束，体系抽真空除去气泡，得到预聚体。
所述耐磨层的制备方法包括如下步骤：
(a)将石墨在120℃下处理24小时以上，彻底去除水分；
(b)将处理好的石墨加入己二酸二辛酯中进行研磨，得到石墨分散体；
(c)将预聚体在70℃预热15小时，所述的预热为在干燥的氮气保护下进行预热；
(d)在氮气保护下，将研磨好的石墨分散体加入到预热好的预聚体中，搅拌均匀；
(e)加入Duracure C3，搅拌均匀后抽真空脱气，抽真空脱气条件为：真空度720mmHg柱，压力950m bar，时间5小时。
(f)倒模：将脱气后的料体浇注到模具中，在130℃温度下，18min后出模；
(g)后处理：在140℃温度下硫化24小时，即得产品。
对比例1
与实施例3的不同之处在于，对比例1中采用常规二胺类扩链剂3，3'-二氯-4，4'-二苯基甲烷二胺替代Duracure C3。
对比例2
与实施例3的不同之处在于，对比例2中，聚酯型多元醇的分子量为2000。
对比例3
与实施例3的不同之处在于，预聚体的重量份为80份。
本发明的耐磨层性能检测如下表1所示：
表1
Figure BDA0003149745230000091
由表1可知，实施例1-3相对对比例1-3具有硬度更高、撕裂强度更高、断裂强度更高、断裂伸长更高、摩擦系数更低、磨耗更小、回弹率更高、压缩永久变形更低的优点，表明本发明耐磨层具有耐磨性好、抗冲击性能好、永久变形低、断裂伸长大、扯断强度高、耐疲劳性能好、耐油性能好、耐高温和摩擦系数低的特点，能够提高跑步板耐磨层对冲击力的缓冲和吸收，提高跑步时的舒适度和降低跑步时的噪音，提高跑步板耐用性，延长跑步板使用寿命。
将本发明的耐磨层应用到跑步板上，将跑步板安装至跑步机上，使用起来，安静、舒适，500小时试验，无变形及磨损。
在不冲突的情况下，上述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
最后应当说明的是，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地说明，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 (9)

1.一种软质跑步板耐磨层，其特征在于，包括如下重量份的组分：预聚体90-110份、硫化剂35-45份、填料18-23份、己二酸二辛酯27-35份；所述预聚体通过如下方法制备：
1)将聚酯型多元醇加入到反应釜中，抽真空，控制温度在100℃-120℃，搅拌2-3小时；
2)使体系降温到40℃-50℃，体系通氮气保护；
3)将二异氰酸酯加入反应釜中，搅拌，控制温度在60℃-80℃反应3-5小时；
4)反应结束，体系抽真空除去气泡，得到预聚体。
2.根据权利要求1所述的软质跑步板耐磨层，其特征在于，包括如下重量份的组分：预聚体100份、硫化剂39份、填料20份、己二酸二辛酯30份。
3.根据权利要求1所述的软质跑步板耐磨层，其特征在于，所述聚酯型多元醇为分子量在500～1500之间的液态聚酯型多元醇。
4.根据权利要求3所述的软质跑步板耐磨层，其特征在于，所述液体聚酯型多元醇由醇和酸反应得到，所述酸为己二酸、癸二酸、马来酸、富马酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸的一种或多种，所述醇为1，2-乙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、二甘醇、新戊醇的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的软质跑步板耐磨层，其特征在于，所述填料为石墨。
6.根据权利要求1所述的软质跑步板耐磨层，其特征在于，所述硫化剂为Duracure C3。
7.根据权利要求1-6任一项所述的软质跑步板耐磨层，其特征在于，耐磨层的制备方法包括如下步骤：
(a)将填料在110-130℃下处理24小时以上，彻底去除水分；
(b)将步骤(a)中处理好的填料加入到己二酸二辛酯中进行研磨，得到填料分散体；
(c)将预聚体在70-75℃预热12小时以上；
(d)在氮气保护下，将研磨好的填料分散体加入到预热好的预聚体中，搅拌均匀；
(e)加入硫化剂，搅拌均匀后抽真空脱气；
(f)倒模：将脱气后的料体浇注到模具中，在120-140℃温度下，15-20min后出模；
(g)后处理：在135-145℃温度下硫化22-25小时，即得产品。
8.根据权利要求7所述的软质跑步板耐磨层，其特征在于，步骤(c)中，所述的预热为在干燥的氮气保护下进行预热。
9.根据权利要求7所述的软质跑步板耐磨层，其特征在于，步骤(e)中抽真空脱气条件为：真空度690-740mmHg柱，压力914-982m bar，时间3小时以上。
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