CN113667290A - 通过物理共混调整tpu微相分离结构提高其力学性能方法 - Google Patents

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Abstract

本发明通过物理共混调整TPU微相分离结构提高其力学性能的方法，涉及一种提高高分子材料力学性能的方法，该方法包括以下步骤：将干燥后的TPU基材与聚酯型TPU加入混料机低速共混后，再加入双螺杆挤出机中共混挤出，得到高硬度、高拉伸强度和高屈服强度的TPU共混物。该方法制备的TPU共混物与原TPU基材相比，经过小角X射线衍射测试证明，共混物中没有出现宏观相分离，且显著改变了基材的微相分离结构该方法在不改变原TPU纯料热性能和加工温度的情况下，显著提升了TPU的硬度、拉伸强度和屈服强度，同时简化了操作流程，降低了成本，为现有的热塑性弹性体提供了改性思路，具有广泛的应用前景。

Description

通过物理共混调整TPU微相分离结构提高其力学性能方法
技术领域
本发明涉及一种提高高分子材料力学性能方法，特别是涉及一种通过物理共混调整TPU微相分离结构提高其力学性能的方法。
背景技术
TPU作为一种热塑性弹性体，其独特的微相结构和多种优异的性能使得其在机电、车辆、土木、航空、纺织、轻工、建筑等部门都有相当广泛的应用。但是，由于TPU种类繁多，性能范围变化大，在实际生活中，一般采用共混改性的方法来改善TPU材料的应用和加工性能。现阶段对于TPU共混改性的研究大多集中在TPU与聚烯烃、工程塑料、热塑性弹性体、橡胶等共混改性方面。相比于TPU与其他材料进行共混改性，TPU与TPU之间的共混改性却很少，主要是由于TPU所拥有的独特的微相分离结构，而这种微相分离结构对TPU的热性能和力学性能具有决定性的影响。因此通过调整TPU的微相分离结构，从而达到改善TPU的热性能和力学性能的目的具有重要的实际应用价值。
公开专利号CN 1709959 A公开了一种相容性共混物及其制备方法与应用，其创造性地将这两种弹性体材料TPU与POE共混制成新型热塑性弹性体，获得兼备两种材料优点的新型材料。
公开专利号CN 105860007 A一种改性TPU材料及其制作方法，其将磁粉加入TPU中，制得既具有传统TPU优异性能，还兼具磁疗作用的TPU共混物。尽管这两个发明都对TPU进行了共混改性，使TPU得性能得到优化，但是考虑到TPU独特的微相分离结构，对共混物的相容性有很大的影响，因此在实验操作中均需要加入一定的增容剂来改善材料的相容性，配方比不容易控制，操作复杂，成本增加。
相比之下，本发明通过物理共混来调整TPU的微相分离结构，增加其共混相容性，来达到提高TPU力学性能的目的，效果明显，操作步骤简单，成本低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过物理共混调整TPU微相分离结构提高其力学性能的方法，本发明在于提供一种通过物理共混调整TPU微相分离结构及力学性能的方法，本发明使用TPU基材与一种聚酯型TPU进行物理共混，以达到调整TPU微相分离结构的目的，进而在不改变材料热性能和加工温度的前提下，显著改善TPU的力学性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
通过物理共混调整TPU微相分离结构提高其力学性能的方法，所述方法包括以下制备过程：
将干燥后的TPU基材50-90重量份；与聚酯型TPU 10-50重量份加入混料机低速共混10分钟后，加入双螺杆挤出机中共混挤出，双螺杆挤出机设置加热温度为180-200℃，转速为60-90转/分钟；
其TPU基材硬段组成为TDI或MDI中的一种，硬段含量在20%-35%，熔点范围在160℃-180℃，硬度在25D-30D；
其聚酯型TPU硬段组成为TDI或MDI中的一种，硬段含量在25%-35%，分子量为1.5*105g/mol-2.5*105g/mol；熔点范围为180℃-210℃，硬度为50D-70D。
本发明的优点与效果是：
本发明采用的增韧材料是以TDI为硬段的一种聚酯型TPU,其本身具有良好的加工性能和物理性能，并且作为TPU的一种，本身就具有独特的微相分离结构。将这种聚酯型TPU与TPU基材进行物理共混后，经过小角X射线衍射测试证明，共混物中没有出现宏观相分离，且显著改变了基材的微相分离结构（如图1所示），由于微相分离结构的改变，与TPU基材相比，共混物的熔点变化不大，加工性能未有明显改变，但材料硬度、拉伸强度和屈服强度明显增大。这种通过物理共混调整TPU微相分离结构及力学性能的方法，效果明显，操作简单，对于国内TPU的共混改性及其加工应用具有实际意义。
附图说明
图1为本发明 聚酯型TPU/TPU基材共混后的小角散射曲线图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。但本发明不受这些实施例的限制。
通过力学拉伸测试，硬度测试和DSC来反映共混物的性能。
原料来源
聚酯型TPU, Covestro生产。TPU基材1和2，BASF生产。
性能测试
DSC测试，使用的5-8 mg的样品，保存在密封的铝盘中，在氮气气氛中进行测试，流速为 50 mL/min，温度范围为 -50 至 270 ℃。
硬度测试，使用肖氏 D 标度测量样品的硬度。硬度值通过硬度计压头压脚插入样品来确定。
拉伸性能测试，测试时拉伸速度为100毫米/分钟，标距20毫米。
比较例1
TPU基材 1 (BASF) 100份
聚酯型TPU (Covestro) 0份
比较例2
TPU基材 2 (BASF) 100份
聚酯型TPU (Covestro) 0份
比较例3
TPU基材 (BASF) 0份
聚酯型TPU (Covestro) 100份
实施例1
TPU基材 1 (BASF) 90份
聚酯型TPU (Covestro) 10份
具体实施步骤如下：
（1）将干燥后的TPU基材 1 (BASF)、聚酯型TPU (Covestro)按90:10的比例加入混料机低速共混10分钟后，加入双螺杆挤出机中共混挤出，双螺杆挤出机设置加热温度为180-200℃，转速为60-90转/分钟。
（2）将制得的料粒通过平板硫化仪压制成1毫米厚的片材，再通过裁刀裁剪为4×20的哑铃型样条。
实施例2
TPU基材 2 (BASF) 90份
聚酯型TPU (Covestro) 10份
具体实施步骤如下：
（1）将干燥后的TPU基材 2 (BASF)、聚酯型TPU (Covestro)按90:10的比例加入混料机低速共混10分钟后，加入双螺杆挤出机中共混挤出，双螺杆挤出机设置加热温度为180-200℃，转速为60-90转/分钟。
（2）将制得的料粒通过平板硫化仪压制成1毫米厚的片材，再通过裁刀裁剪为4×20的哑铃型样条。
实施例3
TPU基材 1 (BASF) 80份
聚酯型TPU (Covestro) 20份
具体实施步骤如下：
（1）将干燥后的TPU基材 1 (BASF)、聚酯型TPU (Covestro)按80:20的比例加入混料机低速共混10分钟后，加入双螺杆挤出机中共混挤出，双螺杆挤出机设置加热温度为180-200℃，转速为60-90转/分钟。
（2）将制得的料粒通过平板硫化仪压制成1毫米厚的片材，再通过裁刀裁剪为4×20的哑铃型样条。
实施例4
TPU基材 2 (BASF) 80份
聚酯型TPU (Covestro) 20份
具体实施步骤如下：
（1）将干燥后的TPU基材 2 (BASF)、聚酯型TPU (Covestro)按80:20的比例加入混料机低速共混10分钟后，加入双螺杆挤出机中共混挤出，双螺杆挤出机设置加热温度为180-200℃，转速为60-90转/分钟。
（2）将制得的料粒通过平板硫化仪压制成1毫米厚的片材，再通过裁刀裁剪为4×20的哑铃型样条。
实施例5
TPU基材 1 (BASF) 70份
聚酯型TPU (Covestro) 30份
具体实施步骤如下：
（1）将干燥后的TPU基材 1 (BASF)、聚酯型TPU (Covestro)按70:30的比例加入混料机低速共混10分钟后，加入双螺杆挤出机中共混挤出，双螺杆挤出机设置加热温度为180-200℃，转速为60-90转/分钟。
（2）将制得的料粒通过平板硫化仪压制成1毫米厚的片材，再通过裁刀裁剪为4×20的哑铃型样条。
实施例6
TPU基材 2 (BASF) 70份
聚酯型TPU (Covestro) 30份
具体实施步骤如下：
（1）将干燥后的TPU基材 2 (BASF)、聚酯型TPU (Covestro)按70:30的比例加入混料机低速共混10分钟后，加入双螺杆挤出机中共混挤出，双螺杆挤出机设置加热温度为180-200℃，转速为60-90转/分钟。
（2）将制得的料粒通过平板硫化仪压制成1毫米厚的片材，再通过裁刀裁剪为4×20的哑铃型样条。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
如表格数据所示，实施例1、3、5是比较例1的改性结果，实施例2、4、6是比较例2的改性结果，实施例中的硬度较对应比较例提升了10%-45%、拉伸强度较对应比较例提升了5%-13%，屈服强度较对应比较例提升了5%-31%，同时熔点温度仅提升了2℃-8℃，未明显改变材料的加工性能。

Claims (1)

1.通过物理共混调整TPU微相分离结构提高其力学性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程：
将干燥后的TPU基材50-90重量份；与聚酯型TPU 10-50重量份加入混料机低速共混10分钟后，加入双螺杆挤出机中共混挤出，双螺杆挤出机设置加热温度为180-200℃，转速为60-90转/分钟；
其TPU基材硬段组成为TDI或MDI中的一种，硬段含量在20%-35%，熔点范围在160℃-180℃，硬度在25D-30D；
其聚酯型TPU硬段组成为TDI或MDI中的一种，硬段含量在25%-35%，分子量为1.5*105g/mol-2.5*105g/mol；熔点范围为180℃-210℃，硬度为50D-70D。
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