CN114560991B - 一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料，按重量份计，包括：分子量为2000的聚四氢呋喃二醇98～102份；分子量为500～900的聚四氢呋喃二醇2～8.5份；2,4‑甲苯二异氰酸酯17.0～18.0份；1,4‑丁二醇2.3～6.3份；3,3′‑二氯‑4,4′‑二氨基二苯甲烷9～12份；有机铋催化剂0.01～0.08份。本发明还公开了上述兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法。本发明的聚氨酯材料，其预聚体储存稳定，产品生产稳定，并且具有均衡的动态性能和阻尼性能。

Description

一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯材料，特别涉及一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯材料的动态性能和阻尼性能是相互制约的关系，提高阻尼性能必然会影响动态性能。同时基于2,4-甲苯二异氰酸酯的聚氨酯预聚体中通常含有2～5％左右的未反应2,4-甲苯二异氰酸酯单体，这些游离的单体容易与水汽反应，造成预聚体粘度增大、异氰酸酯基百分含量下降，影响预聚体的储存稳定性和加工稳定性。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料，其预聚体储存稳定，产品生产稳定，并且具有均衡的动态性能和阻尼性能。
本发明的另一目的在于提供上述兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料，按重量份计，包括：
所述的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：
聚氨酯预聚体的制备：以分子量为2000的聚四氢呋喃二醇、2,4-甲苯二异氰酸酯、1，4-丁二醇为反应原料制备聚氨酯预聚体；
聚氨酯弹性体的制备：以聚氨酯预聚体、有机铋催化剂、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷、分子量为500～900的聚四氢呋喃二醇为反应原料，制备得到兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料。
优选的，所述以分子量为2000的聚四氢呋喃二醇、2,4-甲苯二异氰酸酯、1，4-丁二醇为反应原料制备聚氨酯预聚体，具体为：
将分子量为2000的聚四氢呋喃二醇加热至110～130℃，抽真空，保温至含水量低于0.05％时，停止加热；降温至40～50℃，加入2,4-甲苯二异氰酸酯；60～70℃下保持0.8～1.2小时，然后升温至80～85℃反应1.8～2.2小时；加入1，4-丁二醇，80～85℃反应20～30分钟，得到聚氨酯预聚体。
优选的，所述保温，具体为保温1.8～2.2小时。
优选的，所述抽真空，具体为：抽真空至余压低于500Pa。
优选的，所述以聚氨酯预聚体、有机铋催化剂、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷、分子量为500～900的聚四氢呋喃二醇为反应原料，制备得到兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料，具体为：
将聚氨酯预聚体加热至80～90℃，加入有机铋催化剂，搅拌均匀后，抽真空，脱泡；加入3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷、分子量为500～900的聚四氢呋喃二醇，混合均匀，然后硫化得到聚氨酯弹性体。
优选的，所述抽真空，具体为：抽真空至余压低于500Pa。
优选的，所述脱泡，具体为：脱泡15～30分钟。
优选的，所述硫化，具体为：在100～120℃进行硫化。
优选的，所述硫化包括一段硫化和二段硫化；所述一段硫化的时间为60～90分钟；所述二段硫化的时间为12～15小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料，预聚体储存稳定，产品生产稳定；且具有均衡的动态性能和阻尼性能。本发明通过加入1，4-丁二醇，将聚氨酯预聚体中游离的2,4-甲苯二异氰酸酯单体反应掉，提高聚氨酯预聚体在储存和浇注过程中的稳定性，保障聚氨酯弹性体工业化制备的稳定性。本发明通过分子量为2000的聚四氢呋喃二醇为聚氨酯弹性体提供较好的动态性能；分子量为500～900的聚四氢呋喃二醇起扩链剂和内增韧剂的双重功效，有效提高聚氨酯弹性体的阻尼性能；有机铋催化剂能选择性地提高分子量为500～900的聚四氢呋喃二醇与聚氨酯预聚体的反应活性，使其反应速度与3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷同步。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)聚氨酯预聚体的制备：将100重量份、分子量为2000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG2000)加入到反应釜中，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当含水量低于0.05％时，停止加热。降温至40～50℃，加入17.05重量份的2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号Desmodur T100)，65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时。加入2.4重量份的1，4-丁二醇(分析纯，广州化学试剂厂)，80～85℃反应20分钟，得到聚氨酯预聚体。
(2)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(1)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，加入0.02重量份有机铋催化剂(牌号8210)，搅拌均匀后，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15分钟；加入扩链剂，扩链剂的成分为：3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)10.24重量份、分子量为650的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG650)2.93重量份，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入105℃烘箱中，一段硫化60分钟，再二段硫化12小时得到聚氨酯弹性体。
实施例2
一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)聚氨酯预聚体的制备：将100重量份、分子量为2000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG2000)加入到反应釜中，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当含水量低于0.05％时，停止加热。降温至40～50℃，加入17.46重量份的2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号Desmodur T100)，65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时。加入4.3重量份的1，4-丁二醇(分析纯，广州化学试剂厂)，80～85℃反应25分钟，得到聚氨酯预聚体。
(2)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(1)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，加入0.04重量份有机铋催化剂(牌号8106)，搅拌均匀后，抽真空至余压小于500Pa，脱泡20分钟；加入扩链剂，扩链剂的成分为：3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)9.61重量份、分子量为650的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG650)6.16重量份，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入110℃烘箱中，一段硫化75分钟，再二段硫化13小时得到聚氨酯弹性体。
实施例3
一种兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料及其制备方法，包括以下步骤：
(1)聚氨酯预聚体的制备：将100重量份、分子量为2000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG2000)加入到反应釜中，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当含水量低于0.05％时，停止加热。降温至40～50℃，加入17.89重量份的2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号Desmodur T100)，65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时。加入6.1重量份的1，4-丁二醇(分析纯，广州化学试剂厂)，80～85℃反应30分钟，得到聚氨酯预聚体。
(2)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(1)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，加入0.06重量份有机铋催化剂(XBG-01,上海振贵新材料科技有限公司)，搅拌均匀后，抽真空至余压小于500Pa，脱泡20分钟；加入扩链剂，扩链剂的成分为：3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)9.45重量份、分子量为650的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG650)8.05重量份，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入115℃烘箱中，一段硫化90分钟，再二段硫化14小时得到聚氨酯弹性体。
对比例1
(1)聚氨酯预聚体的制备：将100重量份、分子量为2000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG2000)加入到反应釜中，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当含水量低于0.05％时，停止加热。降温至40～50℃，加入17.05重量份的2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号Desmodur T100)，65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时。加入2.4重量份的1，4-丁二醇(分析纯，广州化学试剂厂)，80～85℃反应20分钟，得到聚氨酯预聚体。
(2)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(1)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15分钟；加入扩链剂，扩链剂的成分为：3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)11.38重量份，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入105℃烘箱中，一段硫化60分钟，再二段硫化12小时得到聚氨酯弹性体。
对比例2
(1)聚氨酯预聚体的制备：将100重量份、分子量为2000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG2000)加入到反应釜中，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当含水量低于0.05％时，停止加热。降温至40～50℃，加入17.89重量份的2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号Desmodur T100)，65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时。加入6.1重量份的1，4-丁二醇(分析纯，广州化学试剂厂)，80～85℃反应30分钟，得到聚氨酯预聚体。
(2)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(1)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡20分钟；加入扩链剂，扩链剂的成分为：3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)7.57重量份、分子量为650的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG650)12.96重量份，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入115℃烘箱中，一段硫化90分钟，再二段硫化14小时得到聚氨酯弹性体。
对比例3
(1)聚氨酯预聚体的制备：将100重量份、分子量为2000的聚四氢呋喃二醇(牌号PTMG2000)加入到反应釜中，加热至110～130℃，抽真空至余压小于500Pa，保温2小时，当含水量低于0.05％时，停止加热。降温至40～50℃，加入17.05重量份的2,4-甲苯二异氰酸酯(牌号Desmodur T100)，65±5℃下保持1小时，然后升温至80～85℃反应2小时，得到聚氨酯预聚体。
(2)聚氨酯弹性体的制备：将步骤(1)制备的聚氨酯预聚体，加热至80～90℃，抽真空至余压小于500Pa，脱泡15分钟；加入扩链剂，扩链剂的成分为：3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷(苏州湘园新材料股份有限公司)11.38重量份，混合均匀，然后倒入预先涂好脱模剂的模具中，放入105℃烘箱中，一段硫化60分钟，再二段硫化12小时得到聚氨酯弹性体。
实施例1-3、对比例所制得的聚氨酯弹性体的具体效果见表1。
表1：实施例1-3、对比例所制得的聚氨酯弹性体性能
*采用浇注工艺制备金属/聚氨酯复合结构滚轮，金属轮毂材质为Q235普通碳素结构钢，直径101mm，聚氨酯厚度12mm。
采用耐久性能测试设备对聚氨酯的动态性能进行表征，同等测试条件下，试验时间越长，说明聚氨酯的承载能力越高、动态性能越好。耐久性检测条件为：载荷100kg、速度5m/s，连续测试，记录滚轮被破坏的试验时间。如果连续试验336h，滚轮仍没有被破坏，即停止试验，试验时间记为336h。
从表1可以看出：本发明的实施例制备的氨酯弹性体，在不影响动态性能的条件下，表现出较高的tanδ值，具有较好的阻尼性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
聚氨酯预聚体的制备：以分子量为2000的聚四氢呋喃二醇、2,4-甲苯二异氰酸酯、1，4-丁二醇为反应原料制备聚氨酯预聚体，具体为：
将分子量为2000的聚四氢呋喃二醇加热至110～130℃，抽真空，保温至含水量低于0.05%时，停止加热；降温至40～50℃，加入2,4-甲苯二异氰酸酯；60~70℃下保持0.8~1.2小时，然后升温至80～85℃反应1.8~2.2小时；加入1，4-丁二醇，80～85℃反应20～30分钟，得到聚氨酯预聚体；
聚氨酯弹性体的制备：以聚氨酯预聚体、有机铋催化剂、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷、分子量为500~900的聚四氢呋喃二醇为反应原料，制备得到兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料；
其中，反应原料按按重量份计，包括：
分子量为2000的聚四氢呋喃二醇 98~102份
分子量为500~900的聚四氢呋喃二醇 2～8.5份
2,4-甲苯二异氰酸酯 17.0～18.0份
1,4-丁二醇 2.3～4.3份
3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷 9～12 份
有机铋催化剂 0.01～0.08份。
2.根据权利要求1所述的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述保温，具体为保温1.8~2.2小时。
3.根据权利要求1所述的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述抽真空，具体为：抽真空至余压低于500Pa。
4.根据权利要求1所述的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述以聚氨酯预聚体、有机铋催化剂、3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷、分子量为500~900的聚四氢呋喃二醇为反应原料，制备得到兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料，具体为：
将聚氨酯预聚体加热至80～90℃，加入有机铋催化剂，搅拌均匀后，抽真空，脱泡；加入3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯甲烷、分子量为500~900的聚四氢呋喃二醇，混合均匀，然后硫化得到聚氨酯弹性体。
5.根据权利要求4所述的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述抽真空，具体为：抽真空至余压低于500Pa。
6.根据权利要求4所述的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述脱泡，具体为：脱泡15～30分钟。
7.根据权利要求4所述的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述硫化，具体为：在100～120℃进行硫化。
8.根据权利要求4或7所述的兼顾动态性能和阻尼性能的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，所述硫化包括一段硫化和二段硫化；所述一段硫化的时间为60～90分钟；所述二段硫化的时间为12～15小时。
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