CN114634611A - 定向拉伸聚氨酯板材的配方及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种定向拉伸聚氨酯板材的配方及制备方法。配方包括以下质量百分比的成分：65％‑80％的异佛尔酮二异氰酸酯；5％‑35％的小分子扩链剂；5％‑35％的交联剂。制备方法包括以下步骤：真空加热小分子扩链剂，使小分子扩链剂中水的质量分数小于等于0.05％后，降温备用；将小分子扩链剂加入到异佛尔酮二异氰酸酯中，加热搅拌，得到第一物料；加热交联剂，得到第二物料；将第一物料与第二物料混合，得到浇注物料；将浇注物料浇注到模具中，加热固化，得到聚氨酯板板材；根据所需尺寸切割聚氨酯板板材，得到拉伸板材；加热拉伸板材，并对其定向拉伸，得到定向拉伸聚氨酯板材，其拉伸强度、弯曲强度相较于单向拉伸有机玻璃均有较大提升。
Description
技术领域
本申请涉及一种航空玻璃，特别是涉及一种定向拉伸聚氨酯板材的配方及制备方法。
背景技术
目前，航空有机玻璃均采用定向拉伸的有机玻璃(PMMA)，其与浇注有机玻璃相比，定向拉伸的有机玻璃具有更好的抗裂纹扩展性能和抗冲击性能。而相同浇注的聚氨酯板材其力学性能远远由于浇注的有机玻璃，因此对浇注的聚氨酯板材进行定向拉伸，测试其性能是否优于定向有机玻璃。
聚氨酯是一种有机高分子材料，被誉为“第六大塑料”，既有橡胶的弹性，有兼具塑料的强度的优异的加工塑造性能，而被广泛应用。高分子材料的结构决定其各个方面的性能，聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因而其结构有两方面的含义，一是单个高分子链的结构，二是许多高分子链聚在一起表现出来的聚集态结构。高分子链在分子内旋转作用下可采取不同的构象，如伸直链、无规线团、折叠链、螺旋链等。
在实现本申请过程中，申请人发现高分子材料在定向拉伸时，将其加热至Tg点以上，然后置于装有固定夹具的拉伸设备上，拉伸至要求的拉伸度后，停止拉伸并保持在拉力下冷却。由于定向拉伸使得高分子链变为有序的定向排列，其性能与未拉伸的性能相比有较大改善，故申请人提出一种定向拉伸的聚氨酯板材，使其代替定向拉伸的有机玻璃(PMMA)。
发明内容
为解决上现有技术方案所存在的技术问题，本申请实施例提供一种定向拉伸聚氨酯板材的配方及制备方法。具体的技术方案如下：
第一方面，提供一种定向拉伸聚氨酯板材的配方，其包括以下质量百分比的成分：65％-80％的异佛尔酮二异氰酸酯；5％-35％的小分子扩链剂；5％-35％的交联剂。
在第一方面的第一种可能实现方式中，小分子扩链剂包括乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、二甘醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇和甲基丙二醇或一缩二乙二醇(二甘醇)中的一种或多种。
在第一方面的第二种可能实现方式中，交联剂包括丙三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、MOCA、二异丙醇胺中的一种或多种。
第二方面，提供一种定向拉伸聚氨酯板材的制备方法，其包括以下步骤：真空加热质量百分比为5％-35％的小分子扩链剂，使小分子扩链剂中水的质量分数小于等于0.05％后，降温备用；将小分子扩链剂加入到质量百分比为65％-80％的异佛尔酮二异氰酸酯中，加热搅拌，得到第一物料；加热质量百分比为5％-35％的交联剂，得到第二物料；将第一物料与第二物料混合，得到浇注物料；将浇注物料浇注到模具中，加热固化，得到聚氨酯板板材；根据所需尺寸切割聚氨酯板板材，得到拉伸板材；加热拉伸板材，并对其定向拉伸，得到定向拉伸聚氨酯板材。
在第二方面的第一种可能实现方式中，小分子扩链剂包括乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、二甘醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇和甲基丙二醇或一缩二乙二醇(二甘醇)中的一种或多种；交联剂包括丙三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、MOCA、二异丙醇胺中的一种或多种。
在第二方面的第二种可能实现方式中，小分子扩链剂的真空加热温度为100-110℃，真空脱水时间为2-3h，小分子扩链剂的备用温度为80℃。
在第二方面的第三种可能实现方式中，小分子扩链剂与聚氨酯板板材的加热搅拌温度为80℃，加热搅拌时间为2-3h。
在第二方面的第四种可能实现方式中，交联剂的加热温度为80℃。
在第二方面的第五种可能实现方式中，浇注物料的加热固化方式为，在80℃下固化2h，在115℃下固化2h，在160℃下固化26h。
在第二方面的第六种可能实现方式中，加热拉伸板材时，将拉伸板材放入烘箱中，在180℃下加热4小时以上。
本申请与现有技术相比具有的优点有：
本申请的定向拉伸聚氨酯板材的配方及制备方法，其所制备的定向拉伸聚氨酯板材的拉伸强度、弯曲强度相较于单向拉伸有机玻璃均有较大提升，且定向拉伸后的聚氨酯板材绝大部分性能均由于单向拉伸的有机玻璃。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一实施例的定向拉伸聚氨酯板材的制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
请参阅图1，其是本申请一实施例的定向拉伸聚氨酯板材的制备方法的步骤流程图；如图所示，定向拉伸聚氨酯板材的制备方法S包括以下步骤S1至步骤S7。其中：
步骤S1，对小分子扩链剂脱水处理。真空加热质量百分比为5％-35％的小分子扩链剂，使小分子扩链剂中水的质量分数小于等于0.05％后，降温备用。具体的，小分子扩链剂选自乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、二甘醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇和甲基丙二醇或一缩二乙二醇(二甘醇)中的一种或多种，将其加入到装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，加热至S0-1S℃，真空下脱水2-3h，使物料中水的质量分数不高于0.05％，并降温至80℃备用。
步骤S2，小分子扩链剂与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)混合反应。将小分子扩链剂加入到质量百分比为65％-80％的异佛尔酮二异氰酸酯中，加热搅拌，得到第一物料。具体的，将上述步骤S1脱水后的小分子扩链剂与加入到计量好的IPDI中，保持80℃加热搅拌反应2-3h，达到理论NCO含量后备用，此时得到第一物料。
步骤S3，加热交联剂。加热质量百分比为5％-35％的交联剂，得到第二物料。具体的，交联剂选自丙三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、MOCA、二异丙醇胺中的一种或多种，将其在80℃加热，得到第二物料。
步骤S4，第一物料与第二物料混合。将第一物料与第二物料混合，得到浇注物料。具体的，将第一物料与第二物料混合搅拌2分钟左右，得到浇注物料。
步骤S5，浇注固化。将浇注物料浇注到模具中，加热固化，得到聚氨酯板板材。将浇注物料浇注到模具中，依次在80℃下固化2h，在115℃下固化2h，在160℃下固化26h，得到聚氨酯板板材。
步骤S6，切割板材。根据所需尺寸切割聚氨酯板板材，得到拉伸板材。具体的，将上述步骤S4固化后的聚氨酯板板材脱模，切割为1m*1m的尺寸，得到拉伸板材。
步骤S7，定向拉伸板材。加热拉伸板材，并对其定向拉伸，得到定向拉伸聚氨酯板材。具体的，将拉伸板材放入180摄氏度烘箱，加热4小时以上，然后使用拉伸机对拉伸板材/聚氨酯板材进行定向拉伸，得到定向拉伸聚氨酯板材，其中定向拉伸方式可以为单向拉伸，也可以为双向拉伸。
以下将结合具体实施例和对照例进一步说明本申请定向拉伸聚氨酯板材的制备方法的有益效果。
实施例1
1、选择质量比为71％的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、14％的1，4-丁二醇(BDO)和15％的三羟甲基丙烷；
2、将BDO加入到装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，加热至100-110℃，真空下脱水2-3h，使物料中水的质量分数不高于0.05％，并降温至80℃备用；
3、将脱水后的BDO加入到计量好的IPDI中，保持80℃加热搅拌反应2-3h，达到理论NCO含量后备用，此时为A料；
4、三羟甲基丙烷在80℃加热，得到B料；
5、将A、B料混合，搅拌2分钟左右，浇注到模具中固化，80℃2h，115℃2h，160℃26h，得到聚氨酯板板材；
6、经过固化后，将聚氨酯板板材脱模，切割为1m*1m的尺寸，得到拉伸板材，并将其放入180摄氏度烘箱，加热4小时以上；
7、使用拉伸机对步骤6中加热后的拉伸板材进行单向拉伸，定向度10％冷却后取下板材，得到单向拉伸聚氨酯板材，测试未拉伸庋板材、单向拉伸聚氨酯板材、单向拉伸50％定向度有机玻璃性能力性能；
8、使用拉伸机对步骤6中加热后的拉伸板材进行双向拉伸，定向度10％冷却后取下板材，得到双向拉伸聚氨酯板材，测试未拉伸庋板材、双向拉伸聚氨酯板材、双向拉伸65％定向度有机玻璃性能力性能。
性能测试结果如下：
实施例2
1、选择质量比为71％的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，14％的1，4-丁二醇(BDO)和14％的三羟甲基丙烷；
2、将BDO加入到装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，加热至100-110℃，真空下脱水2-3h，使物料中水的质量分数不高于0.05％，并降温至80℃备用；
3、将脱水后的BDO加入到计量好的IPDI中，保持80℃加热搅拌反应2-3h，达到理论NCO含量后备用，此时为A料；
4、三羟甲基丙烷在80℃加热，得到B料；
5、将A、B料混合，搅拌2分钟左右，浇注到模具中固化，80℃2h，115℃2h，160℃26h，得到聚氨酯板板材；
6、经过固化后，将聚氨酯板板材脱模，切割为1m*1m的尺寸，得到拉伸板材，并将其放入180摄氏度烘箱，加热4小时以上；
7、使用拉伸机对步骤6中加热后的拉伸板材进行单向拉伸，定向度30％冷却后取下板材，得到单向拉伸聚氨酯板材，测试未拉伸庋板材、单向拉伸聚氨酯板材、单向拉伸50％定向度有机玻璃性能力性能；
8、使用拉伸机对步骤6中加热后的拉伸板材进行双向拉伸，定向度30％冷却后取下板材，得到双向拉伸聚氨酯板材，测试未拉伸庋板材、双向拉伸聚氨酯板材、双向拉伸65％定向度有机玻璃性能力性能。
性能测试结果如下：
实施例3
1、选择质量比为71％的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，14％的1，4-丁二醇(BDO)和14％的三羟甲基丙烷；
2、将BDO加入到装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，加热至100-110℃，真空下脱水2-3h，使物料中水的质量分数不高于0.05％，并降温至80℃备用；
3、将脱水后的BDO加入到计量好的IPDI中，保持80℃加热搅拌反应2-3h，达到理论NCO含量后备用，此时为A料；
4、三羟甲基丙烷在80℃加热，得到B料；
5、将A、B料混合，搅拌2分钟左右，浇注到模具中固化，80℃2h，115℃2h，160℃26h，得到聚氨酯板板材；
6、经过固化后，将聚氨酯板板材脱模，切割为1m*1m的尺寸，得到拉伸板材，并将其放入180摄氏度烘箱，加热4小时以上；
7、使用拉伸机对步骤6中加热后的拉伸板材进行单向拉伸，定向度50％冷却后取下板材，得到单向拉伸聚氨酯板材，测试未拉伸庋板材、单向拉伸聚氨酯板材、单向拉伸50％定向度有机玻璃性能力性能；
8、使用拉伸机对步骤6中加热后的拉伸板材进行双向拉伸，定向度50％冷却后取下板材，得到双向拉伸聚氨酯板材，测试未拉伸庋板材、双向拉伸聚氨酯板材、双向拉伸65％定向度有机玻璃性能力性能。
性能测试结果如下：
对于单向拉伸聚氨酯板材而言，结合上述实施例1至实施例3的性能测试结果可知，根据本申请的定向拉伸聚氨酯板材的配方及制备方法所制备的单向拉伸聚氨酯板材，其拉伸强度、弯曲强度相较于单向拉伸有机玻璃均有较大提升，特别是抗冲击强度提升效果最为明显，且单向拉伸后的聚氨酯板材绝大部分性能均由于单向拉伸的有机玻璃。
对于双向拉伸聚氨酯板材而言，合上述实施例1至实施例3的性能测试结果可知，根据本申请的定向拉伸聚氨酯板材的配方及制备方法所制备的双向拉伸聚氨酯板材，其拉伸强度、弯曲强度相较于单向拉伸有机玻璃均有较大提升，特别是抗冲击强度、抗裂纹扩展性能、抗银纹提升效果最为明显，且双向拉伸后的聚氨酯板材绝大部分性能均由于双向拉伸的有机玻璃。
综上所述，本申请提供了一种定向拉伸聚氨酯板材的配方及制备方法，其所制备的定向拉伸聚氨酯板材的拉伸强度、弯曲强度相较于单向拉伸有机玻璃均有较大提升，且定向拉伸后的聚氨酯板材绝大部分性能均由于单向拉伸的有机玻璃。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种定向拉伸聚氨酯板材的配方，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：
65％-80％的异佛尔酮二异氰酸酯；
5％-35％的小分子扩链剂；
5％-35％的交联剂。
2.根据权利要求1所述的定向拉伸聚氨酯板材的配方，其特征在于，所述小分子扩链剂包括乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、二甘醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇和甲基丙二醇或一缩二乙二醇(二甘醇)中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的定向拉伸聚氨酯板材的配方，其特征在于，所述交联剂包括丙三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、MOCA、二异丙醇胺中的一种或多种。
4.一种定向拉伸聚氨酯板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
真空加热质量百分比为5％-35％的小分子扩链剂，使所述小分子扩链剂中水的质量分数小于等于0.05％后，降温备用；
将所述小分子扩链剂加入到质量百分比为65％-80％的异佛尔酮二异氰酸酯中，加热搅拌，得到第一物料；
加热质量百分比为5％-35％的交联剂，得到第二物料；
将所述第一物料与所述第二物料混合，得到浇注物料；
将所述浇注物料浇注到模具中，加热固化，得到聚氨酯板板材；
根据所需尺寸切割所述聚氨酯板板材，得到拉伸板材；
加热所述拉伸板材，并对其定向拉伸，得到定向拉伸聚氨酯板材。
5.根据权利要求4所述的定向拉伸聚氨酯板材的制备方法，其特征在于，所述小分子扩链剂包括乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、二甘醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇和甲基丙二醇或一缩二乙二醇(二甘醇)中的一种或多种；所述交联剂包括丙三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、MOCA、二异丙醇胺中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的定向拉伸聚氨酯板材的制备方法，其特征在于，所述小分子扩链剂的真空加热温度为100-110℃，真空脱水时间为2-3h，所述小分子扩链剂的备用温度为80℃。
7.根据权利要求4所述的定向拉伸聚氨酯板材的制备方法，其特征在于，所述小分子扩链剂与所述聚氨酯板板材的加热搅拌温度为80℃，加热搅拌时间为2-3h。
8.根据权利要求4所述的定向拉伸聚氨酯板材的制备方法，其特征在于，所述交联剂的加热温度为80℃。
9.根据权利要求4所述的定向拉伸聚氨酯板材的制备方法，其特征在于，所述浇注物料的加热固化方式为，在80℃下固化2h，在115℃下固化2h，在160℃下固化26h。
10.根据权利要求4所述的定向拉伸聚氨酯板材的制备方法，其特征在于，加热所述拉伸板材时，将所述拉伸板材放入烘箱中，在180℃下加热4小时以上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220617 |