CN116144166B - 一种抗冲击耐磨的聚氨酯板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种抗冲击耐磨的聚氨酯板及其制备方法，属于聚氨酯材料技术领域；聚氨酯板原料包括聚氨酯预聚体、改性高铝陶瓷微球、4,4'‑亚甲基二（2‑氯苯胺）；改性高铝陶瓷微球是通过硅烷偶联剂处理高铝陶瓷微球得到；改性高铝陶瓷微球的粒径在60‑200目之间梯度分布；本发明通过按照一定的梯度分布来组成不同粒径的高铝陶瓷微球混合体，形成适当的分子间作用力，使分子间作用力与微球的重力达到平衡，保证了高铝陶瓷微球不会沉降，同时提高了聚氨酯板的抗冲击力和耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体为一种抗冲击耐磨的聚氨酯板的制备方法，所述的聚氨酯板可应用于对抗冲击与耐磨性能具有要求的环境下，如用于煤炭开采与运输中皮带传送料斗。
背景技术
煤炭开采与运输过程中，大量采用了皮带传送，皮带传送的上料区所使用的料斗，受煤粉的磨损与煤块大棱角的冲击，非常容易破坏，实际生产中，使用了多种档次和材质材料如：金属衬板、陶瓷衬板和橡胶衬板，但由于材质本身的限制，这些衬板在使用中同时也存在一些缺陷，比如金属衬板重量大，设备负荷高，更换复杂；陶瓷衬板受生产工艺限制，一般价格偏高，在使用中一旦出现破裂，就必须全部更换，材质有效利用率很低，寿命短；橡胶衬板则存在易老化、抗撕裂性差的缺点，尤其是在高速硬质物料的冲击下，磨损速度大大加快。将聚氨酯与无机非金属硬质填料结合制成复合材料磨机衬板，既可以增加材料的耐磨性，又可抵抗物料对衬板的冲击，从而提高衬板的使用寿命。为此，现有技术中在聚氨酯弹性体中填加了白炭黑、石英砂、氧化铝、陶瓷粉末、纳米陶瓷粉、碳化钛、氮化硅、氮化钛、碳化钨等，为提高无机非金属硬质填料与聚氨酯的结合力，还对其进行了偶联剂表面处理，这些技术有效地提高了聚氨酯的耐磨性，然而由于工况复杂，煤炭传输中，较大的煤块具有尖锐的棱角，落下的煤块会直接刺破皮带。这种棱角的冲击对设备造成的损伤没有得到很好的解决，寻找耐磨耐冲击材料一直是行业的难题。
现有技术研究表明聚氨酯耐磨板受到磨擦时，填充的无机材料优先承担了大部分的载荷。高硬度的无机材料可以抵抗浆料的冲蚀磨损，保护周围和下层的基体组织。但是随着冲蚀的继续，冲击造成的是裂纹状的损伤，因为应力集中，裂纹逐渐长大，聚氨酯复合材料基体破坏。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种抗冲击耐磨的聚氨酯板及其制备方法。解决现有聚氨酯板抗冲击、耐磨损性能不理想的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种抗冲击耐磨的聚氨酯板，包括以下重量份的原料：80-90份的聚氨酯预聚体、30-50份的改性高铝陶瓷微球、10-15份的 4,4'-亚甲基二（2-氯苯胺）；所述的改性高铝陶瓷微球是通过硅烷偶联剂处理高铝陶瓷微球得到；所述改性高铝陶瓷微球的粒径在60-200目之间梯度分布。
优选的，所述改性高铝陶瓷微球的粒径梯度分布为200目的10-30份，100目的5-15份，60目的10-20份。
优选的，所述的硅烷偶联剂为有机硅烷偶联剂KH550。
优选的，所述聚氨酯预聚体的NCO%为4%-4.4%。
更优的，100份NCO含量为4%-4.4%的聚氨酯预聚体，用4,4'-亚甲基二（2-氯苯胺）12.7份，对应的扩链系数为0.95。
优选的，所述的聚氨酯预聚体由分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇和2,4-甲苯二异氰酸酯制备得到。
优选的，所述硅烷偶联剂的质量为高铝陶瓷微球的2%-4%。
一种抗冲击耐磨的聚氨酯板的制备方法，包括以下步骤：
1）制备改性高铝陶瓷微球：将硅烷偶联剂和无水乙醇的混合物加入到高铝陶瓷微球中，充分搅拌均匀，然后烘至无水乙醇全部挥发，得到由硅烷偶联剂处理过的高铝陶瓷微球。
2）将聚氨酯预聚体加热后，加入步骤1）由硅烷偶联剂处理过的高铝陶瓷微球，再加热到70-90℃备用。
3）将加热至熔融的4,4'-亚甲基二（2-氯苯胺）加入到步骤2）得到的混合物中，搅拌均匀倒入备好的模具中得到聚氨酯坯体。
4）坯体的硫化和熟化后处理。
优选的，聚氨酯预聚体的制备方法为：将计量的分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇加入组装有温度计、回流冷凝管、搅拌器、电热套和真空装置的四口瓶中，升温至 100-110℃，真空脱水2小时，冷却至50±5℃，在搅拌下，分批加入计量的2,4-甲苯二异氰酸酯，再升温至80±2℃进行反应，得到聚氨酯预聚体。
优选的，所述的坯体的硫化和熟化后处理是将坯体转移至110-120℃的烘箱中，再硫化8-12小时，硫化完成后放置室温熟化6-8天。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
本发明通过合成硬段和软段比例适当的聚氨酯预聚体，用4,4'-亚甲基二（2-氯苯胺），（MOCA）交联；在其中加入耐磨性好，硬度高的高铝陶瓷微球，以高铝陶瓷微球承担大部分的冲击载荷，以球型分散冲击力，减少因应力集中，造成裂纹，形成撕裂破坏；采用一定梯度的陶瓷微球粒径分布，用小粒径陶瓷微球提高耐磨性，大粒径陶瓷微球提高冲击性；用偶联剂处理陶瓷微球以增大聚氨酯与陶瓷的结合力。
高铝陶瓷微球的粒径越小，越有利于耐磨性的提升，粒径较小的高铝陶瓷微球的均匀性更好，但是当遇到应力较集中的冲击，高铝陶瓷微球微观上的球形粒子会被推挤在四周，而暴露出其他组织成分，产生撕裂状裂痕，抗冲击力会下降。而增大高铝陶瓷微球的粒径，抗冲击力得到提升，但是因为粒径增大，微球的质量增加，会出现微球沉降，导致其在组织中分布不均匀。本发明通过按照一定的梯度分布来组成不同粒径的高铝陶瓷微球混合体，制造过程中在一定范围内使聚氨酯基体与微球的粘结力与微球的重力达到平衡，保证高铝陶瓷微球不会沉降，同时提高聚氨酯板的抗冲击力和耐磨性。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
一种抗冲击耐磨的聚氨酯板，其制备方法包括：
1、制备聚氨酯预聚体：将分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇 ( PTMG )，加入到反应瓶中，升温至 100～110℃，真空脱水2 h，冷却至50±5℃，在搅拌下，滴加计量的2,4-甲苯二异氰酸酯（T100），滴加完成后，升温至80±2℃，并维持该温度反应2.5h，即得NCO%为4%-4.4%聚氨酯预聚体。
2、高铝陶瓷微球的表明处理：
高铝陶瓷微球使用硅烷偶联剂KH550 处理：称量200目的高铝陶瓷微球15份加入到容器中，取高铝陶瓷微球量的2%有机硅烷偶联剂KH550，将有机硅烷偶联剂KH550与适量的无水乙醇混合搅拌均匀，再将KH550乙醇溶液加入到有高铝陶瓷微球的容器中，搅匀，然后烘至无水乙醇全部挥发，得到由硅烷偶联剂处理过的高铝陶瓷微球。
3、将88.5份的聚氨酯预聚体加热，加入15份经过处理的高铝陶瓷微球，加热到80℃备用；
4、加热11.5份的MOCA 至熔融；
预聚体与MOCA的比例为：100份NCO含量为4%-4.4%的聚氨酯预聚体，用MOCA12.7份，对应的扩链系数为0.95。无特别说明本发明的实施例中，聚氨酯弹性体是指聚氨酯预聚体与扩链剂MOCA的总量。
5、将模具组合好，在内表面均匀涂抹二甲基硅油脱模剂，置于80℃的浇注平台上，用胶泥涂抹模具与平台的缝隙；
6、将热的MOCA加入到热的聚氨酯预聚体与高铝陶瓷微球组成的溶液中，搅拌均匀后，倒入备好的模具中；得到聚氨酯坯体，坯体在80℃保温2小时；
7、坯体转移至110℃的烘箱中，再硫化10 小时，硫化完成后放置室温熟化7天。
实施例2
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为200目20份，其他同实施例1。
实施例3
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为200目25份，其他同实施例1。
实施例4
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为200目30份，其他同实施例1。
实施例5
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为200目35份，其他同实施例1。
实施例6
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为200目40份，其他同实施例1。
实施例7
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为200目30份、60目10份，其他同实施例1。
实施例8
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为200目25份，60目15份，其他同实施例1。
实施例9
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为200目20份，100目10份，60目10份，其他同实施例1。
实施例10
步骤2中称量的高铝陶瓷微球为60目40份，其他同实施例1。
对照例
所加高铝陶瓷微球为0份，其他同实施例1。
对实施例1-10和对照例制备得到的聚氨酯板进行性能测试，测试结果见下表：
由以上数据可以看到，实施例1-7硬度高，高铝陶瓷微球的粒径以200目为主，粒径小的微球表现均匀，但是在使用过程中，出现了不同程度的撕裂和磨损。实施例8和10，提高了大粒径的微球的量，出现了大球沉降现象，断裂伸长率下降。实施例9采用高、中、低三个阶段的微球粒径分布，达到了微球分布均匀、无明显裂纹、以及较高的断裂伸长率和硬度性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (9)
1.一种抗冲击耐磨的聚氨酯板，其特征在于，包括以下重量份的原料：80-90份的聚氨酯预聚体、30-50份的改性高铝陶瓷微球、10-15份的 4,4'-亚甲基二（2-氯苯胺）；所述的改性高铝陶瓷微球是通过硅烷偶联剂处理高铝陶瓷微球得到；所述改性高铝陶瓷微球的粒径在60-200目之间梯度分布；所述改性高铝陶瓷微球的粒径梯度分布为200目的10-30份，100目的5-15份，60目的10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐磨的聚氨酯板，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为有机硅烷偶联剂KH550。
3.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐磨的聚氨酯板，其特征在于，所述聚氨酯预聚体的NCO%为4%-4.4%。
4.根据权利要求3所述的一种抗冲击耐磨的聚氨酯板，其特征在于，100份NCO含量为4%-4.4%的聚氨酯预聚体，用4,4'-亚甲基二（2-氯苯胺）12.7份，对应的扩链系数为0.95。
5.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐磨的聚氨酯板，其特征在于，所述的聚氨酯预聚体由分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇和2,4-甲苯二异氰酸酯制备得到。
6.根据权利要求1所述的一种抗冲击耐磨的聚氨酯板，其特征在于，所述硅烷偶联剂的质量为高铝陶瓷微球的2%-4%。
7.如权利要求1-6任意一项所述的一种抗冲击耐磨的聚氨酯板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制备改性高铝陶瓷微球：将硅烷偶联剂和无水乙醇的混合物加入到高铝陶瓷微球中，充分搅拌均匀，然后烘至无水乙醇全部挥发，得到由硅烷偶联剂处理过的高铝陶瓷微球；
2）将聚氨酯预聚体加热后，加入步骤1）由硅烷偶联剂处理过的高铝陶瓷微球，再加热到70-90℃备用；同时组装模具，并在模具内壁涂脱模剂，然后预热至90℃；
3）将加热至熔融的4,4'-亚甲基二（2-氯苯胺）加入到步骤2）得到的混合物中，搅拌均匀倒入备好的模具中得到聚氨酯坯体；
4）坯体的硫化和熟化后处理。
8.根据权利要求7所述的一种抗冲击耐磨的聚氨酯板的制备方法，其特征在于，聚氨酯预聚体的制备方法为：将计量的分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇加入组装有温度计、回流冷凝管、搅拌器、电热套和真空装置的四口瓶中，升温至 100-110℃，真空脱水2小时，冷却至50±5℃，在搅拌下，分批加入计量的2,4-甲苯二异氰酸酯，再升温至80±2℃进行反应，得到聚氨酯预聚体。
9.根据权利要求7所述的一种抗冲击耐磨的聚氨酯板的制备方法，其特征在于，所述的坯体的硫化和熟化后处理是将坯体转移至110-120℃的烘箱中，再硫化8-12小时，硫化完成后放置室温熟化6-8天。
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