CN116925478A - 一种航空氧气面罩专用柔性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种航空氧气面罩专用柔性材料，属于面罩材料的技术领域。所述柔性材料按重量份数包括以下原料：PVC树脂100‑105份、增塑剂10‑15份、润滑剂0.4‑4.0份、热稳定剂0.8‑2.2份、改性复合纤维5‑6份；所述制备方法包括以下步骤：S1、称取PVC树脂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂、改性复合纤维，并将其搅拌混合，得到混合料；S2、将混合料置于双螺杆挤出机中熔融混合挤出，冷却、造粒、干燥后，得到柔性材料。本发明通过琥珀酸酐改性纤维素，并加入磷酸水溶液，促进反应的进行，同时通过改性氧化锆纤维填充纤维素结构中的孔隙，显著提高柔性材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于面罩材料的技术领域，涉及一种航空氧气面罩专用柔性材料及其制备方法。
背景技术
氧气面罩是将口鼻与外界环境隔开，以保证氧气调节器输来的具有一定含氧浓度和压力的气体流入人体呼吸器官的面具，目前氧气面罩主要有医用氧气面罩、军用航空氧气面罩以及民用航空氧气面罩等，大部分氧气面罩采用PVC为主要基材。
PVC曾是世界上产量最大的通用塑料，应用非常广泛。在建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维素等方面均有广泛应用。PVC树脂具有优异的理化性能包括耐腐蚀强、耐酸耐碱、优良的绝缘性能和防火阻燃性能、良好的可塑性、优异的耐磨性。但是尽管PVC树脂的综合性能优异，它在生产和应用中存在着一些缺陷，例如热稳定性差、耐光耐热性差、抗冲击性能差等缺点。因此，改进PVC的韧性、抗冲击强度和耐热性能是目前社会需求的大方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空氧气面罩专用柔性材料及其制备方法，所得的柔性材料具有优异力学性能的特点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种航空氧气面罩专用柔性材料按重量份数包括以下原料：
PVC树脂100-105份、增塑剂10-15份、润滑剂0.4-4.0份、热稳定剂0.8-2.2份、改性复合纤维5-6份。
作为本发明的一种优选技术方案，所述热稳定剂由硫醇甲基锡和钛白粉按质量比3-4：1混合而成；所述增塑剂为环氧大豆油；所述润滑剂由聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯按质量比1：0.8-2.0混合而成。
作为本发明的一种优选技术方案，所述改性复合纤维的制备方法包括以下步骤：
1）将清洗干燥后的纤维素与二甲基亚砜搅拌混合，得到混合体；
2）将氧化锆纤维加入乙二酸水溶液中分散，搅拌、干燥后得到改性氧化锆纤维；
3）向混合体加入4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液搅拌反应，洗涤、干燥后，得到改性复合纤维。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤1）中，所述纤维素和二甲基亚砜用量比为1g：5mL。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤2）中，所述氧化锆纤维与乙二酸水溶液的质量比为1：2，所述乙二酸水溶液的质量浓度为25-28%，所述搅拌的条件为在250-300r/min的转速下、搅拌5-8min。
作为本发明的一种优选技术方案，在改性复合纤维的制备中，所述纤维素、4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液的质量比为3：1：0.5-0.8：8.3-8.5：0.08-0.12；所述磷酸水溶液的质量浓度为10-12%；在本发明方案中，采用琥珀酸酐通过引入酯基来增加纤维素的疏水性，改性后的纤维素也减少了其表面上的羟基，这也会使纤维素表面的疏水性增强，有益于材料复合过程中提高纤维素和PVC树脂的界面相容性，使纤维素在PVC树脂基材中分散的更均匀。
进一步地，本发明加入磷酸可以作为催化剂促进琥珀酸酐与纤维素的酯化反应，提高反应速率和产率，磷酸可以加速生成的负离子中的电荷的离子化，从而增强催化作用，此外，磷酸还可以与羟基结合，产生更强的催化作用，促进反应的进行。
再进一步地，琥珀酸酐改性纤维素聚合度降低，这是因为在琥珀酸酐改性是在磨浆过程中反应，纤维素受到机械剪切力的作用，部分的无定型区被破坏导致纤维素聚合度降低，本发明方案通过改性氧化锆纤维的引入，其中磷酸根离子对锆离子有吸附作用，通过改性氧化锆纤维填充纤维素被破坏的无定型区，增强体系的力学性能。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤3）中，所述搅拌反应的时间为3.5-4.0h；所述洗涤的条件为取固体物洗涤至中性；所述干燥的条件为干燥12-15h。
本发明公开了一种航空氧气面罩专用柔性材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1、称取PVC树脂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂、改性复合纤维，并将其搅拌混合，得到混合料；
S2、将混合料置于双螺杆挤出机中熔融混合挤出，冷却、造粒、干燥后，得到柔性材料。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤S1中，所述搅拌混合的条件为在100-105℃下、搅拌混合10-15min。
作为本发明的一种优选技术方案，在步骤S2中，挤出在所述熔融混合挤出的条件为在转速20-30r/min、温度170-180℃下进行；在发明方案中，双螺杆挤出熔融共混在酯化改性过程中由于琥珀酰基的引入，降低了纤维素的分子极性，增强了纤维素与PVC的界面作用，在材料受力时能够更好的传递应力，起到增强二者相容性的效果。
作为本发明的一种优选技术方案，将柔性材料加入置注塑机成型，即得航空氧气面罩。
本发明的有益效果：
本发明通过琥珀酸酐改性纤维素，并加入磷酸水溶液，促进反应的进行，同时通过改性氧化锆纤维填充纤维素结构中的孔隙，显著提高柔性材料的力学性能。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
一种航空氧气面罩专用柔性材料按重量份数包括以下原料：
PVC树脂100份、环氧大豆油10份、润滑剂0.4份、热稳定剂0.8份、改性复合纤维5份；其中所述热稳定剂由硫醇甲基锡和钛白粉按质量比3-4：1混合而成；所述润滑剂由聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯按质量比1：0.8混合而成。
所述改性复合纤维的制备方法包括以下步骤：
1）将清洗干燥后的纤维素与二甲基亚砜搅拌混合，得到混合体；其中，所述纤维素和二甲基亚砜用量比为1g：5mL；
2）将氧化锆纤维加入乙二酸水溶液中分散，搅拌、干燥后得到改性氧化锆纤维；其中，所述氧化锆纤维与乙二酸水溶液的质量比为1：2，所述乙二酸水溶液的质量浓度为25%，所述搅拌的条件为在250r/min的转速下、搅拌5min；
3）向混合体加入4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液搅拌反应，洗涤、干燥后，得到改性复合纤维；其中，所述纤维素、4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液的质量比为3：1：0.5：8.3：0.08；所述磷酸水溶液的质量浓度为10%；所述搅拌反应的时间为3.5h；所述洗涤的条件为取固体物洗涤至中性；所述干燥的条件为干燥12h。
一种航空氧气面罩专用柔性材料的制备方法包括以下步骤：
S1、称取PVC树脂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂、改性复合纤维，并将其搅拌混合，得到混合料；其中，所述搅拌混合的条件为在100℃下、搅拌混合10min；
S2、将混合料置于双螺杆挤出机中熔融混合挤出，冷却、造粒、干燥后，得到柔性材料；其中，挤出在所述熔融混合挤出的条件为在转速20r/min、温度170℃下进行。
实施例2
一种航空氧气面罩专用柔性材料按重量份数包括以下原料：
PVC树脂102份、环氧大豆油13份、润滑剂2.2份、热稳定剂1.5份、改性复合纤维5.5份；其中所述热稳定剂由硫醇甲基锡和钛白粉按质量比3.5：1混合而成；所述润滑剂由聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯按质量比1：1.4混合而成。
所述改性复合纤维的制备方法包括以下步骤：
1）将清洗干燥后的纤维素与二甲基亚砜搅拌混合，得到混合体；其中，所述纤维素和二甲基亚砜用量比为1g：5mL；
2）将氧化锆纤维加入乙二酸水溶液中分散，搅拌、干燥后得到改性氧化锆纤维；其中，所述氧化锆纤维与乙二酸水溶液的质量比为1：2，所述乙二酸水溶液的质量浓度为26%，所述搅拌的条件为在280r/min的转速下、搅拌7min；
3）向混合体加入4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液搅拌反应，洗涤、干燥后，得到改性复合纤维；其中，所述纤维素、4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液的质量比为3：1：0.7：8.4：0.1；所述磷酸水溶液的质量浓度为11%；所述搅拌反应的时间为3.8h；所述洗涤的条件为取固体物洗涤至中性；所述干燥的条件为干燥14h。
一种航空氧气面罩专用柔性材料的制备方法包括以下步骤：
S1、称取PVC树脂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂、改性复合纤维，并将其搅拌混合，得到混合料；其中，所述搅拌混合的条件为在103℃下、搅拌混合12min；
S2、将混合料置于双螺杆挤出机中熔融混合挤出，冷却、造粒、干燥后，得到柔性材料；其中，挤出在所述熔融混合挤出的条件为在转速25r/min、温度175℃下进行。
实施例3
一种航空氧气面罩专用柔性材料按重量份数包括以下原料：
PVC树脂105份、环氧大豆油15份、润滑剂4.0份、热稳定剂2.2份、改性复合纤维6份；其中所述热稳定剂由硫醇甲基锡和钛白粉按质量比4：1混合而成；所述润滑剂由聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯按质量比1：2.0混合而成。
所述改性复合纤维的制备方法包括以下步骤：
1）将清洗干燥后的纤维素与二甲基亚砜搅拌混合，得到混合体；其中，所述纤维素和二甲基亚砜用量比为1g：5mL；
2）将氧化锆纤维加入乙二酸水溶液中分散，搅拌、干燥后得到改性氧化锆纤维；其中，所述氧化锆纤维与乙二酸水溶液的质量比为1：2，所述乙二酸水溶液的质量浓度为28%，所述搅拌的条件为在300r/min的转速下、搅拌8min；
3）向混合体加入4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液搅拌反应，洗涤、干燥后，得到改性复合纤维；其中，所述纤维素、4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液的质量比为3：1：0.8：8.5：0.12；所述磷酸水溶液的质量浓度为12%；所述搅拌反应的时间为4.0h；所述洗涤的条件为取固体物洗涤至中性；所述干燥的条件为干燥15h。
一种航空氧气面罩专用柔性材料的制备方法包括以下步骤：
S1、称取PVC树脂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂、改性复合纤维，并将其搅拌混合，得到混合料；其中，所述搅拌混合的条件为在105℃下、搅拌混合15min；
S2、将混合料置于双螺杆挤出机中熔融混合挤出，冷却、造粒、干燥后，得到柔性材料；其中，挤出在所述熔融混合挤出的条件为在转速30r/min、温度180℃下进行。
对比例1
与实施例2相比，不同之处在于，对比例1使用氧化锆纤维代替改性氧化锆纤维，其余组分、制备步骤和参数均一致。
对比例2
与实施例2相比，不同之处在于，对比例2不使用改性氧化锆纤维，其余组分、制备步骤和参数均一致。
对比例3
与实施例2相比，不同之处在于，对比例3不使用琥珀酸酐，其余组分、制备步骤和参数均一致。
对比例4
与实施例2相比，不同之处在于，对比例4不使用磷酸水溶液，其余组分、制备步骤和参数均一致。
性能检测试验
1、冲击强度检测分别采用实施例1-3以及对比例1-4的制备方法制备的柔性材料，参考GB/T1842-2008塑料悬臂梁冲击强度的测定方法检测悬臂梁缺口冲击强度，测试结果如表1所示。
2、拉伸强度检测分别采用实施例1-3以及对比例1-4的制备方法制备的柔性材料，参考GB/T1040.1-2018塑料拉伸性能的测定，检测其拉伸强度，测试结果如表1所示。
表1
从表1测试结果可知，实施例1-3与对比例1-4相比，本发明制备的柔性材料的力学性能显著优于对比例1-4。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种航空氧气面罩专用柔性材料，其特征在于，所述柔性材料按重量份数包括以下原料：
PVC树脂100-105份、增塑剂10-15份、润滑剂0.4-4.0份、热稳定剂0.8-2.2份、改性复合纤维5-6份。
2.根据权利要求1所述的一种航空氧气面罩专用柔性材料，其特征在于：所述热稳定剂由硫醇甲基锡和钛白粉按质量比3-4：1混合而成；所述增塑剂为环氧大豆油；所述润滑剂由聚乙烯蜡和季戊四醇硬脂酸酯按质量比1：0.8-2.0混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种航空氧气面罩专用柔性材料，其特征在于：所述改性复合纤维的制备方法包括以下步骤：
1）将清洗干燥后的纤维素与二甲基亚砜搅拌混合，得到混合体；
2）将氧化锆纤维加入乙二酸水溶液中分散，搅拌、干燥后得到改性氧化锆纤维；
3）向混合体加入4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液搅拌反应，洗涤、干燥后，得到改性复合纤维。
4.根据权利要求3所述的一种航空氧气面罩专用柔性材料，其特征在于：在步骤1）中，所述纤维素和二甲基亚砜用量比为1g：5mL。
5.根据权利要求3所述的一种航空氧气面罩专用柔性材料，其特征在于：在步骤2）中，所述氧化锆纤维与乙二酸水溶液的质量比为1：2，所述乙二酸水溶液的质量浓度为25-28%，所述搅拌的条件为在250-300r/min的转速下、搅拌5-8min。
6.根据权利要求3所述的一种航空氧气面罩专用柔性材料，其特征在于：在改性复合纤维的制备中，所述纤维素、4-二甲氨基吡啶、改性氧化锆纤维、琥珀酸酐和磷酸水溶液的质量比为3：1：0.5-0.8：8.3-8.5：0.08-0.12；所述磷酸水溶液的质量浓度为10-12%。
7.根据权利要求3或6所述的一种航空氧气面罩专用柔性材料，其特征在于：在步骤3）中，所述搅拌反应的时间为3.5-4.0h；所述洗涤的条件为取固体物洗涤至中性；所述干燥的条件为干燥12-15h。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的航空氧气面罩专用柔性材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、称取PVC树脂、增塑剂、润滑剂、热稳定剂、改性复合纤维，并将其搅拌混合，得到混合料；
S2、将混合料置于双螺杆挤出机中熔融混合挤出，冷却、造粒、干燥后，得到柔性材料。
9.根据权利要求8所述的一种航空氧气面罩专用柔性材料的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述搅拌混合的条件为在100-105℃下、搅拌混合10-15min。
10.根据权利要求8或9所述的一种航空氧气面罩专用柔性材料的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述熔融混合挤出的条件为在转速20-30r/min、温度170-180℃下进行。
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