一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料及其制备方法技术

一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料及其制备方法，复合材料由纸蜂窝在酚醛树脂基体中浸渍后，与增韧改性材料混合后压模、固化而成；增韧改性材料的原料组成为：酚醛树脂基体30‑45份、改性聚氨酯预聚体12‑18份、聚甲基硅氧烷7‑10份、增强剂8‑13份、复合纤维4‑6份、发泡剂3‑6份、表面活性剂6‑8份、固化剂6‑10份和抗氧化剂1‑3份，还加入有重量占增韧改性材料原料总重量6‑8%的外加剂。本发明专利技术制得的腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料，能够防止材料的脆性断裂和粉化，且能够消除材料表面的静电，使值得的腹肌板更加人性化。

Modified phenolic foam composite material for abdominal muscle board and preparation method thereof

A modified abdominal plate of phenolic foam composite material and a preparation method thereof, composite material made of paper honeycomb in phenolic resin matrix after impregnation, and toughening materials after mixing molding, curing and toughening materials; raw materials: phenolic resin matrix 30 45, modified polyurethane prepolymer 12 dimer 18, polydimethylsiloxane 7 10 copies, 13 copies, 8 enhancer 4 composite fiber 6, foaming agent 3 6, surfactant 6 8 copies, 6 10 curing agent and antioxidant 1 3, also added weight of toughening the material of the total weight of 6 8% additive. The modified phenolic foam composite material for the abdominal muscle plate prepared by the invention can prevent the brittle fracture and pulverization of the material, and can eliminate the static electricity on the surface of the material, and makes the valuable abdominal plate more humanized.

【技术实现步骤摘要】
一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料及其制备方法
本专利技术涉及体育器械
，具体涉及一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料及其制备方法。
技术介绍
腹肌板即仰卧板，是健身、瘦腹、具有仰卧起坐、收背运动、仰卧抬腿等训练功能的体育器械。现有腹肌板的材质一般为钢材，因其舒适度交叉，需在其外部包裹塑料。而酚醛泡沫塑料具有密度低、重量轻，导热系数低，使用温度范同大，尺寸稳定性好的特点，而且相比于聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫，酚醛泡沫具有优异的难燃、自熄、低烟雾、耐火焰贯穿的优点。因此，近年来，酚醛泡沫塑料在船舶、航空器材、体育器材等领域得到了广泛的应用。但由于分子结构中亚甲基连接的刚性芳环的紧密堆砌，酚羟基和亚甲基容易氧化，使得酚醛泡沫塑料本身耐氧化性不好，力学性能较差，尤其是脆性大、易粉化，这一缺陷极大地限制了其应用，特别是室外体育器材上的应用。在体育器材领域，为使酚醛泡沫塑料具有耐磨、缓冲、防震等性能，并且满足强度需求，须对其进行增强增韧改性，同时还要满足质轻、阻燃以及成本低廉等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料及其制备方法，以使改性后的酚醛泡沫塑料能够应用在室外体育器材上。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料，由纸蜂窝在酚醛树脂基体中浸渍后，与增韧改性材料混合后压模、固化而成，按重量份数计，增韧改性材料的原料组成为：酚醛树脂基体30-45份、改性聚氨酯预聚体12-18份、聚甲基硅氧烷7-10份、增强剂8-13份、复合纤维4-6份、发泡剂3-6份、表面活性剂6-8份、固化剂6-10份和抗氧化剂1-3份，还加入有重量占增韧改性材料原料总重量6-8%的外加剂；其中，所述增强剂由氧化铝微粉、白云母粉、羧甲基纤维素钠和改性海泡石绒，依次按照重量比4-5：8-9：2-3：1-1.2的比例混合而成；所述复合纤维由碳纳米纤维、聚丙烯腈纤维和二苯甲酸二甘醇酯，依次按照重量比为1-2：2-3：8-10的比例混合而成。其中，表面活性剂由重量比为1：2的吐温-80和水溶性硅油组成。其中，发泡剂由重量比为2：1的正戊烷和正己烷组成。其中，固化剂由重量比为2：1：1：2的对甲苯磺酸、磷酸、硼酸和水组成。制备如上所述的一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料的方法，包括以下步骤：步骤一、根据需要选取目标尺寸的未固化的纸蜂窝，将其浸泡于酚醛树脂基体中3h，然后取出纸蜂窝，拉开平铺在平板发泡模上，固定好后放入140℃的烘箱中加热1.5h，最后将纸蜂窝取出，冷却至室温，待用；步骤二、按照上述的重量份数，首先将酚醛树脂基体在水浴锅中预热至40℃，然后加入改性聚氨酯预聚体，在450-500r/min的转速下搅拌20-30min；然后依次加入增强剂、复合纤维和聚甲基硅氧烷，在550-600r/min的转速下搅拌20-30min；再依次加入表面活性剂、发泡剂、抗氧化剂和外加剂，在550-600r/min的转速下搅拌15-20min；然后加入固化剂，在650-700r/min的转速下搅拌5-10min后制得混合溶液，将混合溶液倒入涂有脱模剂并预热至40℃的模具中，压入步骤一制备的纸蜂窝，合上模具，并将模具移至75℃的烘箱中固化2h，最后冷却至室温脱模，得到改性酚醛泡沫复合材料。进一步的，改性聚氨酯预聚体的制备方法为：（1）、在硅溶胶中依次加入占硅溶胶重量2-3%的硅微粉、硅溶胶重量1-2%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量0.8-1%的乙酸钠，然后在70-80℃条件下搅拌1-2h，制得改性硅溶胶，备用；（2）、将纳米二氧化钛中加入占纳米二氧化钛重量3-5%的表面改性剂Ⅰ，搅拌制得改性纳米二氧化钛，备用；其中，表面改性剂Ⅰ由氢氧化钡、碳酸钠和KH570，依次按照重量比为3-4：1-2：30的比例混合而成；（3）、取MDI型聚氨酯预聚体，加入改性填料混合搅拌而得改性聚氨酯预聚体；其中，改性填料与MDI型聚氨酯预聚体的重量比为7：6；改性填料由邻苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步骤（1）制得的改性硅溶胶和步骤（2）制得的改性纳米二氧化钛，依次按照重量比为2：3：1：1的比例混合而成。进一步的，增强剂的制备方法为：（1）、将海泡石绒与占其重量3-5%的表面改性剂Ⅱ混合后，静置1-2h后过滤晾干制得改性海泡石绒；其中，表面改性剂Ⅱ由KH550、乙醇、丙酮和氢氧化钡，依次按照重量比3-4：80：2-3：1-2的比例混合而成；（2）、按照重量比4-5：8-9：2-3：1-1.2的比例，依次取氧化铝微粉、白云母粉、羧甲基纤维素钠和步骤（1）制得的改性海泡石绒混合均匀，制得增强剂。进一步的，外加剂的制备方法为：按照重量比，取正硅酸乙酯与去离子水按照1：8-10的比例混合，再向其中依次加入1-2份海泡石绒、占正硅酸乙酯重量10%的冰醋酸和占正硅酸乙酯重量5%的导电炭黑混合均匀进行反应，反应过程中，每隔20min向反应体系内施加频率250-270kHz的超声波1min，待反应结束后对反应体系进行超滤得到固体粉末，最后将固体粉末在有氧条件下充分灼烧除去碳粉，即得到外加剂。本专利技术中，纸蜂窝采用厚度为0.5-0.1mm的nomex纸蜂窝，孔格边长为1.8-4.5mm，公称容重为30-48kg/m3。本专利技术中，优选的，导电炭黑比表面积为700-850m2/g，平均粒径为20nm，电阻小于0.6Ω·m；碳纳米纤维，平均直径为15-100nm，长度为20-50μm，比表面积为15-20m2/g；抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂。本专利技术采用对MDI型聚氨酯预聚体进行改性处理，改性聚氨酯预聚物与酚醛树脂基体中的羟甲基反应，表现为引入少量聚氨酯预聚体就能起到很好的增韧作用；反应过程中，改性处理过聚氨酯预聚物中的异氰酸根与酚醛树脂中的羟甲基发生交联，形成互穿网络状结构，提高泡沫塑料的强度和韧性，从而降低脆性，不易粉化；同时，纳米二氧化钛粒子的表面含有一定数量的含氧官能团，便于二氧化钛与其余物质在高温下发生化学键合或者物理结合，在受到外力冲击作用下，纳米二氧化钛粒子能够吸收较多的变形功，并产生“钉扎-攀越”效应，增大裂纹在扩展时所受到的阻力，从而使其韧性增加。本专利技术中，增强剂中含有改性海泡石绒、纳米氧化铝微粉，这两种物质能够在羧甲基纤维素钠的辅助下混炼时均匀分散在塑料中，一方面，改性海泡石绒具有很大的内表面积，具有的微孔结构能够有效削减并吸收的外力作用；另一方面，改性过程中使改性海泡石绒的内外表面接枝大量的硅羟基，这些基团通过化学反应将改性海泡石绒与基体连接起来，保证二者具有良好的界面结合力。本专利技术中，聚甲基硅氧烷能够在一定程度上提升泡沫塑料的韧性，同时改善增强剂、复合纤维与酚醛树脂基体的相容性；而复合纤维在混炼时，不仅能够相互交联，从而防止材料的脆性断裂和粉化，而且复合纤维中含有的二苯甲酸二甘醇酯，能够进一步增强材料的塑性和韧性，更能够使纤维与基体材料紧密结合。本专利技术采用无机酸和有机酸相结合，这样既保证效率，又能够较好地控制整个发泡工艺过程。此外，导电炭黑和碳纳米纤维对酚醛泡沫材料的力学性能也有一定的贡献，更为重要的是，二者在酚醛泡沫材料中形成立体导电网络结构，使酚醛泡沫塑料具有一定的导电性能，消除材料表面的静电，使值得的腹肌板更加人性化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料，由纸蜂窝在酚醛树脂基体中浸渍后，再与增韧改性材料混合后压模、固化而成，其特征在于：按重量份数计，增韧改性材料的原料组成为：酚醛树脂基体30‑45份、改性聚氨酯预聚体12‑18份、聚甲基硅氧烷7‑10份、增强剂8‑13份、复合纤维4‑6份、发泡剂3‑6份、表面活性剂6‑8份、固化剂6‑10份和抗氧化剂1‑3份，还加入有重量占增韧改性材料原料总重量6‑8%的外加剂；其中，所述增强剂由氧化铝微粉、白云母粉、羧甲基纤维素钠和改性海泡石绒，依次按照重量比4‑5：8‑9：2‑3：1‑1.2的比例混合而成；所述复合纤维由碳纳米纤维、聚丙烯腈纤维和二苯甲酸二甘醇酯，依次按照重量比为1‑2：2‑3：8‑10的比例混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料，由纸蜂窝在酚醛树脂基体中浸渍后，再与增韧改性材料混合后压模、固化而成，其特征在于：按重量份数计，增韧改性材料的原料组成为：酚醛树脂基体30-45份、改性聚氨酯预聚体12-18份、聚甲基硅氧烷7-10份、增强剂8-13份、复合纤维4-6份、发泡剂3-6份、表面活性剂6-8份、固化剂6-10份和抗氧化剂1-3份，还加入有重量占增韧改性材料原料总重量6-8%的外加剂；其中，所述增强剂由氧化铝微粉、白云母粉、羧甲基纤维素钠和改性海泡石绒，依次按照重量比4-5：8-9：2-3：1-1.2的比例混合而成；所述复合纤维由碳纳米纤维、聚丙烯腈纤维和二苯甲酸二甘醇酯，依次按照重量比为1-2：2-3：8-10的比例混合而成。2.如权利要求1所述的一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述的表面活性剂由重量比为1：2的吐温-80和水溶性硅油组成。3.如权利要求1所述的一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述的发泡剂由重量比为2：1的正戊烷和正己烷组成。4.如权利要求1所述的一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料，其特征在于：所述的固化剂由重量比为2：1：1：2的对甲苯磺酸、磷酸、硼酸和水组成。5.制备如权利要求1所述的一种腹肌板用改性酚醛泡沫复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据需要选取目标尺寸的未固化的纸蜂窝，将其浸泡于酚醛树脂基体中3h，然后取出纸蜂窝，拉开平铺在平板发泡模上，固定好后放入140℃的烘箱中加热1.5h，最后将纸蜂窝取出，冷却至室温，待用；步骤二、按照权利要求1所述的重量份数，首先将酚醛树脂基体在水浴锅中预热至40℃，然后加入改性聚氨酯预聚体，在450-500r/min的转速下搅拌20-30min；然后依次加入增强剂、复合纤维和聚甲基硅氧烷，在550-600r/min的转速下搅拌20-30min；再依次加入表面活性剂、发泡剂、抗氧化剂和外加剂，在550-600r/min的转速下搅拌15-20min；然后加入固化剂，在650-700r/min的转速下搅拌5-10min后制得混合溶液，将混合溶液倒入涂有脱模剂并预热至40℃的模具中，压入步骤一制备的纸蜂窝，合上模具，并将模具移至75℃的烘箱中固化2h，最后冷却至室温脱模...

【专利技术属性】
技术研发人员：何旭初，田燏甲，田保山，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41