一种高强度的防护用TPU合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高强度的防护用TPU合金材料及其制备方法，所述TPU合金材料的制备原料包括以下重量份的组分：TPU颗粒50‑70重量份，碳纤维10‑20重量份，氧化石墨烯5‑10重量份，石墨烯10‑20重量份，含磷腈的聚酯5‑8重量份，抗氧剂1‑4重量份。碳纤维、氧化石墨烯、石墨烯和含磷腈的聚酯相互配合使本发明专利技术提供的TPU合金具有高强度的特点，可以作为防护材料应用。本发明专利技术提供的制备方法简单易行。

A high strength TPU alloy material for protection and its preparation method

The invention provides a high strength protective TPU alloy material and its preparation method. The preparation material of the TPU alloy material includes the components of the following weight parts: TPU particle 50, 70 weight, 10 carbon fiber, 20 weight, 5 graphite oxide 10 weight, 10 graphite of graphene 10, 5 polyester 5. 8 weight Antioxidant 1, 4 weight. The mutual coordination of carbon fibers, graphene oxide, graphene and phosphonitrile makes the TPU alloy provided with high strength and can be used as a protective material. The preparation method provided by the invention is simple and easy.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度的防护用TPU合金材料及其制备方法
本专利技术属于合金材料领域，涉及一种TPU合金材料及其制备方法，尤其涉及一种高强度的防护用TPU合金材料及其制备方法。
技术介绍
TPU名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，它的分子结构是由二异氰酸酯和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二异氰酸酯与大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的，是一种新型的有机高分子合成材料，可以替代橡胶或软性聚氯乙烯材料，其良好的耐磨性，回弹性均优于普通聚氨酯，耐老化性能优于橡胶，可以说TPU拥有塑料的刚性和橡胶的高弹性，被国际上称为新型聚合物材料；并且加工方式多样化，其生产过程中不需要硫化反应，整体生产周期短，可回收利用边角料等橡胶不具备的特点，TPU卓越的性能决定了应用的广泛性；又因为TPU具有良好的力学性能，通过调节配方可使制品的硬度在很大范围内变化，并且具有优异的撕裂强度及阻尼性能，TPU已广泛应用于医疗卫生、电子电器以及体育用品等方面。尽管TPU已经得到广泛应用，但TPU在作为防护材料应用时，仍然存在强度不够高的缺陷，目前需要开发一种新的TPU材料来扩展TPU在防护材料方面的应用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种TPU合金材料及其制备方法，特别是一种高强度的防护用TPU合金材料及其制备方法。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种TPU合金材料，所述TPU合金材料的制备原料包括以下重量份的组分：本专利技术提供的TPU合金中包括碳纤维、氧化石墨烯和石墨烯，碳纤维可以增加材料强度的同时填充于石墨烯和氧化石墨烯的片层间，构成彼此穿插层间的结构，避免石墨烯、氧化石墨烯聚集的同时且可以赋予材料优良的抗静电性能；而氧化石墨烯和石墨烯的添加可以增加材料强度的同时在一定程度上减轻材料的单位质量；本专利技术提供的TPU合金还包括含磷腈的聚酯，在合金中加入含磷腈的聚酯一方面可以避免加入无机阻燃剂而影响材料之间的相容性，另一方面含磷腈的聚酯可以增加材料的强度；碳纤维、氧化石墨烯、石墨烯和含磷腈的聚酯相互配合使本专利技术提供的TPU合金具有高强度的特点，可以作为防护材料应用。在本专利技术中，所述TPU颗粒的重量份为50-70重量份，例如50重量份、55重量份、60重量份、65重量份、70重量份等。优选地，所述TPU颗粒为质量比1:(1-5)的聚醚型TPU颗粒和聚酯型TPU颗粒的混合物，所述1:(1-5)可以为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5等。当聚酯型TPU颗粒含量太多时，虽然TPU合金仍具有高强度的特点，但是TPU合金的柔韧性会变差；而当聚醚性TPU颗粒含量太多时，TPU合金柔韧性增加但是强度会有所损失。在本专利技术中，所述碳纤维的重量份为10-20重量份，例如10重量份、12重量份、15重量份、17重量份、20重量份等。在本专利技术中，所述氧化石墨烯的重量份为5-10重量份，例如5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份等。在本专利技术中，所述石墨烯的重量份为10-20重量份，例如10重量份、12重量份、15重量份、17重量份、20重量份等。在本专利技术中，所述含磷腈的聚酯的重量份为5-8重量份，例如5重量份、6重量份、7重量份、8重量份等。优选地，所述含磷腈的聚酯具有如下结构：其中n为1-10，例如1、3、5、7、9、10等。在本专利技术中，所述抗氧剂的重量份为1-4重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份等。优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂TPP或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。另一方面，本专利技术提供了如上所述的TPU合金材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将碳纤维与石墨烯、氧化石墨烯混合均匀，得到混合物；(2)将步骤(1)得到的混合物与TPU颗粒、含磷腈的聚酯以及抗氧剂混合均匀，得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物干燥后在80-100℃混炼10-30分钟；所述80-100℃可以是80℃、85℃、90℃、95℃、100℃等，所述10-30分钟可以是10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟等。(4)将步骤(3)混炼后的产物在140-180℃继续混炼5-10分钟；所述140-180℃可以是140℃、150℃、160℃、170℃、180℃等，所述5-10分钟可以是5分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟等。(5)将步骤(4)混炼后的产物在100-120℃继续混炼10-20分钟，而后挤出得到所述TPU合金材料；所述100-120℃可以是100℃、105℃、110℃、115℃、120℃等，所述10-20分钟可以是10分钟、12分钟、15分钟、17分钟、20分钟等。本专利技术提供的制备方法简单易行，利用本专利技术提供的制备方法制备得到的TPU合金具有强度高，韧性好的优异性能，完全可以满足防护材料的要求。并且在本专利技术提供的制备方法中，需要分步共混以确保碳纤维很好地与石墨烯和氧化石墨烯构成了彼此穿插层间的结构，在提高氧化石墨烯以及石墨烯的分散性的基础上提高TPU合金的强度以及抗静电性；并且在混炼过程中也需要三级混炼配合使用，才可以得到高强度TPU合金。优选地，步骤(1)所述混合时的搅拌速度为50-80r/min，例如50r/min、55r/min、60r/min、65r/min、70r/min、75r/min、80r/min等。优选地，步骤(2)所述混合的搅拌速度为100-200r/min，例如100r/min、125r/min、150r/min、175r/min、200r/min等。优选地，步骤(3)所述干燥时的温度为50-70℃，例如50℃、55℃、60℃、65℃、70℃等。优选地，步骤(5)所述挤出利用双螺杆挤出机挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃(例如110℃、115℃、120℃等)，混合段温度为140-160℃(例如140℃、145℃、150℃、155℃、160℃等)，挤出段温度为180-200℃(例如180℃、185℃、190℃、195℃、200℃等)，机头温度为160-170℃(例如160℃、165℃、170℃等)。作为优选技术方案，所述制备方法包括以下步骤：(1)将碳纤维与石墨烯、氧化石墨烯在搅拌速度50-80r/min下混合均匀，得到混合物；(2)将步骤(1)得到的混合物与TPU颗粒、含磷腈的聚酯以及抗氧剂在搅拌速度100-200r/min下混合均匀，得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物在50-70℃下干燥后，在80-100℃混炼10-30分钟；(4)将步骤(3)混炼后的产物在140-180℃继续混炼5-10分钟；(5)将步骤(4)混炼后的产物在100-120℃继续混炼10-20分钟，而后利用双螺杆挤出机挤出，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃，混合段温度为140-160℃，挤出段温度为180-200℃，机头温度为160-170℃，得到所述TPU合金材料。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的TPU合金中包括碳纤维、氧化石墨烯和石墨烯，碳纤维可以增加材料强度的同时填充于石墨烯和氧化石墨烯的片层间，构成彼此穿插层间的结构，避免石墨烯、氧化石墨烯聚集的同时且可以赋予材料优良的抗静电性能；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TPU合金材料，其特征在于，所述TPU合金材料的制备原料包括以下重量份的组分：

【技术特征摘要】
1.一种TPU合金材料，其特征在于，所述TPU合金材料的制备原料包括以下重量份的组分：2.根据权利要求1所述的TPU合金材料，其特征在于，所述TPU颗粒为质量比1:(1-5)的聚醚型TPU颗粒和聚酯型TPU颗粒的混合物。3.根据权利要求1或2所述的TPU合金材料，其特征在于，所述含磷腈的聚酯具有如下结构：其中n为1-10。4.根据权利要求1-3中任一项所述的TPU合金材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂TPP或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。5.根据权利要求1-4中任一项所述的TPU合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将碳纤维与石墨烯、氧化石墨烯混合均匀，得到混合物；(2)将步骤(1)得到的混合物与TPU颗粒、含磷腈的聚酯以及抗氧剂混合均匀，得到混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物干燥后在80-100℃混炼10-30分钟；(4)将步骤(3)混炼后的产物在140-180℃继续混炼5-10分钟；(5)将步骤(4)混炼后的产物在100-120℃继续混炼10-20分钟，而后挤出得到所述TPU合金材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合时的搅拌速度为50-80r/min。7.根据权利要求5或6所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建雄，杨博，王一良，
申请(专利权)人：东莞市雄林新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44