一种耐气压型TPU复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐气压型TPU复合材料及其制备方法。所述TPU复合材料包括如下重量份数的组分：聚氨酯弹性体100份、聚氨酯丙烯酸酯共聚物15‑25份、乙烯‑丙烯酸酯共聚物30‑50份、竹炭纤维10‑20份、片层状无机填料5‑10份、硅烷偶联剂1‑3份、交联剂1‑2份和助交联剂1‑2份。所述TPU复合材料是通过先将竹炭纤维、片层状无机填料和硅烷偶联剂混合反应，然后将聚合物成分混合密炼，最后将各组分通过挤出机熔融共混挤出的方法制备得到。本发明专利技术提供的TPU复合材料具有较高阻气性能、拉伸强度、抗穿刺性能和耐气压性，可用作充气内胆材料。

【技术实现步骤摘要】
一种耐气压型TPU复合材料及其制备方法
本专利技术属于聚氨酯材料
，具体涉及一种耐气压型TPU复合材料及其制备方法。
技术介绍
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种性能优良的高分子合成材料，其同时含有由异氰酸酯形成的硬段和由聚多元醇形成的软段结构，因此既具有橡胶的弹性又有塑料的硬度，而且还具有良好的机械性能、耐磨性和回弹性能，被广泛应用于传送带、软管、汽车零部件、鞋底、合成皮革、涂料、电线电缆等领域。TPU材料的应用领域广泛，其性质往往有很大差别，通常需要根据用途设计特定的分子结构。充气产品，如充气床垫、充气艇、轮胎等，均具有至少一个充气内胎。通过在充气内胎内冲入高压气体，可以使内胎形成特定形状，起到降低产品重量，缓冲外部冲击的作用。用作充气内胎的材料，通常需要具有以下性质：具有较高的阻气性能，以降低内部高压气体的渗出的速率；具有较高的拉伸强度，能够承受内部气体的压力(包括初始充气压力和承重产生的压力)；具有较高的抗穿刺强度，防止内胎被刺穿而漏气；具有较高的韧性和弹性，能够通过变形缓冲外部冲击。TPU具有优良的柔韧性和弹性，使得其成为一种理想的充气内胎材料。但是，单纯的TPU材料的阻气性较低，气体容易渗出导致压强降低，且柔性较高而强度不足，可能无法承受较高的气压和硬物的穿刺。因此，有待于对TPU材料进行改性，提高其阻气性能、拉伸强度、抗穿刺性能和耐气压性，以适应各种充气内胎的应用需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种耐气压型TPU复合材料及其制备方法。该TPU复合材料具有较高阻气性能、拉伸强度、抗穿刺性能和耐气压性，可用作充气内胆材料。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种耐气压型TPU复合材料，所述TPU复合材料包括如下重量份数的组分：本专利技术中，乙烯-丙烯酸酯共聚物具有良好的阻气作用，且有助于提高复合材料的强度；聚氨酯丙烯酸酯共聚物一方面能够提高复合材料的强度，另一方面充当相容剂，提高聚氨酯弹性体与乙烯-丙烯酸酯共聚物的相容性；竹炭纤维能够提高复合材料的强度，片层状无机填料有助于提高复合材料的阻气性能，交联剂和助交联剂则能够使各组分发生一定程度的交联，提高复合材料整体的强度。本专利技术通过上述各组分在特定的比例下相互配合，从而得到了一种具有较高阻气性能、拉伸强度、抗穿刺性能的耐气压TPU复合材料。本专利技术中，所述聚氨酯丙烯酸酯共聚物的重量份数为15-25份；例如可以是15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份或25份等。若聚氨酯丙烯酸酯共聚物用量过少，容易导致聚氨酯弹性体与乙烯-丙烯酸酯共聚物发生分相，复合材料的强度下降，若聚氨酯丙烯酸酯共聚物用量过多，容易导致复合材料的阻气性下降。所述乙烯-丙烯酸酯共聚物的重量份数为30-50份；例如可以是30份、32份、33份、35份、36份、38份、40份、42份、43份、45份、46份、48份或50份等。若乙烯-丙烯酸酯共聚物的用量过少，则容易导致复合材料的阻气性和强度下降；若乙烯-丙烯酸酯共聚物的用量过多，则容易与聚氨酯弹性体发生分相，同样导致复合材料的阻气性和强度下降。所述竹炭纤维的重量份数为10-20份；例如可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。竹炭纤维具有提高复合材料强度的作用，若其用量过少，则会导致复合材料强度下降；若其用量过多，则容易导致复合材料材质较硬，弹性不足，不适合实际应用。所述片层状无机填料的重量份数为5-10份；例如可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等。片层状无机填料有助于提高复合材料的阻气性能，若其用量过少，则会导致复合材料阻气性下降；若其用量过多，由于无机填料与高分子基材的相容性不好，容易导致复合材料的强度下降。所述硅烷偶联剂的重量份数为1-3份；例如可以是1份、1.2份、1.5份、1.8份、2份、2.2份、2.5份、2.8份或3份等。所述交联剂的重量份数为1-2份；例如可以是1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.6份、1.8份或2份等。所述助交联剂的重量份数为1-2份；例如可以是1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.6份、1.8份或2份等。交联剂和助交联剂能够使各组分发生一定程度的交联，若二者用量过少，则会导致复合材料的强度下降；若二者用量过多，则会使复合材料过度交联，材质较硬，弹性下降，不适合实际应用。以下作为本专利技术的优选技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选地技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的目的和有益效果。作为本专利技术的优选技术方案，所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯弹性体。聚醚型聚氨酯弹性体的强度比聚酯型聚氨酯弹性体低，且聚醚链段容易因氢键作用使复合材料的水汽透过率增加，因此，本专利技术中聚氨酯弹性体优选为聚酯型聚氨酯弹性体。优选地，所述聚氨酯丙烯酸酯共聚物的重均分子量为5000-10000；例如可以是5000、6000、7000、8000、9000或10000等。作为本专利技术的优选技术方案，所述乙烯-丙烯酸酯共聚物的重均分子量为5000-15000；例如可以是5000、6000、7000、8000、9000、10000、11000、12000、13000、14000或15000等。优选地，所述乙烯-丙烯酸酯共聚物中乙烯单元的摩尔百分比为50-70％；例如可以是50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％或70％等。作为本专利技术的优选技术方案，所述竹炭纤维的直径为0.5-2μm；例如可以是0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm或2μm等。优选地，所述竹炭纤维的长度为10-30μm；例如可以是10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、22μm、25μm、28μm或30μm等。作为本专利技术的优选技术方案，所述片层状无机填料选自氧化石墨烯、蒙脱土、云母中的一种或至少两种的组合。优选地，所述片层状无机填料的粒径为50-200nm；例如可以是50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm等。作为本专利技术的优选技术方案，所述硅烷偶联剂选自异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或至少两种的组合。作为本专利技术的优选技术方案，所述交联剂为过氧化二异丙苯和/或二叔丁基过氧化异丙基苯。优选地，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述的TPU复合材料的制备方法，所述制备方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐气压型TPU复合材料，其特征在于，所述TPU复合材料包括如下重量份数的组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种耐气压型TPU复合材料，其特征在于，所述TPU复合材料包括如下重量份数的组分：





2.根据权利要求1所述的TPU复合材料，其特征在于，所述聚氨酯弹性体为聚酯型聚氨酯弹性体；
优选地，所述聚氨酯丙烯酸酯共聚物的重均分子量为5000-10000。


3.根据权利要求1或2所述的TPU复合材料，其特征在于，所述乙烯-丙烯酸酯共聚物的重均分子量为5000-15000；
优选地，所述乙烯-丙烯酸酯共聚物中乙烯单元的摩尔百分比为50-70％。


4.根据权利要求1-3任一项所述的TPU复合材料，其特征在于，所述竹炭纤维的直径为0.5-2μm；
优选地，所述竹炭纤维的长度为10-30μm。


5.根据权利要求1-4任一项所述的TPU复合材料，其特征在于，所述片层状无机填料选自氧化石墨烯、蒙脱土、云母中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述片层状无机填料的粒径为50-200nm。


6.根据权利要求1-5任一项所述的TPU复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或至少两种的组合。


7.根据权利要求1-6任一项所述的TPU复合材料，其特征在于，所述交联剂为过氧化二异丙苯和/或二叔丁基过氧化异丙基苯；
优选地，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。


8.一种如权利要求1-7任一项所述的TPU复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

【专利技术属性】
技术研发人员：何建雄，杨博，
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