一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及聚氨酯复合材料技术领域，具体涉及一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料的原料包括：玻璃纤维75

【技术实现步骤摘要】
一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及聚氨酯复合材料
，具体涉及一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚氨酯复合材料是以聚氨酯树脂为基体的复合材料，聚氨酯本身具有优异的抗冲击强度、拉伸强度以及层间剪切强度，还具有质轻的特点，聚氨酯复合材料已经备受建筑、运输以及矿产开采等行业的关注。但是，聚氨酯复合材料同其他高分子材料一样，其抗静电和阻燃的性能不佳，限制了该材料的应用范围。例如，在井下煤矿等爆炸性的环境中，聚氨酯复合材料虽然能够满足该使用场景对材料力学强度的要求，可以作为对设备上使用的板材、型材或者在爆炸性环境中使用的轨道等配件的“以塑代钢”，但是由于聚氨酯复合材料抗静电和阻燃的性能较差，使其不能应用于煤矿用设备的生产中。因此，对于提升聚氨酯复合材料的抗静电和阻燃性能的研究，已经广泛引起了本领域从业人员的关注。目前亟待解决的问题为如何制造出一种具有良好力学性能和抗静电、阻燃的性能的聚氨酯复合材料。如能够解决抗静电和阻燃的问题，可以使用这些聚氨酯复合材料代替井下煤矿设备中的部分钢制配件。由于其质量轻，可大大降低工人的劳动强度，减少能耗，同时也能有效克服井下制件易腐蚀和易生锈问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术意在提供一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料，以解决常规热固性复合材料型材无法满足爆炸性环境中的阻燃抗静电要求的技术问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料，以质量份数计，其原料包括：玻璃纤维75
‑
85份和聚氨酯组分15
‑
25份；所述聚氨酯组分包括质量比为1:1的异氰酸酯组分和多元醇组分；所述多元醇组分包括聚醚多元醇、硅油、N,N
‑
二甲基苄胺、N,N
‑
二甲基苯胺和阻燃剂；所述异氰酸酯组分包括聚合MDI和MDI。
[0006]本方案还提供了一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下依次进行的步骤：
[0007]S1：将异氰酸酯组分和多元醇组分混合，获得树脂混合物；
[0008]S2：将玻璃纤维预热至100
‑
150℃，然后将所述玻璃纤维牵引进入浸渍模具；在所述浸渍模具中，使用所述树脂混合物在150
‑
220℃的条件下浸渍所述玻璃纤维1
‑
4min，获得粗型材；
[0009]S3：将粗型材置于130
‑
160℃的环境中1
‑
4min，获得型材。
[0010]本方案的原理以及有益效果：本方案利用玻璃纤维和聚氨酯组分为主要原料制作的高强度聚氨酯复合材料，获得的复合材料具有较为理想的力学性能。在本方案中，采用如下的配方：玻璃纤维75
‑
85份和聚氨酯组分15
‑
25份；聚氨酯组分包括质量比为1:1的异氰酸
酯组分和多元醇组分；多元醇组分包括聚醚多元醇、硅油、N,N
‑
二甲基苄胺、N,N
‑
二甲基苯胺和阻燃剂；异氰酸酯组分包括聚合MDI和MDI，制备获得的复合材料经测试，拉伸强度可达1100Mpa以上，弯曲强度1200Mpa以上。虽然型材的力学性能可满足爆炸性环境中设备的要求，但是复合材料表面电阻大且易产生静电，其本身也没有阻燃性，该型材如果进入矿井会产生大量的危险的因素，使得该材料不能被应用于爆炸性环境用设备领域。通过在型材中加入阻燃剂，可实现较好的阻燃效果，使得本方案的复合材料在爆炸性环境中的应用变为可能。本方案的型材完全满足煤炭部制定的MT113
‑
85《煤用工矿井下用非金属材料检验规范》，可替代现有技术的金属材料，用于井下设备的板材或型材以及轨道的制备，实现以塑代钢的目的，充分发挥聚氨酯复合材料的质轻、易加工成型、力学性能佳和耐腐蚀等优良性能。
[0011]进一步，聚醚多元醇、硅油、N,N
‑
二甲基苄胺、N,N
‑
二甲基苯胺和阻燃剂的质量比为64:1:2:5:14。上述比例的阻燃剂的加入可以有效提升型材阻燃性能。
[0012]进一步，在异氰酸酯组分中，聚合MDI和MDI的质量比为60:40。采用上述的聚合体和单体的质量比，有助于聚氨酯的形成，并有助于后续的聚氨酯复合材料的成型。
[0013]进一步，所述多元醇组分还包括抗静电剂；聚醚多元醇、硅油、N,N
‑
二甲基苄胺、N,N
‑
二甲基苯胺、阻燃剂和抗静电剂的质量比为64:1:2:5:14:14。抗静电剂的加入使得复合材料拥有了良好的抗静电性能，阻燃剂和抗静电剂协同作用，保证了本复合材料可以应用于井下爆炸环境中。
[0014]进一步，所述玻璃纤维为连续纤维；所述玻璃纤维的直径为16
‑
32μm。采用连续纤维(相对于短纤维)以及保证玻璃纤维的直径为16
‑
32μm，可以保证获得的型材具有较好的力学性能。玻璃纤维直径越大，会导致获得的型材的力学性能降低且表面粗糙(表面不覆毡)，玻璃纤维的直径越小，虽然型材的力学性能和表面质量越好(表面不覆毡)，但是生产成本相应上升。
[0015]进一步，所述阻燃剂包括BDP、TCPP和TCEP中的至少一种磷酸酯阻燃剂。BDP、TCPP和TCEP这三种磷酸酯阻燃剂为液体阻燃剂，相对于其他类型的阻燃剂对本方案的复合材料，对阻燃能力的提升效果更为显著，他们特异性地增强了本方案复合材料的阻燃作用。
[0016]进一步，所述抗静电剂包括1,3
‑
二甲基咪唑四氟硼酸盐、N
‑
辛基吡啶溴盐、N
‑
丁基
‑
N
‑
甲基哌啶溴盐、N
‑
丁基
‑
N
‑
甲基吡咯烷溴盐、三丁基甲基氯化铵、N
‑
乙基,甲基吗啉溴盐和三丁基乙基溴化膦中的至少一种离子液体。上述离子液体相对于其他类型的抗静电剂对本方案的复合材料，对抗静电能力的提升效果更为显著，他们特异性地增强了本方案复合材料的抗静电作用。
[0017]进一步，S2中的玻璃纤维的数量为若干，若干所述玻璃纤维排列形成集束；将所述集束和碳纳米管毡同时牵引进入浸渍模具。
[0018]在玻璃纤维排列形成的集束外包裹碳纳米管毡，可以降低最终获得的型材的表面电阻，相较于加入抗静电剂，本方案获得的型材的抗静电效果更佳。使用本方案的碳纳米管毡，可以不在多元醇组分中添加抗静电剂。碳纳米管毡只是在制备过程中随玻璃纤维引入浸渍模具，在聚氨酯组分和玻璃纤维成型之后(形成型材)，碳纳米管毡并不属于型材的一部分，只是包裹在型材外表面，需要去除。
[0019]进一步，一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料在爆炸性环境中使用的设备的板
材或型材中的应用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料，其特征在于，以质量份数计，其原料包括：玻璃纤维75
‑
85份和聚氨酯组分15
‑
25；所述聚氨酯组分包括质量比为1:1的异氰酸酯组分和多元醇组分；所述多元醇组分包括聚醚多元醇、硅油、N,N
‑
二甲基苄胺、N,N
‑
二甲基苯胺和阻燃剂；所述异氰酸酯组分包括聚合MDI和MDI。2.根据权利要求1所述的一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料，其特征在于，聚醚多元醇、硅油、N,N
‑
二甲基苄胺、N,N
‑
二甲基苯胺和阻燃剂的质量比为64:1:2:5:14。3.根据权利要求2所述的一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料，其特征在于，在异氰酸酯组分中，聚合MDI和MDI的质量比为60:40。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料，其特征在于，所述多元醇组分还包括抗静电剂；聚醚多元醇、硅油、N,N
‑
二甲基苄胺、N,N
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二甲基苯胺、阻燃剂和抗静电剂的质量比为64:1:2:5:14:14。5.根据权利要求4所述的一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料，其特征在于，所述玻璃纤维为连续纤维；所述玻璃纤维的直径为16
‑
32μm。6.根据权利要求5所述的一种高强度阻燃抗静电聚氨酯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂包括BDP、TCPP和TCEP中的至少一种磷酸酯阻燃剂。7.根据权利要求6所述的一种高强度阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁学良，何全国，王海燕，刘小林，叶淑英，胡志，别明智，肖利群，李官霖，周雷，陈健，吕强，李福顺，钟志强，龚小弟，王雨晨，刘罡，唐良忠，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：