一种高透明度PMMA-PU梯度复合板的制备方法技术

本发明专利技术公开一种高透明度PMMA/PU梯度复合板的制备方法，属于复合材料领域。本发明专利技术包括以下步骤：（1）以脂肪族异氰酸酯和聚醚多元醇为原料，在不锈钢模具内制备聚氨酯（PU）预聚体；（2）将聚甲基丙烯酸甲酯的单体（MMA）、引发剂和交联剂混合均匀，加入PU预聚体模具内。通过模具的上压头对MMA单体溶液以及PU预聚体施加压力，使MMA单体溶液扩散渗透进入PU预聚体，形成组分梯度结构；3）采用梯次升温方式控制加热台温度，在模具底部与上压头之间建立温度梯度场，制备出高透明度PMMA/PU梯度复合板。本发明专利技术梯度复合板具有高透明度、高强度、抗冲击、热稳定等特性，在航空透明件以及防弹透明窗具有潜在的应用前景。

A preparation method of high transparency PMMA PU gradient composite plate

The invention discloses a preparation method of a high transparency PMMA/PU gradient composite plate, belonging to the composite material field. The invention comprises the following steps: (1) with aliphatic isocyanate and polyether polyol as raw materials, preparation of polyurethane in stainless steel mold (PU) prepolymer; (2) monomer polymethyl methacrylate (MMA), initiator and crosslinking agent are mixed evenly, adding PU prepolymer mold. Through the die head of MMA monomer solution and PU prepolymer pressure to MMA monomer solution diffusion into the PU prepolymer, forming component gradient structure; 3) by way of heating temperature control echelon heating station, establish temperature gradient in the mold bottom and upper pressure head, preparation high transparency PMMA/PU gradient composite plate. The gradient composite board of the invention has the characteristics of high transparency, high strength, shock resistance, heat stability, etc., and has potential application prospects in aviation transparent parts and bulletproof transparent windows.

【技术实现步骤摘要】
一种高透明度PMMA-PU梯度复合板的制备方法
本专利技术涉及PMMA-PU梯度复合板的制备方法，特别是在压力和温度梯度场作用下高透明度PMMA-PU梯度复合板的制备方法，属于复合材料领域。
技术介绍
聚合物梯度材料可以看作是无数个连续叠加的薄层组成，层间无明显的界面，每个薄层的组分、结构和物理化学性能从一侧到另一侧逐渐过渡，呈现梯度分布。聚合物梯度材料通常是由两种聚合物组成的复合材料，第一种聚合物（主体）在第二种聚合物（客体）的单体中溶涨，在达到平衡态之前单体溶胀结束，再聚合形成客体网络，这种复合材料的组分、结构呈现连续梯度变化，其物理化学性能也与单一聚合物或传统方法制备的聚合物复合材料有显著差异。聚合物梯度材料按照材料组成可分为共聚物型、填充复合型、共混型和互穿网络型梯度材料，其制备方法多种多样（高分子梯度材料研究进展[J],功能材料，2015;46:49-55），在吸声吸波材料、光学功能材料、生物医学材料、阻尼材料等领域有十分广阔的应用前景。Choe等采用离心浇注法制备出双梯度结构的碳纤维/环氧树脂梯度材料（Polymercompositeswithdualgradientstructures[J]，MacromoleculeSymposium,1997;118:389-393），碳纤维富集于环状试样外壁，同时苯基缩水甘油醚作为稀释剂，离心过程中富集于外侧，使得环状试样内壁交联密度最大，这种双梯度结构复合材料拉伸强度是均匀复合材料的两倍。李治等研究了聚乙烯醇(PVA)／聚丙烯酸(PAA)高分子共混物水溶液中各组分在电场诱导条件下沿电场方向的浓度梯度分布情况，结果表明，PAAn-向电场正极迁移，PVA向负极迁移，形成浓度梯度分布，随时间延长，组分梯度逐渐增大，待水全部电解和蒸发，即可得到组分连续变化的高聚物共混型梯度材料（电场条件下高分子共混物组分浓度梯度化的研究[J]，高等学校化学学报，2001;22(10):1764-1766；专利技术专利ZL01136038.0）。戴亚辉等利用温度梯度场对聚苯乙烯PS和导电高分子聚苯胺PANI共混溶液进行干燥，在索雷特效应的驱使下，PS和PANI分别向内部和基板偏析，形成了上下两表面分别具有高导电性和高绝缘性且其导电性和绝缘性都从表面向内部成梯度分布的复合功能材料（导电性ボリマを使った倾斜构造ブレンド膜の自己组织化成形とその物性[J],高分子学会予稿集，2001;50(10):2291-2292）。Agari等以聚氯乙烯PVC和聚甲基丙烯酸甲酯为原料，首先以丁酮为溶剂，分别溶解PVC和PMMA，并在玻璃培养皿中浇注PVC薄膜，然后PVC膜层上倒入PMMA溶液，在室温下PVC逐渐溶解并扩散，进入PMMA溶液，而PMMA溶液的溶剂同时在不断蒸发，利用这种溶解-扩散工艺制备出PVC/PMMA梯度材料，其热稳定性和拉伸强度得到明显提高（EstimationofthecompositionalgradientinaPVC/PMMAgradedblendpreparedbythedissolution-diffusionmethod[J],Polymer,2007;48:1139-1147）。Karabanova等采用单体溶胀法制备聚甲基丙烯酸羟乙酯PHEMA/聚氨酯PU的半互穿网络聚合物梯度材料，经过PHEMA梯度层表面处理后，PU材料生物相容性显著提高，可应用于生物医学植入材料（Gradientsemi-interpenetratingpolymernetworksbasedonpolyurethaneandpoly(2-hydroxyethylmethacrylate)forbiomedicalapplications[J],JournalofMaterialsChemistry,2012;22:7919-7928）。Murayama等以二甲基甲酰胺DMF为溶剂，溶解聚合物II单体，并应用于溶胀聚合物I，制备出疏水性聚苯乙烯PS和亲水性聚甲基丙烯酸羟乙酯PHEMA的梯度材料（Hydrophobicandhydrophilicinterpenetratingpolymernetworkscomposedofpolystyreneandpoly(2-hydroxyethylmethacrylate):1.PS-PHEMAsequentialIPNssynthesizedinthepresenceofacommonsolvent,Polymer,1993;34(13):2845-2852）。溶胀法或溶解-扩散法制备的聚合物梯度材料，其组分梯度结构的最大厚度在1mm左右，无法获得更大尺寸的组分梯度结构，其根本原因在于单体在溶胀聚合物中扩散深度很浅（溶胀法），或高分子在其他高分子溶液中难于实现长程扩散（溶解-扩散法）。本专利技术以PU预聚体作为扩散载体，替代溶胀法和溶解-扩散法中固化膜层，以MMA单体溶液作为扩散剂，在外部压力作用下扩散进入PU预聚体中，并在温度梯度场中顺序聚合固化，通过优化外部压力和聚合工艺，实现PMMA/PU梯度结构尺寸的可控制备，获得具有光学折射率连续梯度分布的高透明度PMMA-PU梯度复合板。这种梯度复合板不仅光学性能优异，而且兼顾了PMMA的强度和PU的抗冲击性，具有优良的机械力学性能，可适用于生产轻质、高强度、抗冲击的飞机风挡和防弹透明窗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高透明度PMMA-PU复合材料的制备方法，这种复合材料在结构上有别于传统的PMMA-PU层合材料（层合结构）或整体性、两相均匀混合的复合材料（如互穿网络结构），是一种在组分上由PMMA和PU组成的梯度复合板，即沿复合板厚度方向，PMMA组分逐渐降低，PU组分逐渐增大，两种组分呈现连续、梯度分布。这种梯度结构介于层合结构与网络结构，通过组分梯度，建立折射率梯度，解决了层合材料的界面光散射以及聚合物基复合材料的微相分离所导致的光衰减问题，从而获得高透明度PMMA/PU梯度材料。本专利技术以PU预聚体为扩散介质，MMA单体及其引发剂、交联剂的混合溶液为扩散剂，在外部压力和温度梯度场协同作用下，大幅度促进MMA单体在PU预聚体中扩散，形成沿厚度方向的组分梯度结构。梯次升温过程中出现由下而上的PU和PMMA聚合反应，从而获得组分连续变化的梯度结构；通过调整外部压力和聚合工艺，实现梯度结构的可控调节（厚度1～3mm），制备出高透明度PMMA/PU梯度复合板。本专利技术的目的是这样实现的，一种高透明度PMMA-PU梯度复合板的制备方法，其特征在于通过以下工艺步骤实现：1）将定量的脂肪族异氰酸酯、聚醚多元醇、扩链剂和催化剂机械混合均匀，真空脱气，倒入不锈钢模具内，经过热处理，制备出聚氨酯（PU）预聚体；2）将定量的甲基丙烯酸甲酯（MMA）、引发剂和交联剂机械混合均匀，真空脱气，倒入PU预聚体模具中;通过模具上压头对MMA单体溶液和PU预聚体施加压力，使MMA单体溶液通过渗透扩散，进入PU预聚体，形成组分梯度结构；3）采取梯次升温方式提高加热台温度，在模具底部与上压头之间建立温度梯度场，在温度梯度场中MMA单体通过自由基聚合固化，PU预聚体通过扩链、交联固化，制备出高透明度的PMMA/PU梯度复合板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高透明度PMMA/PU梯度复合板的制备方法，其特征包括以下工艺步骤：1）将定量的脂肪族异氰酸酯、聚醚多元醇、扩链剂和催化剂混合均匀，真空脱气，倒入不锈钢模具内，制备聚氨酯（PU）预聚体；2）将定量的甲基丙烯酸甲酯（MMA）、引发剂和交联剂混合均匀，真空脱气，倒入PU预聚体模具中；通过模具上压头对MMA单体溶液和PU预聚体施加外部压力，使MMA单体溶液通过渗透扩散，进入PU预聚体，形成组分梯度结构；3）采取梯次升温方式逐步升高加热台温度，在模具底部与上压头之间建立温度梯度场，在温度梯度场中MMA单体通过自由基聚合固化，PU预聚体通过扩链、交联固化，制备出高透明度的PMMA/PU梯度复合板。

【技术特征摘要】
1.一种高透明度PMMA/PU梯度复合板的制备方法，其特征包括以下工艺步骤：1）将定量的脂肪族异氰酸酯、聚醚多元醇、扩链剂和催化剂混合均匀，真空脱气，倒入不锈钢模具内，制备聚氨酯（PU）预聚体；2）将定量的甲基丙烯酸甲酯（MMA）、引发剂和交联剂混合均匀，真空脱气，倒入PU预聚体模具中；通过模具上压头对MMA单体溶液和PU预聚体施加外部压力，使MMA单体溶液通过渗透扩散，进入PU预聚体，形成组分梯度结构；3）采取梯次升温方式逐步升高加热台温度，在模具底部与上压头之间建立温度梯度场，在温度梯度场中MMA单体通过自由基聚合固化，PU预聚体通过扩链、交联固化，制备出高透明度的PMMA/PU梯度复合板。2.根据权利要求1所述的一种高透明度PMMA/PU梯度复合板的制备方法，其特征在于：PMMA与PU的质量比为1。3.根据权利要求1所述的一种高透明度PMMA/PU梯度复合板的制备方法，其特征在于：所述的脂肪族异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），聚醚多元醇为聚丙二醇（PPG），分子量为900～1100；异氰酸酯指数（K=NCO/OH）为1.1～1.2；...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢金山，丛欣泉，李喜宝，冯志军，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36