一种纳米纤维-颗粒复合增强的高模量聚氨酯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米纤维

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维
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颗粒复合增强的高模量聚氨酯复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种纳米纤维
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颗粒复合增强的高模量聚氨酯复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯是由多元醇和多异氰酸酯聚合反应制得的一种聚合物材料，通过不同的原料可以得到不同的结构和性能，可制备为从液体到固体、从软质到硬质的涂料、粘合剂、塑料、纤维、橡胶等各类制品。聚氨酯硬化体有着优异的韧性、抗冲击性、耐磨性、抗撕裂性。聚氨酯加工成型工艺简单，注射、浇筑等工艺均可得到较好的成型效果，因此其应用十分广泛且应用范围增长迅速。
[0003]聚氨酯复合材料是使用聚氨酯树脂为基体，以玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等作为增强材料，通过缠绕、拉挤、注射成型等工艺制成的纤维增强型树脂复合材料。与传统树脂相比，聚氨酯与增强材料的结合更好，因此抗冲击性能、力学性能和耐候性优异。聚氨酯树脂中不含苯乙烯等挥发物，完全满足国家对“加强绿色产品应用研发加强绿色产品应用研发，推广轻量化、低功耗技术工艺”的相关要求。聚氨酯用于拉挤成型具有黏度低、成型速度更快的工艺优势。聚氨酯复合材料具有密度低、拉伸性、抗冲击性好、耐久性佳、材料可设计性强等特点，被广泛的应用于窗框、电线杆、浴缸、汽车大型部件等制品的生产制造中。
[0004]在通常情况下聚氨酯材料的刚性较低，在面对需要有较高模量和强度的使用场景则难以完全满足，如在电网电杆或是铁路接触网支柱等领域应用时，在相同载荷下的目前聚氨酯复合材料杆体的挠度值比相近尺寸的水泥杆体和钢结构杆体大很多，约为水泥杆体的4倍左右。这也使得传统聚氨酯复合材料杆体在受到较大横向力时会出现明显弯曲现象，难以满足在相关领域的使用要求。
[0005]基于上述原因，具有高强度和高模量并保持较好韧性的聚氨酯复合材料的开发成为相关研究人员的研究方向，也是未来聚氨酯复合材料的主要发展方向之一。专利CN201110330929公开了一种高刚性聚氨酯的制备方法，通过引入三官能度的聚合物多元醇使聚氨酯分子之间产生化学交联而提升其抗热性能和刚性。专利CN109294215B公开了一种高强度高模量聚氨酯组合料，通过引入聚苯醚微球粒子提升材料的强度与模量，材料力学性能较高，制备工艺简单。专利CN115012220A公开了一种高强度聚氨酯复合材料的制备方法，通过使用表面上浆接枝的聚酰亚胺纤维作为增强材料，制备得到了高强度聚氨酯复合材料，并具有优异的阻燃性能、耐温性能和耐紫外性能。
[0006]由于聚氨酯复合材料为较为复杂的多相体系，现有技术对于体系内的微相分布研究和利用不够充分，因此通过适合尺度的微观纳米材料对于体系相分布和相界面进行改性，可以有效提升聚氨酯复合材料的整体性能，得到力学性能和耐久性能更佳的材料，对于行业提升具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种纳米纤维
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颗粒复合增强的高模量聚氨酯复合材料及其制备方法。
[0008]本专利技术所述的一种纳米纤维
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颗粒复合增强的高模量聚氨酯复合材料是由聚氨酯组合料和增强纤维经由相应复合生产工艺流程制备得到的聚氨酯复合材料；其中所述聚氨酯组合料和增强纤维的质量比为1：（2.5~4）；其中所述聚氨酯组合料是由A组分树脂、B组分固化剂和C组分增强材料按照质量比为1：（0.82~1.18）：（0.05~0.13）形成的组合料；其中所述增强纤维为通过表面处理剂对于增强纤维进行表面处理得到的表面改性纤维。
[0009]该聚氨酯复合材料中所述的聚氨酯组合料中A组分树脂由多元醇、扩链剂、增溶剂和催化剂组成，其中扩链剂、增溶剂和催化剂的含量分别为5
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14%、0.8
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1.5%和0.3
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1.5%，以A组分的总质量计；所述多元醇为饱和脂肪族聚酯多元醇、不饱和脂肪族聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚芳香酯多元醇、聚混酸酯多元醇或聚醚多元醇中的至少一种；所述扩链剂为乙二醇、丁二醇、1,6
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乙二醇、1,4
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二(2
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羟基乙氧基)苯、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、4,4'
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亚甲基二（2
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氯苯胺）、二甲硫基甲苯二胺、二乙基甲苯二胺中的至少一种；所述相容剂为有机硅表面活性剂、有机锌表面活性剂中的至少一种；其中所述催化剂为热敏延迟性催化剂。
[0010]该聚氨酯复合材料中所述聚氨酯组合料中A组分官能度为2
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6，羟值为60～480 mg KOH/g。
[0011]该聚氨酯复合材料中所述聚氨酯组合料中B组分固化剂由甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体和六亚甲基二异氰酸酯缩二脲中的至少一种组成。
[0012]该聚氨酯复合材料中所述聚氨酯组合料中C组分增强材料由纳米纤维和纳米颗粒组成的；所述纳米纤维为纤维素纳米晶体、纤维素纳米纤丝、细菌纤维素、静电纺丝纤维素纳米纤丝、聚酰胺纳米纤维、聚乳酸纳米纤维、聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维、纳米玻璃纤维中的至少一种；所述纳米颗粒为二氧化硅纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、聚脲纳米颗粒、聚氨酯纳米颗粒、钙矾石纳米颗粒、碳化硅纳米颗粒中的至少一种。
[0013]该聚氨酯复合材料中所述聚氨酯组合料C组分中改性纳米纤维为使用多胺类试剂进行表面改性得到的；所述改性纳米纤维的直径在10nm
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120nm的范围内，长径比在3
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30范围内；所述改性纳米颗粒的直径在30nm
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200nm的范围内；纳米纤维和纳米颗粒的质量比为1：（0.7~1.2）。
[0014]该聚氨酯复合材料中所述增强纤维为常规纤维经过有机硅类表面改性剂进行改性所得；所述常规纤维为连续玻璃纤维、玻璃纤维毡、竹纤维、碳纤维或聚合物纤维中的至少一种。
[0015]该聚氨酯复合材料的制备方法包括以下步骤：（1）在40~60℃下将聚氨酯组合料中A组分树脂与C组分增强材料经过高速搅拌混合并同时进行超声处理2~10min；（2）将处理后的混合物在30min内与B组分固化剂混合均匀，并使用相应的复合生
4,4'
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亚甲基二（2
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氯苯胺）和1.5g热敏延迟性催化剂。B2固化剂：446g异佛尔酮二异氰酸酯。C2增强组分：24.8g改性纤维素纳米纤丝和20.2g聚脲纳米颗粒。
[0025]（2）在40℃下将聚氨酯组合料中A2组分树脂与C2组分增强材料经过高速搅拌混合并同时进行超声处理5min。
[0026]（3）将处理后的混合物在30min内与B2组分固化剂混合均匀，并使用拉挤成型生产工艺将组合料与3500g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维
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颗粒复合增强的高模量聚氨酯复合材料，其特征在于，其是由聚氨酯组合料和增强纤维经由相应复合生产工艺流程制备得到的聚氨酯复合材料；其中所述聚氨酯组合料和增强纤维的质量比为1：（2.5~4）；其中所述聚氨酯组合料是由A组分树脂、B组分固化剂和C组分增强材料按照质量比为1：（0.82~1.08）：（0.05~0.13）形成的组合料；其中所述增强纤维为通过表面处理剂对于增强纤维进行表面处理得到的表面改性纤维。2.根据权利要求1中所述的一种聚氨酯复合材料，其特征在于所述的聚氨酯组合料中A组分树脂由多元醇、扩链剂、增溶剂和催化剂组成，其中扩链剂、增溶剂和催化剂的含量分别为5
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14%、0.8
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1.5%和0.1
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1.5%，以A组分的总质量计；其中所述多元醇为饱和脂肪族聚酯多元醇、不饱和脂肪族聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚芳香酯多元醇、聚混酸酯多元醇或聚醚多元醇中的至少一种；其中所述扩链剂为乙二醇、丁二醇、1,6
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乙二醇、1,4
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二(2
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羟基乙氧基)苯、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、4,4'
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亚甲基二（2
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氯苯胺）、二甲硫基甲苯二胺、二乙基甲苯二胺或三异丙醇胺中的至少一种；其中所述相容剂为有机硅表面活性剂、有机锌表面活性剂中的至少一种；其中所述催化剂为热敏延迟性催化剂。3.根据权利要求2中所述的一种聚氨酯复合材料，其特征在于所述的聚氨酯组合料中A组分官能度为2
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6，羟值为60～480 mgKOH/g。4.根据权利要求1中所述的一种聚氨酯复合材料，其特征在于所述的聚氨酯组合料中B组分固化剂由甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体和六...

【专利技术属性】
技术研发人员：关文勋，程冠之，贡照华，王希，谢永江，郑新国，殷天娇，张序潭，李世达，李书明，杨洋，张凯嘉，冯仲伟，谭盐宾，白鸿国，苏伟，李宇，袁凯明，崔金龙，孙大斌，刘竞，谢清清，李旺，栗少清，舒双炉，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司北京铁科建筑科技有限公司北京铁科特种工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：