[发明专利]一种聚氨酯基软陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于一种聚氨酯基材料，具体地说涉及一种聚氨酯基软陶瓷复合材料及其制备方法。

聚氨酯自本世纪三十年代问世以来，发展迅速，已成为当今世界上六大合成材料之一。在众多的聚氨酯材料中，聚氨酯弹性体显得尤为重要，以其优异的性能广泛应用，已普及到人们的衣、食、住、行。但随着科学技术的发展和应用领域的拓展，对其性能要求越来越高，单一聚氨酯制品已经难以满足要求，应用受到限制。

复合材料具有多功能化，它不仅具有单一材料成份的特性，而且还有复合成分的特性。作为结构件的最大优点是它具有可设计性，即可以根据设计对象及使用环境的特殊需要，通过适当地选择增强填料，基体材料和加工方法，实现“化学剪裁”，使性能很好地满足设计要求。近年来，复合材料在航空、航天、交通、电子、机械、建筑、化工、能源等部门得到日益广泛的应用，现在已推广应用于生产和生活的各个领域。

作为合纤长丝弹性变形加工主要方式之一的叠盘摩擦式假捻装置，其核心零件是摩擦盘。除摩擦盘的形状、尺寸、序列、间距以及轴心位置外，园盘的材质对丝的加工质量以及自身的寿命有很大的影响。目前，常用的摩擦盘材质有软质弹性体(聚氨酯橡胶)和硬质刚性体(氧化铝陶瓷、钛金属陶瓷、硬铝等)。聚氨酯摩擦盘不损伤丝带，可在较低的转速下，获得较高强度、伸度和良好的卷曲性能，同时加捻均匀性稳定，所加工的变形丝质量较高。但是，对于软质弹性体而言，除要求有较高的弹性、硬度外，特别突出了耐磨、低永久变形以及抗内生热的要求。普通的聚氨酯弹性体材料在使用过程中软化、变形、撕裂现象严重，无法满足使用要求。目前，大都采用结构对称、熔点较高具有较低的阻尼值、内生热小以及优异的耐磨等动态性能的1，5-萘二异氰酸酯(NDI)为基的聚氨酯弹性体材料。但具有成本价格较高、使用寿命仍然较短的缺点。仅适用于加工张力较小的锦纶细旦丝(20-40旦)。相比之下，陶瓷摩擦盘使用寿命长，但是所加工的变形丝的强度、弹性恢复率较低，丝的质量较低。适用于加工涤纶的中、粗旦丝。实际生产中也根据不同的D／Y(D为摩擦假捻元件的表面线速度，Y为退捻丝线速度)比值，选用不同材质的摩擦盘。当D／Y≤1．4时选用软质聚氨酯弹性体盘，当D／Y＞1．4时选择硬质陶瓷盘较为适宜。由于实际生产中，根据生产任务的不同需更换摩擦盘，劳动负荷较大。因此，目前，人们正在寻求一种介于陶瓷盘和聚氨酯盘之间称之为“软陶瓷”的摩擦盘材料。

本发明的发明目的是提供一种使用寿命长、价格低、适用范围广的聚氨酯基软陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：通过提高聚氨酯硬链段的含量，交联密度，使分子链的构型、构象以及聚氨酯的聚集态结构发生微相分离，从而改善基体的机械性能，同时加入经偶联剂处理的刚性粒子。

本发明的聚氨酯基软陶瓷是由脱水二元醇、MDI、二元扩链剂、三元扩链剂、刚性粒子、偶联剂组成，各物料的含量是：

脱水二元醇、MDI、二元扩链剂、三元扩链剂的当量比为：脱水二元醇∶MDI∶二元扩链剂∶三元扩链剂=1∶7-15∶3．06-11．82∶0．57-5．32。

刚性粒子、偶联剂的重量比为：刚性粒子∶偶联剂=1∶0．005-0．025。

脱水二元醇和MDI重量之和与刚性粒子和偶联剂重量之和的重量比为：

脱水二元醇和MDI重量之和∶刚性粒子和偶联剂重量之和=1∶0．1-0．3。

如上所述的刚性粒包括超细二氧化硅、氧化铝短纤维、硫酸钙晶须、碳酸钙晶须等。可单一加入也可混合加入。

如上所述的偶联剂为包括铝钛复合型偶联剂OL-AT1618、硅烷偶联剂KH-550等。

如上所述的二元醇包括聚ε-已内酯、聚已二酸乙二醇酯、聚已二酸乙／丙二醇酯的所有聚酯二元醇。分子量为800-2000。

如上所述的二元扩链剂为：乙二醇、丙二醇、1．4-丁二醇(BDO)、已二醇、对苯二酚二羟乙基醚(HQEE)。如上所述的三元扩链剂包括：三羟甲基丙烷(TMP)、甘油、1．2．6--已三醇。

本发明的制备方法如下：

(1)将MDI和脱水二元醇按物料当量比组成加入反应器，在搅拌状态下升温至80-90℃，反应2-4小时，制得预聚体；

(2)将刚性粒子和偶联剂按物料重量比组成混合均匀，制得改性刚性粒子；

(3)将预聚体和改性刚性粒子按物料组成为：预聚体∶改性刚性粒子=1∶0．1-0．3的重量比混合均匀后制得混合预聚体；

(4)将混合预聚体与二元扩链剂、三元扩链剂按预聚体中含有的脱水二元醇与二元扩链剂、三元扩链剂的当量比混合，扩链反应3-5分钟浇注；