本发明涉及聚氨酯材料领域，具体涉及一种聚氨酯复合材料及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。聚氨酯硬泡体是一种具有保温与防水功能的新型合成材料，其导热系数低，仅0.022～0.033w/(m*k)，相当于挤塑板的一半，是目前所有保温材料中导热系数最低的。硬质聚氨酯泡沫塑料主要应用在建筑物外墙保温，屋面防水保温一体化、冷库保温隔热、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等。聚氨酯硬质泡沫具有多孔性，且强度较高；但是高强度的聚氨酯硬质泡沫的弹性较弱，且阻燃性较低，容易引发火灾，增大了安全隐患。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提出了一种弹性好，强度高，且阻燃效果好的聚氨酯复合材料，进一步的本发明还提供一种聚氨酯复合材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100-120份、改性剂10-20份、填充剂5-10份、阻燃剂5-10份、物理发泡剂10-20份。
进一步的，所述聚氨酯复合材料包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100-110份、改性剂15-20份、填充剂5-8份、阻燃剂5-8份、物理发泡剂15-20份。
进一步的，所述聚氨酯复合材料包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100份、改性剂18份、填充剂6份、阻燃剂6份、物理发泡剂18份。
进一步的，所述填充剂为空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的粒度为50-60μm，所述空心玻璃微珠的壁厚为2μm。
进一步的，所述改性剂为改性石墨烯。
进一步的，所述阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物的混合物，所述氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物的比例为1：(0.2-1)。
优选的，所述氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物的比例为1：0.5。所述聚乙烯的为低密度聚乙烯。
进一步的，所述发泡剂为正戊烷、异戊烷、环戊烷和正丁烷中的一种或多种。
一种聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米石墨烯与四氧化三铁混合后，采用化学沉积法将四氧化三铁修饰在纳米石墨烯上，得到改性石墨烯；
(2)将液态的聚氨酯与阻燃剂、物理发泡剂充分混合后发泡0.5-2h，得到发泡物；
(3)将步骤(2)得到的发泡物与改性剂、填充剂充分混合后，注入模具中，将带有物料的模具放入磁场中磁场干扰5-10min，取出成型干燥，即得聚氨酯复合材料。
本发明聚氨酯复合材料及其制备方法，其有益效果在于：
(1)本发明在聚氨酯内加入了空心玻璃微珠作为填充剂，能够大大提高极限氧指数，具有良好的阻燃效果；空心玻璃微珠具有抗压强度高、熔点高的特点，能够提高复合材料的弹性和强度。
(2)本发明加入的改性剂为磁性石墨烯，磁性石墨烯加入后在磁场的作用下能够进行整齐的排列，在聚氨酯形成阵列保护层，能够软化聚氨酯泡沫，提高复合材料的弹性。
(3)本发明的阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物的混合物，两者通过特定比例能够提高聚氨酯材料的阻燃性，提高了聚氨酯材料使用的安全性。
具体实施方式
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。
实施例1
一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100份、改性石墨烯10份、空心玻璃微珠5份、阻燃剂5份、物理发泡剂10份。
本实施例中空心玻璃微珠的粒度为50μm，空心玻璃微珠的壁厚为2μm。
本实施例中阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物按照比例为1：1的混合物；
本实施例中物理发泡剂为正戊烷。
本实施例聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米石墨烯与四氧化三铁混合后，采用化学沉积法将四氧化三铁修饰在纳米石墨烯上，得到改性石墨烯；
(2)将液态的聚氨酯与阻燃剂、物理发泡剂充分混合后发泡0.5h，得到发泡物；
(3)将步骤(2)得到的发泡物与改性剂、填充剂充分混合后，注入模具中，将带有物料的模具放入磁场中磁场干扰5min，磁场的作用使聚氨酯材料内部的改性石墨烯能够按一定的顺序排列即可；取出成型干燥，既得聚氨酯复合材料。
实施例2
一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯120份、改性石墨烯20份、空心玻璃微珠10份、阻燃剂10份、物理发泡剂20份。
本实施例中空心玻璃微珠的粒度为50μm，空心玻璃微珠的壁厚为2μm。
本实施例中阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物按照比例为1：0.5的混合物；
本实施例中物理发泡剂为环戊烷。
本实施例聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米石墨烯与四氧化三铁混合后，采用化学沉积法将四氧化三铁修饰在纳米石墨烯上，得到改性石墨烯；
(2)将液态的聚氨酯与阻燃剂、物理发泡剂充分混合后发泡1h，得到发泡物；
(3)将步骤(2)得到的发泡物与改性剂、填充剂充分混合后，注入模具中，将带有物料的模具放入磁场中磁场干扰5min，磁场的作用使聚氨酯材料内部的改性石墨烯能够按一定的顺序排列即可；取出成型干燥，既得聚氨酯复合材料。
实施例3
一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯110份、改性石墨烯15份、空心玻璃微珠8份、阻燃剂8份、物理发泡剂15份。
本实施例中空心玻璃微珠的粒度为50μm，空心玻璃微珠的壁厚为2μm。
本实施例中阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物按照比例为1：0.2的混合物；
本实施例中物理发泡剂为环戊烷和正丁烷按照1:1的比例混合。
本实施例聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米石墨烯与四氧化三铁混合后，采用化学沉积法将四氧化三铁修饰在纳米石墨烯上，得到改性石墨烯；
(2)将液态的聚氨酯与阻燃剂、物理发泡剂充分混合后发泡2h，得到发泡物；
(3)将步骤(2)得到的发泡物与改性剂、填充剂充分混合后，注入模具中，将带有物料的模具放入磁场中磁场干扰5min，磁场的作用使聚氨酯材料内部的改性石墨烯能够按一定的顺序排列即可；取出成型干燥，既得聚氨酯复合材料。
实施例4
一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100份、改性石墨烯15份、空心玻璃微珠8份、阻燃剂8份、物理发泡剂15份。
本实施例中空心玻璃微珠的粒度为50μm，空心玻璃微珠的壁厚为2μm。
本实施例中阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物按照比例为1：0.8的混合物；
本实施例中物理发泡剂为异戊烷；
本实施例聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米石墨烯与四氧化三铁混合后，采用化学沉积法将四氧化三铁修饰在纳米石墨烯上，得到改性石墨烯；
(2)将液态的聚氨酯与阻燃剂、物理发泡剂充分混合后发泡0.5h，得到发泡物；
(3)将步骤(2)得到的发泡物与改性剂、填充剂充分混合后，注入模具中，将带有物料的模具放入磁场中磁场干扰5min，磁场的作用使聚氨酯材料内部的改性石墨烯能够按一定的顺序排列即可；取出成型干燥，既得聚氨酯复合材料。
实施例5
一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100份、改性石墨烯18份、空心玻璃微珠6份、阻燃剂6份、物理发泡剂18份。
本实施例中空心玻璃微珠的粒度为50μm，空心玻璃微珠的壁厚为2μm。
本实施例中阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物按照比例为1：0.6的混合物；
本实施例中物理发泡剂为正戊烷和正丁烷按照1:1的比例混合；
本实施例聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米石墨烯与四氧化三铁混合后，采用化学沉积法将四氧化三铁修饰在纳米石墨烯上，得到改性石墨烯；
(2)将液态的聚氨酯与阻燃剂、物理发泡剂充分混合后发泡0.5h，得到发泡物；
(3)将步骤(2)得到的发泡物与改性剂、填充剂充分混合后，注入模具中，将带有物料的模具放入磁场中磁场干扰5min，磁场的作用使聚氨酯材料内部的改性石墨烯能够按一定的顺序排列即可；取出成型干燥，既得聚氨酯复合材料。
实施例6
一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100份、改性剂18份、填充剂6份、阻燃剂6份、物理发泡剂18份。
本实施例中空心玻璃微珠的粒度为50μm，空心玻璃微珠的壁厚为2μm。
本实施例中阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物按照比例为1：0.6的混合物；
本实施例中物理发泡剂为正丁烷；
本实施例聚氨酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米石墨烯与四氧化三铁混合后，采用化学沉积法将四氧化三铁修饰在纳米石墨烯上，得到改性石墨烯；
(2)将液态的聚氨酯与阻燃剂、物理发泡剂充分混合后发泡0.5h，得到发泡物；
(3)将步骤(2)得到的发泡物与改性剂、填充剂充分混合后，注入模具中，将带有物料的模具放入磁场中磁场干扰5min，磁场的作用使聚氨酯材料内部的改性石墨烯能够按一定的顺序排列即可；取出成型干燥，既得聚氨酯复合材料。
对照组
对比例1：一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100份、改性石墨烯18份、阻燃剂6份、物理发泡剂18份。其中阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物按照比例为1：0.6的混合物；其中物理发泡剂为正戊烷和正丁烷按照1:1的比例混合。
对比例2：一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100份、改性石墨烯18份、空心玻璃微珠6份、物理发泡剂18份。其中物理发泡剂为正戊烷和正丁烷按照1:1的比例混合。
对比例3：一种聚氨酯复合材料，包括如下组分，按重量份为：聚氨酯100份、空心玻璃微珠6份、阻燃剂6份、物理发泡剂18份。其中阻燃剂为氢氧化铝-聚乙烯共聚物和氢氧化镁-聚乙烯共聚物按照比例为1：0.6的混合物；其中物理发泡剂为正戊烷和正丁烷按照1:1的比例混合。
对比例1-3的制备方法与实施例5的制备方法相同。
将对比例1-3和实施例5中得到的聚氨酯复合材料在常温(25±3℃)下熟化24h后测试相关性能。得到的各质量数据如表1所示：
表1
从表1可以看出，实施例5中得到的强度，回弹率和阻燃系数均大大高于对比例1-3本发明材料的弹性和强度大，阻燃性好，提高了聚氨酯材料使用的安全性。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。