用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及汽车装饰技术领域，尤其涉及一种用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着人民生活水平的提高，汽车逐渐走入各个家庭，人们对汽车的要求也越来越高。汽车脚垫属于汽车内部装饰品，用于保护车内洁净。
3.汽车脚垫是集吸水、吸尘、去污、隔音、保护主机毯五大主要功能为一体的汽车内饰零部件。汽车脚垫吸水、吸尘、去污，可以有效防止鞋底残留的水分、脏物与离合器、制动器、油门等间的滑动，有效避免安全隐患，降低内饰被污染和损坏的可能性。
4.目前市场上出现的汽车脚垫一般为塑料脚垫，塑料片的耐磨性能不好，档次不高，胶水有气味，影响呼吸环境。而橡胶脚垫生产所需的压力大，工艺繁琐，周期长，而且其颜色不易调配，同时冬天容易变硬，使用舒适性大打折扣。
5.目前，随着汽车制造业的迅猛发展，汽车脚垫的需求量也迅速上涨，对其舒适性、耐磨性、回弹性、保温性的要求也越来越高。热塑性弹性体材料聚氨酯具有质量轻、低温柔韧性好、安全性及吸振性高等特点，在汽车脚垫材料中的应用受到关注。目前如何将聚氨酯应用于汽车脚垫，并制备一种耐磨性好、回弹性高、保温效果好的汽车脚垫，具有极好的应用前景。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料及其制备方法。
7.一种用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料，包括a组分、b组分、c组分；
8.按重量份，
9.a组分包括：甲苯二异氰酸酯30-50份，二苯基甲烷二异氰酸酯10-30份，聚醚多元醇i20-70份；
10.聚醚多元醇i包括：分子量为4000的聚醚多元醇、分子量为6000的聚醚多元醇，其中分子量为4000的聚醚多元醇与分子量为6000的聚醚多元醇的重量比为10：1-2；分子量为4000的聚醚多元醇的官能度为2，分子量为6000的聚醚多元醇的官能度为3；
11.b组分包括：聚醚多元醇ii20-40份，扩链剂1-5份，交联剂1-3份，填料5-15份，催化剂0.1-1份，颜料1-2份；
12.聚醚多元醇ii的分子量为1000，其官能度为3；
13.c组分包括：负载水的碳化硅骨架10-15份。
14.优选地，负载水的碳化硅骨架采用如下步骤制取：以聚苯乙烯微球为骨架，碳化硅纳米线包覆在聚苯乙烯微球表面，经空气氛煅烧除去聚苯乙烯微球，然后与水负载而成。
15.优选地，负载水的碳化硅骨架具体制取步骤如下：将碳化硅纳米线分散于无水乙
醇中，搅拌状态下超声分散，超声频率为10-20khz，加入聚苯乙烯微球后继续超声处理，真空抽滤，100-120℃干燥2-4h，450-550℃空气氛煅烧10-20min，粉碎过筛，加入水搅拌均匀得到负载水的碳化硅骨架。
16.优选地，碳化硅纳米线、聚苯乙烯微球、水的质量比为5-10：5-10：1-4。
17.优选地，聚苯乙烯微球的平均直径为10-50μm。
18.优选地，碳化硅纳米线密度为3-3.5g/cm3，直径为0.1-0.5μm，长度为10-50μm。
19.优选地，扩链剂为赖氨酸、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、二甘醇、1,4-丁二胺、乙二胺中至少一种。
20.优选地，交联剂为甘油、二乙醇胺、三乙醇胺、三羟甲基丙烷中至少一种。
21.优选地，填料为纳米碳酸钙，催化剂为有机铋催化剂。
22.上述用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：
23.s1、将聚醚多元醇i抽真空脱水1-2h，抽真空脱水过程中维持温度为100-120℃，降至45-55℃后加入甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯，70-80℃合成异氰酸酯基含量为3％的预聚体；
24.s2、将b组分混合均匀，再加入s1所得预聚体，然后向其中加入c组分混合均匀，加入至高压反应釜中，充入二氧化碳至超临界状态，控制高压反应釜内压强为9-10mpa，保压10-20min，然后泄压至5.2-5.8mpa，保压20-40s，继续升压至8-8.5mpa，保压1-2min，然后以1-2mpa/min的速度泄压至常压状态，倒入温度为40-50℃模具中熟化0.5-2h，得到用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料。
25.本发明的技术效果如下所示：
26.(1)本发明将a组分与b组分混匀加入至高压反应釜中，在高压状态保压10-20min后再进行泄压，成核速度快，泡沫数量多，再进行升压，有效控制泡沫均一度，再进行泄压促使气泡生长，所得泡沫孔径为10-150μm，泡沫孔径分布均匀，从而降低产品的导热系数，提高保温性能，稳定性好，同时无需添加稳泡剂等物质；
27.(2)在c组分中，采用聚苯乙烯微球为模板，经过高温空气氛煅烧去除聚苯乙烯微球，得到具有蜂窝状孔洞结构的三维碳化硅骨架，对水的吸附与负载强度高，与a组分、b组分混合均匀后，在高压反应釜中，高压状态下水分缓慢溢出，与甲苯二异氰酸酯反应形成气体，配合后续泄压、升压、再次泄压过程，有效避免泡孔合并、泡孔坍塌现象，而其中的碳化硅骨架均匀分散在体系中形成骨架结构，不仅耐磨性能极佳，而且与多孔结构配合，有效提高回弹性能。
28.(3)本发明采用甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯复配为主料与聚醚多元醇i合成nco含量为3％的预聚体，然后再依次与聚醚多元醇ii、负载水的碳化硅骨架作用，负载水的碳化硅骨架在其中结合强度极高，有效构筑形成耐磨骨架，在增加耐磨强度的同时，回弹性能优异，同时脚垫兼具塑料、橡胶材料的优点，力学性能好，耐永久压缩变形，使用寿命长。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
30.实施例1
31.一种用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料，包括a组分、b组分、c组分；
32.a组分包括：甲苯二异氰酸酯30kg，二苯基甲烷二异氰酸酯10kg，聚醚多元醇i 20kg；
33.聚醚多元醇i包括：分子量为4000的聚醚多元醇、分子量为6000的聚醚多元醇，其中分子量为4000的聚醚多元醇与分子量为6000的聚醚多元醇的重量比为10：1；
34.分子量为4000的聚醚多元醇的官能度为2，分子量为6000的聚醚多元醇的官能度为3；
35.b组分包括：聚醚多元醇ii 20kg，赖氨酸0.2kg，1,6-己二醇0.8kg，甘油0.3kg，二乙醇胺0.7kg，纳米碳酸钙5kg，月桂酸铋0.1kg，颜料1kg；
36.聚醚多元醇ii的分子量为1000，其官能度为3；
37.c组分包括：负载水的碳化硅骨架10kg。
38.负载水的碳化硅骨架采用如下步骤制取：将5kg密度为3-3.5g/cm3、直径为0.1-0.5μm、长度为10-50μm的碳化硅纳米线分散于20kg无水乙醇中，搅拌状态下超声分散10min，搅拌速度为50r/min，超声频率为10khz，加入5kg平均直径为10-50μm的聚苯乙烯微球后继续超声处理1h，真空抽滤，100℃干燥2h，加入至马弗炉中，450℃空气氛煅烧10min，粉碎，过80目筛，加入1kg水搅拌均匀得到负载水的碳化硅骨架。
39.上述用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：
40.s1、将聚醚多元醇i抽真空脱水1h，抽真空脱水过程中维持温度为100℃，降至45℃后加入甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯，70℃合成异氰酸酯基含量为3％的预聚体；
41.s2、将b组分混合均匀，再加入s1所得预聚体，然后向其中加入c组分混合均匀，加入至高压反应釜中，充入二氧化碳至超临界状态，控制高压反应釜内压强为9mpa，保压10min，然后泄压至5.2mpa，保压20s，继续升压至8mpa，保压1min，然后以1mpa/min的速度泄压至常压状态，倒入温度为40℃模具中熟化0.5h，得到用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料。
42.实施例2
43.一种用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料，包括a组分、b组分、c组分；
44.a组分包括：甲苯二异氰酸酯50kg，二苯基甲烷二异氰酸酯30kg，聚醚多元醇i 70kg；
45.聚醚多元醇i包括：分子量为4000的聚醚多元醇、分子量为6000的聚醚多元醇，其中分子量为4000的聚醚多元醇与分子量为6000的聚醚多元醇的重量比为10：2；
46.分子量为4000的聚醚多元醇的官能度为2，分子量为6000的聚醚多元醇的官能度为3；
47.b组分包括：聚醚多元醇ii 40kg，二甘醇4kg，1,4-丁二胺1kg，三羟甲基丙烷3kg，纳米碳酸钙15kg，月桂酸铋1kg，颜料2kg；
48.聚醚多元醇ii的分子量为1000，其官能度为3；
49.c组分包括：负载水的碳化硅骨架15kg。
50.负载水的碳化硅骨架采用如下步骤制取：将10kg密度为3-3.5g/cm3、直径为0.1-0.5μm、长度为10-50μm的碳化硅纳米线分散于40kg无水乙醇中，搅拌状态下超声分散20min，搅拌速度为100r/min，超声频率为20khz，加入10kg平均直径为10-50μm的聚苯乙烯
60kg；
69.聚醚多元醇i包括：分子量为4000的聚醚多元醇、分子量为6000的聚醚多元醇，其中分子量为4000的聚醚多元醇与分子量为6000的聚醚多元醇的重量比为10：1.3；
70.分子量为4000的聚醚多元醇的官能度为2，分子量为6000的聚醚多元醇的官能度为3；
71.b组分包括：聚醚多元醇ii 35kg，赖氨酸1kg，1,4-丁二醇1kg，甘油2.5kg，纳米碳酸钙12kg，月桂酸铋0.2kg，颜料1.7kg；
72.聚醚多元醇ii的分子量为1000，其官能度为3；
73.c组分包括：负载水的碳化硅骨架14kg。
74.负载水的碳化硅骨架采用如下步骤制取：将6kg密度为3-3.5g/cm3、直径为0.1-0.5μm、长度为10-50μm的碳化硅纳米线分散于35kg无水乙醇中，搅拌状态下超声分散12min，搅拌速度为80r/min，超声频率为12khz，加入8kg平均直径为10-50μm的聚苯乙烯微球后继续超声处理80min，真空抽滤，115℃干燥2.5h，加入至马弗炉中，520℃空气氛煅烧12min，粉碎，过95目筛，加入2kg水搅拌均匀得到负载水的碳化硅骨架。
75.上述用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：
76.s1、将聚醚多元醇i抽真空脱水1.8h，抽真空脱水过程中维持温度为105℃，降至52℃后加入甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯，73℃合成异氰酸酯基含量为3％的预聚体；
77.s2、将b组分混合均匀，再加入s1所得预聚体，然后向其中加入c组分混合均匀，加入至高压反应釜中，充入二氧化碳至超临界状态，控制高压反应釜内压强为9.7mpa，保压12min，然后泄压至5.6mpa，保压25s，继续升压至8.3mpa，保压1.2min，然后以1.7mpa/min的速度泄压至常压状态，倒入温度为43℃模具中熟化1.5h，得到用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料。
78.实施例5
79.一种用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料，包括a组分、b组分、c组分；
80.a组分包括：甲苯二异氰酸酯40kg，二苯基甲烷二异氰酸酯20kg，聚醚多元醇i 45kg；
81.聚醚多元醇i包括：分子量为4000的聚醚多元醇、分子量为6000的聚醚多元醇，其中分子量为4000的聚醚多元醇与分子量为6000的聚醚多元醇的重量比为10：1.5；
82.分子量为4000的聚醚多元醇的官能度为2，分子量为6000的聚醚多元醇的官能度为3；
83.b组分包括：聚醚多元醇ii 30kg，二甘醇3kg，二乙醇胺2kg，纳米碳酸钙10kg，月桂酸铋0.5kg，颜料1.5kg；
84.聚醚多元醇ii的分子量为1000，其官能度为3；
85.c组分包括：负载水的碳化硅骨架12kg。
86.负载水的碳化硅骨架采用如下步骤制取：将7kg密度为3-3.5g/cm3、直径为0.1-0.5μm、长度为10-50μm的碳化硅纳米线分散于30kg无水乙醇中，搅拌状态下超声分散15min，搅拌速度为70r/min，超声频率为15khz，加入7kg平均直径为10-50μm的聚苯乙烯微球后继续超声处理90min，真空抽滤，110℃干燥3h，加入至马弗炉中，500℃空气氛煅烧
15min，粉碎，过90目筛，加入2.5kg水搅拌均匀得到负载水的碳化硅骨架。
87.上述用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：
88.s1、将聚醚多元醇i抽真空脱水1.5h，抽真空脱水过程中维持温度为110℃，降至50℃后加入甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯，75℃合成异氰酸酯基含量为3％的预聚体；
89.s2、将b组分混合均匀，再加入s1所得预聚体，然后向其中加入c组分混合均匀，加入至高压反应釜中，充入二氧化碳至超临界状态，控制高压反应釜内压强为9.5mpa，保压15min，然后泄压至5.5mpa，保压30s，继续升压至8.2mpa，保压1.5min，然后以1.5mpa/min的速度泄压至常压状态，倒入温度为45℃模具中熟化1.2h，得到用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料。
90.对比例1
91.一种用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料，包括a组分、b组分、c组分；
92.a组分包括：甲苯二异氰酸酯40kg，二苯基甲烷二异氰酸酯20kg，聚醚多元醇i 45kg；
93.聚醚多元醇i包括：分子量为4000的聚醚多元醇、分子量为6000的聚醚多元醇，其中分子量为4000的聚醚多元醇与分子量为6000的聚醚多元醇的重量比为10：1.5；
94.分子量为4000的聚醚多元醇的官能度为2，分子量为6000的聚醚多元醇的官能度为3；
95.b组分包括：聚醚多元醇ii 30kg，二甘醇3kg，二乙醇胺2kg，纳米碳酸钙10kg，月桂酸铋0.5kg，颜料1.5kg；
96.聚醚多元醇ii的分子量为1000，其官能度为3；
97.c组分包括：水，其中水的添加量与实施例5中负载水的碳化硅骨架中水的含量相同。
98.上述用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：
99.s1、将聚醚多元醇i抽真空脱水1.5h，抽真空脱水过程中维持温度为110℃，降至50℃后加入甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯，75℃合成异氰酸酯基含量为3％的预聚体；
100.s2、将b组分混合均匀，再加入s1所得预聚体，然后向其中加入c组分混合均匀，加入至高压反应釜中，充入二氧化碳至超临界状态，控制高压反应釜内压强为9.5mpa，保压15min，然后泄压至5.5mpa，保压30s，继续升压至8.2mpa，保压1.5min，然后以1.5mpa/min的速度泄压至常压状态，倒入温度为45℃模具中熟化1.2h，得到用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料。
101.对比例2
102.一种用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料，包括a组分、b组分、c组分；
103.a组分包括：甲苯二异氰酸酯40kg，二苯基甲烷二异氰酸酯20kg，聚醚多元醇i 45kg；
104.聚醚多元醇i包括：分子量为4000的聚醚多元醇、分子量为6000的聚醚多元醇，其中分子量为4000的聚醚多元醇与分子量为6000的聚醚多元醇的重量比为10：1.5；
105.分子量为4000的聚醚多元醇的官能度为2，分子量为6000的聚醚多元醇的官能度
为3；
106.b组分包括：聚醚多元醇ii 30kg，二甘醇3kg，二乙醇胺2kg，纳米碳酸钙10kg，月桂酸铋0.5kg，颜料1.5kg；
107.聚醚多元醇ii的分子量为1000，其官能度为3；
108.c组分包括：负载水的碳化硅骨架。
109.负载水的碳化硅骨架采用如下步骤制取：将7kg密度为3-3.5g/cm3、直径为0.1-0.5μm、长度为10-50μm的碳化硅纳米线分散于30kg无水乙醇中，搅拌状态下超声分散15min，搅拌速度为70r/min，超声频率为15khz，加入7kg平均直径为10-50μm的聚苯乙烯微球后继续超声处理90min，真空抽滤，110℃干燥3h，加入至马弗炉中，500℃空气氛煅烧15min，粉碎，过90目筛，加入2.5kg水搅拌均匀得到负载水的碳化硅骨架。
110.上述用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料的制备方法，包括如下步骤：
111.s1、将聚醚多元醇i抽真空脱水1.5h，抽真空脱水过程中维持温度为110℃，降至50℃后加入甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯，75℃合成异氰酸酯基含量为3％的预聚体；
112.s2、将b组分混合均匀，再加入s1所得预聚体，然后向其中加入c组分混合均匀，加入至高压反应釜中，充入二氧化碳至超临界状态，控制高压反应釜内压强为9.5mpa，保压15min，然后以1.5mpa/min的速度泄压至常压状态，倒入温度为45℃模具中熟化1.2h，得到用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料。
113.将实施例5和对比例1-2所得用于汽车脚垫的热塑性弹性体材料进行对比性能测试，具体如下：
114.1、机械性能测试
[0115][0116][0117]
2、耐磨、回弹和导热系数测试
[0118]
2.1阿克隆磨耗测试：参照gb/t 1689-2014测试耐磨性能，各组试样固定在胶轮轴上，启动电机，使试样按顺时针方向旋转，预磨15-20min后取下，刷净胶屑，称其质量为m1。然后用预磨后的试样进行试验。试样行驶1.61km后，关闭电机，取下试样，刷去胶屑，在1h内称量质量m2。
[0119]
2.2利用模压的标准回弹试样在回弹测试仪上进行测试。
[0120] 实施例5对比例1对比例2阿克隆磨耗体积，cm30.110.360.23
冲击回弹，％574451导热系数，mw/(m
·
k)15.818.817.9
[0121]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。