一种多功能弹性体复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于复合材料技术领域，特别是涉及一种多功能弹性体复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，世界各国军队对单兵携行具的研究和改进越来越重视。在现代高技术条件下的局部战争中，随着武器装备的更新以及作战环境的复杂性和不确定性，对单兵携行具提出了更高的要求，质轻高强耐用，具备防水、阻燃特性和多种环境适应性是未来发展所趋。加之，随着人们消费水平的不断升级，具有挑战性的户外探险旅游热度趋升，高强耐磨防水的户外包成为探险者、旅行家、科学家、救援队的必备品。鉴于现代人们对户外包的要求越来越高，需要对户外包材料作进一步的改进。
3.tpu，名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，是一种环保高分子材料，具有强度高、韧性好、耐磨、耐油、耐水、耐老化、耐气候等特性，兼具高防水性透湿性、防风、防寒、抗菌、防霉、抗紫外线等许多优异功能。尼龙牛津布质轻、高强、耐磨，具备良好的耐化学性、耐老化性，手感较硬，经过处理后的尼龙牛津布制作的户外包立体有型，抗变形能力良好，耐用性极佳。
4.现有技术中，在多功能性方面，多为基布层直涂得到，不涉及tpu材料，而在现有的tpu材料中功能性较弱且少。tpu与尼龙牛津布贴合形成复合材料，兼具两种材料特性，可提供一种重量轻、高强度、高防水、阻燃、耐候性强的户外包用tpu复合材料。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提供一种高强度、高防水、阻燃、耐撕裂性能佳、耐候性强的多功能弹性体复合材料，且制备工艺简单，可操作性强。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种多功能弹性体复合材料，包括从下到上依次叠加复合的基布层、阻燃层和tpu面层；
8.所述基布层为牛津布，所述牛津布经过防水整理剂处理，所述防水整理剂包括如下重量份的原料组分：
9.防水剂
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1-8份；
10.整理剂
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1-3份；
11.水
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89-98份；
12.其中，基布层所用牛津布可选用500-800d尼龙牛津布、500-800d涤纶牛津布中的一种，优选500-800d尼龙牛津布；
13.其中，防水剂为碳六防水剂和无氟防水剂的混合物,碳六防水剂为六碳含氟丙烯酸酯聚合物，无氟防水剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯和氯乙烯的混合物。碳六防水剂和无氟防水剂的质量比为(3-5):1；
14.其中，整理剂选用有机硅整理剂，本发明选用氨基改性聚硅氧烷乳液。
15.所述阻燃层包括如下重量份的原料组分：
16.聚氨酯胶黏剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100份；
17.阻燃剂
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50-150份；
18.交联剂
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2-8份。
19.其中，所述聚氨酯胶黏剂可以为水性聚氨酯树脂，也可以为溶剂型聚氨树脂；所述阻燃层阻燃剂为氮磷系阻燃剂与溴锑阻燃剂的混合物；所述交联剂为多异氰酸酯。
20.其中，聚氨酯胶黏剂为水性聚氨酯树脂时，还需要加入增稠剂2-8份，以调节粘度。水性聚氨酯树脂为阴离子脂肪族聚氨酯分散液，固含量45-50％。
21.其中，氮磷系阻燃剂与溴锑阻燃剂的混合物选用磷酸三苯酯、十溴二苯醚、三氧化二锑的混合物；磷酸三苯酯、十溴二苯醚、三氧化二锑的质量比为1：5：4。
22.所述tpu面层包括如下重量份的原料组分：
23.tpu颗粒
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100份；
24.阻燃剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1-10份。
25.其中，所述tpu颗粒为聚酯型tpu颗粒和或聚醚型tpu颗粒；优选的，本发明选用聚醚型tpu颗粒，硬度为70-90a；
26.其中，所述tpu层阻燃剂为氮磷类阻燃剂，本发明选用rdp、bdp、cdp、tpp等膦酸酯类阻燃剂与三聚氰胺或者蜜胺焦磷酸盐的混合物。
27.本发明中，基布层可以选择500d、600d、750d、800d尼龙牛津布中的一种，尼龙牛津布具有质轻高强耐磨性、耐化学性、耐老化性，手感较硬，抗变形能力良好，耐用性极佳。
28.本发明中，有机硅整理剂选用氨基改性聚硅氧烷乳液，在氨基改性聚硅氧烷乳液中，氨基活性基团可与纤维中的羟基、羧基、酰胺基等相互作用，形成牢固地取向和吸附，使纤维间的摩擦系数减小，有效提升了基布的断裂强力和撕破强力等机械性能；聚硅氧烷分子的间距大，分子间力弱，表面张力小，吸附在纤维表面形成一层弹性网状结构膜，具有很高的耐洗性，同时，硅氧长链上的疏水剂甲基向外整齐排列，进一步增强了尼龙布的防水性能。
29.本发明中，防水整理剂中有机硅整理剂的用量控制在1-3份，该用量范围内，基布的强力提升效果明显，用量过大时会影响基布的阻燃性能和涂层粘合牢度。
30.本发明中，经碳六防水剂整理后的尼龙基布，防水防油防污效果好，并且碳六防水剂安全环保；无氟防水剂作为碳六防水剂的增效剂使用，可帮助增加防水效果，有效降低防水成本。碳六和无氟防水剂的质量比为(3-5):1时，基布防水效果较好，可满足成品要求。
31.本发明中，聚醚型tpu具有高强度、高回弹性、低温性能好的优点，有助于提升本体材料的断裂强力和撕破强力，解决了基布因涂层绑纱而产生的强力降低问题，而且在较低温度下制品表面不会开裂，较高温度下制品表面不会粘连，提高了环境适应性；同时，tpu产品绿色环保，对环境及操作使用人员无害。
32.本发明中，tpu层阻燃剂为氮磷类阻燃剂，在燃烧过程中，氮磷阻燃单元会产生膨胀碳层，达到隔热、隔氧、防止表面火焰进一步扩散效果，增强了产品的阻燃性能；并且氮磷类阻燃剂与tpu相溶性和分散性好，对tpu的物性的影响极小。
33.本发明中，阻燃层中聚氨酯树脂中的异氰酸酯基，可与尼龙纤维上含有活泼氢的
氨基反应，形成界面化学键结合，使得涂层与纤维间有着优异的粘合力，可将阻燃剂牢固附着在基布表面，解决了产品的阻燃问题；此外，水性聚氨酯树脂使用过程中不会释放化学有毒气体，对环境和操作人员安全环保。
34.本发明中，阻燃层阻燃剂为氮磷系阻燃剂与溴锑阻燃剂的混合物，有机阻燃剂和无机阻燃剂协同作用，用量少，阻燃效率高；其中，溴-氮磷阻燃剂配合使用能互相促进分解，分解温度降低且分解剧烈，形成强大的气相隔离层；溴-锑阻燃剂配合使用，能够增加卤化氢反应，释放出更加有效的火焰抑制剂-金属卤化物，形成固相覆盖层，并捕捉自由基，从而阻止火焰的传播。
35.本发明中，交联剂中的异氰酸酯基与聚氨酯树脂中的羟基发生氨酯化反应，形成立体网状大分子结构，成膜强韧紧密、耐撕裂。
36.本发明中，阻燃层是将阻燃剂牢固在基布表面，解决了基布易燃问题，起主要的阻燃作用，tpu层中含有的阻燃成分，效果上进一步增加了产品的阻燃性能，为辅助阻燃作用。
37.本发明还提供一种所述多功能弹性体复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
38.s1、制备防水整理剂：按重量份将防水整理剂各组分混合均匀，制得防水整理剂；
39.s2、制备基布层：将基布浸入到防水整理剂中，随后进行轧液，轧液率为20-60％，将基布两浸两轧后烘干，烘干温度120-160℃，烘干时间1-2min；将所得基布再进行热轧处理，热轧温度160-190℃，热轧压力60-80t；制得基布层；
40.s3、制备阻燃层：按重量份在水性胶黏剂中加入阻燃剂和交联剂，搅拌均匀，再加入增稠剂调节至适合的粘度，粘度为15000-25000mpa
·
s，制得阻燃涂料；
41.s4、基布层与阻燃层复合：在s2所得基布层的热轧面刮涂阻燃涂料，进行烘干，烘干温度130-150℃，干增重70-90g/m2；制得中间材料；
42.s5、制备tpu面层：按重量份将混合有阻燃剂的tpu颗粒加热融化，备用；
43.s6、三层材料复合：在s4所得中间材料的涂胶面贴合流延挤出的tpu，挤出温度190-200℃，辊压2-6mpa贴合，干增重20-30g/m2；制得弹性复合材料。
44.本发明还提供一种所述多功能弹性体复合材料的应用，通过上述原料及制备方法制得的多功能弹性体复合材料可用于制作户外包。
45.相对于现有技术，本发明具有以下优势：
46.1.选用高强的尼龙牛津布作为基布层，质轻高强耐磨，具备良好的耐化学性、耐老化性，手感较硬；防水整理赋予基布优异的防水防油防污能力，并有效提升了基布的物理机械性能；
47.2.轧光操作后基布表面平整，阻燃涂层成膜平滑紧密，且抑制浆料向纤维间渗透，进一步增强防水性能和耐撕破性能；阻燃涂层处理通过水性聚氨酯粘合剂将阻燃涂料牢固粘合在纤维表面，使面料具有较高的阻燃性能。
48.3.经防水阻燃处理的尼龙牛津布与聚醚型tpu贴合，进一步提升了断裂强力和撕破强力，tpu面层耐磨耐水耐油耐霉性能优良，能在较高温度和较低温度下仍保持弹性，表面不龟裂，增强了产品的环境适应性和耐用性。
49.4.制备工艺选用水性胶粘剂涂层，再复合无溶剂tpu面层，生产过程中不会排放化学有害物质，对环境及操作人员安全环保，产成品对使用者安全；且生产工艺简单，生产成
本低。
附图说明
50.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
51.图1为本发明所述的一种多功能弹性体复合材料的整体剖面示意图。
52.如图：1-基布层，2-阻燃层，3-tpu面层。
具体实施方式
53.除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
54.下面结合实施例来详细说明本发明。
55.实施例1：
56.步骤一、基布层防水整理：
57.按重量份计，防水剂4份，有机硅整理剂2份，水94份混合制成防水整理剂；
58.防水整理工艺：将尼龙牛津布浸轧防水整理剂，两浸两轧后烘干，轧液率35％，烘干温度150℃，烘干时间2min；
59.步骤二、基布层热轧：热轧温度170℃，热轧压力80t；
60.步骤三、刮涂阻燃层：
61.按重量份计，将水性聚氨酯树脂100份，阻燃剂100份，交联剂4份混匀，加入增稠剂10份，调至粘度20000mpa
·
s，制成阻燃涂料；
62.刮涂阻燃层工艺：在基布层热轧面刮涂阻燃涂料后烘干，烘干温度150℃，干增重85g/m2；
63.步骤四、流延贴合tpu面层：将混有阻燃剂的聚醚型tpu颗粒加热融化，在阻燃层面流延贴合聚醚型tpu，挤出温度190℃，辊压4mpa贴合，干增重20g/m2。得到实施例1的成品材料。
64.将实施例1所得材料按照相应性能测试的执行标准进行性能测试，测试结果见表1：
65.表1实施例1的成品面料性能测试结果
[0066][0067]
由上表数据可以看出：依据本发明方法制备的多功能弹性体复合材料具有物理机械度高、防水性能好、阻燃能力佳、高温不粘连、低温不龟裂等特点，是一款环境适应性和耐用性极佳的多功能弹性体复合材料。
[0068]
实施例2：
[0069]
步骤一、基布层防水整理：
[0070]
按重量份计，防水剂4份，水96份混合制成防水整理剂；
[0071]
步骤二至四同实施例1。得到对照组1的成品材料。
[0072]
将实施例1与对照组1所得成品材料按照相应性能测试的执行标准进行性能测试，测试结果对比见表2：
[0073]
表2实施例1及对照组1的成品面料测试性能结果
[0074][0075]
由上表数据可以看出：在基布的防水整理工艺中，有机硅整理剂的加入可以大幅提升成品的物理机械强度和防水性能。
[0076]
实施例3：
[0077]
步骤一至三同实施例1；
[0078]
步骤四、流延贴合tpu面层：在阻燃层面流延贴合聚酯型tpu，挤出温度190-200℃，辊压2-6mpa贴合。得到对照组2成品材料。
[0079]
将实施例1及对照组2的成品材料按照相应性能测试的执行标准进行性能测试，测试结果对比见表3：
[0080]
表3实施例1及对照组2的成品材料测试性能结果
[0081] 实施例1对照组2执行标准克重(g/m2)350350gb/t 4669-2008耐低温(-40℃)胶面无龟裂胶面有龟裂fz/t 01007-2008
[0082]
由上表数据可以看出：聚醚型tpu比聚酯型tpu耐低温性能更好，弹性更佳，更能适应低温环境的影响。
[0083]
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。
[0084]
此外，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合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。