本发明涉及体育器材技术领域，具体涉及一种腹肌板用纳米抑菌复合材料及其制备方法。
背景技术：
腹肌板也称仰卧板，是健身、瘦腹、具有仰卧起坐、收背运动、仰卧抬腿等训练功能的体育器械。现有腹肌板的材质一般为钢材，因其舒适度交叉，需在其外部包裹塑料。而酚醛泡沫塑料具有密度低、重量轻，导热系数低，使用温度范同大，尺寸稳定性好的特点，而且相比于聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫，酚醛泡沫具有优异的难燃、自熄、低烟雾、耐火焰贯穿的优点。因此，近年来，酚醛泡沫塑料在船舶、航空器材、体育器材等领域得到了广泛的应用。
在使用者健身过程中会出大量的汗，而酚醛泡沫塑料制作的腹肌板具有一定的吸水效果。因此长期使用时，必定会在腹肌板表面成成许多细菌，而现有的体育器材的酚醛泡沫塑料的抑菌效果不够好。长期使用时，必定会对使用者的身体健康造成影响，对腹肌板上的酚醛泡沫塑料本身的使用寿命也会大大降低。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种腹肌板用纳米抑菌复合材料及其制备方法，要求该腹肌板用复合材料具有良好的抑菌作用，保证使用者的身体健康。
鉴于上述要解决的技术问题，本发明提供如下的技术解决方案：
一种腹肌板用纳米抑菌复合材料，包括如下重量份原料：酚醛树脂基体25-40份、改性聚氨酯预聚体15-20份、聚甲基硅氧烷8-12份、增强剂7-12份、复合纤维5-8份、炭粉4-8份、tio2含量为60%的纳米tio2浆液3-15份、发泡剂4-8份、表面活性剂5-9份、固化剂5-10份、抗氧化剂2-4份、外加剂12-24份。
优选的，所述纳米tio2浆液制备方法为：将0.01-0.8g的分散剂加入到3.0-60.0g的水中，搅拌混合均匀后加入5.0-60.0g市售tio2搅拌混合均匀，用砂磨机研磨至细度小于100纳米，即得所需纳米tio2浆液。
优选的，所述表面活性剂包括非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，其重量比为1：3。
进一步优选的，所述非离子表面活性剂为司盘系列乳化剂山梨醇酐单月桂酸酯或吐温系列乳化剂聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯中的一种或多种的混合物；所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
优选的，所述固化剂包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比为2:3。
优选的，所述改性聚氨酯预聚体的制备方法包括如下步骤：
（1）在硅溶胶中依次加入占硅溶胶重量1-3%的硅微粉、硅溶胶重量1-3%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量0.5-1%的乙酸钠，然后在75-80℃条件下搅拌1-2h，制得改性硅溶胶，备用；
（2）将纳米二氧化钛中加入占纳米二氧化钛重量2-5%的表面改性剂ⅰ，搅拌制得改性纳米二氧化钛，备用；其中，表面改性剂ⅰ由氢氧化钡、碳酸钠和kh570，依次按照重量比为2-4：1-3：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯预聚体，加入改性填料混合搅拌而得改性聚氨酯预聚体；其中，改性填料与mdi型聚氨酯预聚体的重量比为7：5；改性填料由邻苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步骤（1）制得的改性硅溶胶和步骤（2）制得的改性纳米二氧化钛，依次按照重量比为2：3：1：2的比例混合而成。
本发明还提供了一种制备上述腹肌板用纳米抑菌复合材料的方法，包括以下步骤：
（1）根据需要选取目标尺寸的未固化的纸蜂窝，将其浸泡于酚醛树脂基体中3h，然后取出纸蜂窝，拉开平铺在平板发泡模上，固定好后放入140℃的烘箱中加热1.5h，最后将纸蜂窝取出，冷却至室温，待用；
（2）按照权利要求1所述重量份数，首先将酚醛树脂基体在水浴锅中预热至45℃，然后加入改性聚氨酯预聚体和所述纳米tio2浆液，在450-550r/min的转速下搅拌20-30min；然后依次加入增强剂、复合纤维和聚甲基硅氧烷，在500-600r/min的转速下搅拌25-30min；再依次加入表面活性剂、发泡剂、抗氧化剂和外加剂，在500-600r/min的转速下搅拌15-25min；然后加入固化剂，在600-700r/min的转速下搅拌5-10min后制得混合溶液，将混合溶液倒入涂有脱模剂并预热至45℃的模具中，压入步骤一制备的纸蜂窝，合上模具，并将模具移至75℃的烘箱中固化2h，最后冷却至室温脱模，得到所述腹肌板用纳米抑菌复合材料。
优选的，所述纸蜂窝采用厚度为0.1-0.5mm的nomex纸蜂窝，孔格边长为1.6-4.7mm，公称容重为32-48kg/m3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的腹肌板用纳米抑菌复合材料中特别添加了tio2含量为60%的纳米tio2浆液，其与酚醛树脂基体以及改性聚氨酯预聚体，在表面活性剂的催化作用下，均匀地分散在复合材料表面，对腹肌板表面形成一个全面的纳米抑菌保护膜；纳米级别的tio2具有非常大的比表面积能够和周围的空气或细菌充分接触，对各种细菌都具有良好的抑制作用，保证了使用者的身体健康。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明的技术方案。这些实施例仅用于说明本发明的最优方案而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种腹肌板用纳米抑菌复合材料，包括如下重量份原料：酚醛树脂基体25份、改性聚氨酯预聚体15份、聚甲基硅氧烷8份、增强剂7份、复合纤维5份、炭粉4份、tio2含量为60%的纳米tio2浆液3份、发泡剂4份、表面活性剂5份、固化剂5份、抗氧化剂2份、外加剂12份。
所述增强剂包括氧化铝微粉、白云母粉、羧甲基纤维素钠和改性海泡石绒，其重量比为3：7：2：1；所述复合纤维包括碳纳米纤维、聚丙烯腈纤维和二苯甲酸二甘醇酯，其重量比为1：3：9；所述发泡剂为松本系列微球发泡剂。
上述纳米tio2浆液制备方法为：将0.01g的分散剂加入到3.0g的水中，搅拌混合均匀后加入5.0g市售tio2搅拌混合均匀，用砂磨机研磨至细度小于100纳米，即得所需纳米tio2浆液。
所述表面活性剂包括非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，其重量比为1：3；其中非离子表面活性剂为司盘系列乳化剂山梨醇酐单月桂酸酯；所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
所述固化剂包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比为2:3。
所述改性聚氨酯预聚体的制备方法包括如下步骤：
（1）在硅溶胶中依次加入占硅溶胶重量1%的硅微粉、硅溶胶重量1%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量0.5%的乙酸钠，然后在75℃条件下搅拌1h，制得改性硅溶胶，备用；
（2）将纳米二氧化钛中加入占纳米二氧化钛重量2%的表面改性剂ⅰ，搅拌制得改性纳米二氧化钛，备用；其中，表面改性剂ⅰ由氢氧化钡、碳酸钠和kh570，依次按照重量比为2：1：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯预聚体，加入改性填料混合搅拌而得改性聚氨酯预聚体；其中，改性填料与mdi型聚氨酯预聚体的重量比为7：5；改性填料由邻苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步骤（1）制得的改性硅溶胶和步骤（2）制得的改性纳米二氧化钛，依次按照重量比为2：3：1：2的比例混合而成。
所述增强剂按照如下方法制备：
（1）将海泡石绒与占其重量2%的表面改性剂ⅱ混合后，静置1h后过滤晾干制得改性海泡石绒；其中，表面改性剂ⅱ由kh550、乙醇、丙酮和氢氧化钡，依次按照重量比2：80：2：1的比例混合而成；
（2）按照重量比3：7：2：1的比例，依次取氧化铝微粉、炭粉、白云母粉、羧甲基纤维素钠和步骤（1）制得的改性海泡石绒混合均匀，制得增强剂。
所述外加剂的制备方法为：按照1：8的重量比，取正硅酸乙酯与去离子水混合，再向其中依次加入1份海泡石绒、占正硅酸乙酯重量12%的冰醋酸和占正硅酸乙酯重量4%的导电炭黑混合均匀进行反应，反应过程中，每隔20min向反应体系内施加频率240khz的超声波2min，待反应结束后对反应体系进行超滤得到固体粉末，最后将固体粉末在有氧条件下充分灼烧除去碳粉，即得到外加剂。
本实施例还提供了一种制备上述腹肌板用纳米抑菌复合材料的方法，包括以下步骤：
（1）根据需要选取目标尺寸的未固化的纸蜂窝，将其浸泡于酚醛树脂基体中3h，然后取出纸蜂窝，拉开平铺在平板发泡模上，固定好后放入140℃的烘箱中加热1.5h，最后将纸蜂窝取出，冷却至室温，待用；
（2）按照权利要求1所述重量份数，首先将酚醛树脂基体在水浴锅中预热至45℃，然后加入改性聚氨酯预聚体和所述纳米tio2浆液，在450r/min的转速下搅拌20min；然后依次加入增强剂、复合纤维和聚甲基硅氧烷，在500r/min的转速下搅拌25min；再依次加入表面活性剂、发泡剂、抗氧化剂和外加剂，在500r/min的转速下搅拌15min；然后加入固化剂，在600r/min的转速下搅拌5min后制得混合溶液，将混合溶液倒入涂有脱模剂并预热至45℃的模具中，压入步骤一制备的纸蜂窝，合上模具，并将模具移至75℃的烘箱中固化2h，最后冷却至室温脱模，得到所述腹肌板用纳米抑菌复合材料。
其中，所述纸蜂窝采用厚度为0.1mm的nomex纸蜂窝，孔格边长为1.6mm，公称容重为32kg/m3。
实施例2
本实施例提供了一种腹肌板用纳米抑菌复合材料，包括如下重量份原料：酚醛树脂基体40份、改性聚氨酯预聚体20份、聚甲基硅氧烷12份、增强剂12份、复合纤维8份、炭粉8份、tio2含量为60%的纳米tio2浆液15份、发泡剂8份、表面活性剂9份、固化剂10份、抗氧化剂4份、外加剂24份。
所述增强剂包括氧化铝微粉、白云母粉、羧甲基纤维素钠和改性海泡石绒，其重量比为5：9：3：1.4；所述复合纤维包括碳纳米纤维、聚丙烯腈纤维和二苯甲酸二甘醇酯，其重量比为2：4：12；所述发泡剂为松本系列微球发泡剂。
上述纳米tio2浆液制备方法为：将0.8g的分散剂加入到60.0g的水中，搅拌混合均匀后加入60.0g市售tio2搅拌混合均匀，用砂磨机研磨至细度小于100纳米，即得所需纳米tio2浆液。
所述表面活性剂包括非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，其重量比为1：3；其中非离子表面活性剂为吐温系列乳化剂聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯；所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
所述固化剂包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比为2:3。
所述改性聚氨酯预聚体的制备方法包括如下步骤：
（1）在硅溶胶中依次加入占硅溶胶重量3%的硅微粉、硅溶胶重量3%的六钛酸钾晶须和硅溶胶重量1%的乙酸钠，然后在80℃条件下搅拌2h，制得改性硅溶胶，备用；
（2）将纳米二氧化钛中加入占纳米二氧化钛重量5%的表面改性剂ⅰ，搅拌制得改性纳米二氧化钛，备用；其中，表面改性剂ⅰ由氢氧化钡、碳酸钠和kh570，依次按照重量比为4：3：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯预聚体，加入改性填料混合搅拌而得改性聚氨酯预聚体；其中，改性填料与mdi型聚氨酯预聚体的重量比为7：5；改性填料由邻苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步骤（1）制得的改性硅溶胶和步骤（2）制得的改性纳米二氧化钛，依次按照重量比为2：3：1：2的比例混合而成。
本实施例中所述增强剂的制备方法和实施例1中的制备方法相同。
本实施例中所述外加剂的制备方法和实施例1中的制备方法相同。
本实施例还提供了一种制备上述腹肌板用纳米抑菌复合材料的方法，包括以下步骤：
（1）根据需要选取目标尺寸的未固化的纸蜂窝，将其浸泡于酚醛树脂基体中3h，然后取出纸蜂窝，拉开平铺在平板发泡模上，固定好后放入140℃的烘箱中加热1.5h，最后将纸蜂窝取出，冷却至室温，待用；
（2）按照权利要求1所述重量份数，首先将酚醛树脂基体在水浴锅中预热至45℃，然后加入改性聚氨酯预聚体和所述纳米tio2浆液，在550r/min的转速下搅拌30min；然后依次加入增强剂、复合纤维和聚甲基硅氧烷，在600r/min的转速下搅拌30min；再依次加入表面活性剂、发泡剂、抗氧化剂和外加剂，在600r/min的转速下搅拌25min；然后加入固化剂，在700r/min的转速下搅拌10min后制得混合溶液，将混合溶液倒入涂有脱模剂并预热至45℃的模具中，压入步骤一制备的纸蜂窝，合上模具，并将模具移至75℃的烘箱中固化2h，最后冷却至室温脱模，得到所述腹肌板用纳米抑菌复合材料。
其中，所述纸蜂窝采用厚度为0.5mm的nomex纸蜂窝，孔格边长为4.7mm，公称容重为48kg/m3。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。