本发明属于塑料领域，涉及一种用于公交车把手的聚氨酯复合材料及其制备方法。
背景技术：
公交车作为一种方便的交通工具，越来越成为人们生活中的重要组成部分。但现有公共交通工具的数量仍然不足，有限的座位数不能满足大量乘客的需求，乘客有时候需要站立在车内，尤其是上下班高峰期，公交车内几乎站满了乘客，而为了防止乘客在行车过程中车体的不稳而造成摔倒，公交车上大多会安装把手，方便站立乘客扶持。
从成本和舒适度的角度出发，通常采塑料把手。聚氨酯材料具有无污染、无毒无害、耐温性极强、耐磨性好、使用寿命长等特点，同时聚氨酯内含极其强的氨基甲酸酯基，不溶于非极性的基因，因此具有良好的耐油性、耐老化性和粘合性，可以作为把手材料。而公交把手常年受到车窗外阳光照射，受到乘客手掌摩擦力，因而容易出现塑料表皮磨损、脱落现象，而把手在公交车的使用年限中基本不会更换，随着公交车更新换代，把手上磨损、脱落的塑料表皮严重影响美观。
技术实现要素：
针对现有技术存在的塑料把手性能差的缺点，本发明提供一种聚氨酯复合材料及制备该聚氨酯复合材料的方法，材料和制备方法的相互结合，获得耐磨性好、力学性能优异具有阻燃效果的材料，用于制作把手，可以有效提高把手的使用寿命和美观度。
本发明的上述一个目的可通过下列技术方案来实现：一种用于公交车把手的聚氨酯复合材料，其特征在于，所述聚氨酯复合材料包括以下重量份成分：
聚氨酯：60-80份；聚二甲基硅氧烷：20-40份；有机磷：3-10份；聚四氟乙烯：5-10份；增强剂：1-10份；抗氧化剂：0.5-3份；相容剂：0-3份；润滑剂：0-3份。
作为优选，所述聚氨酯和聚二甲基硅氧烷的质量比为(1.5-3.5)：1。
作为优选，所述有机磷选自以下一种或多种：
双(4-羧基苯基)苯基氧化膦、对二苄基双膦酸四甲酯、乙烯基膦酸二-(2-氯乙基)酯、六氯环三磷腈、氯化螺环磷酸酯、间苯二酚-双[二(季戊四醇)]磷酸酯。
作为优选，所述增强剂为纤维增强剂，选自以下一种或多种：碳纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、尼纶纤维、棉纤维、玻璃纤维。
本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：一种用于公交车把手的聚氨酯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
按照聚氨酯复合材料成分配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于有机溶剂中，微波加热20-50min，再加入有机磷，继续微波加热10-30min，然后喷雾干燥，将干燥颗粒与剩余原料一起混合，置于螺杆挤出机中挤出造粒。
作为优选，所述微波控制温度为70-100℃。
作为优选，所述干燥颗粒尺寸为5-50μm。
作为优选，所述螺杆挤出机为双螺杆挤出机，温度从输送区、熔融区、均化区分别为190-210℃、200-220℃、180-200℃。
本发明与现有技术相比，有益效果体现在：本发明通过使用聚二甲基硅氧烷、有机磷分别与聚氨酯微波反应，聚氨酯表面引入的聚二甲基硅氧烷可以有效提高复合材料的耐磨性能，而接枝于聚二甲基硅氧烷的有机磷可以改善复合材料的阻燃性能，由此获得的聚氨酯复合材料耐磨性好、力学性能和阻燃效果优异，可以用于制作公交车的把手，提高把手的使用寿命、舒适性和美观性。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
本发明的一个实施例中，所述聚氨酯复合材料包括以下重量份的成分：聚氨酯：60-80份；聚二甲基硅氧烷：20-40份；有机磷：3-10份；聚四氟乙烯：5-10份；增强剂：1-10份；抗氧化剂：0.5-3份；相容剂：0-3份；润滑剂：0-3份。
聚氨酯和聚二甲基硅氧烷的质量比为(1.5-3.5)：1。
有机磷选自以下一种或多种：双(4-羧基苯基)苯基氧化膦、对二苄基双膦酸四甲酯、乙烯基膦酸二-(2-氯乙基)酯、六氯环三磷腈、氯化螺环磷酸酯、间苯二酚-双[二(季戊四醇)]磷酸酯。
增强剂为纤维增强剂，选自以下一种或多种：碳纤维、芳纶纤维、腈纶纤维、尼纶纤维、棉纤维、玻璃纤维。
抗氧化剂可以为受阻酚类抗氧化剂和胺类抗氧化剂中的一种或多种，受阻酚类包括：chemnox1035，chemnoxb-215，chemnox1010，chemnox1076，chemnox1098，chemnox1024等。胺类抗氧化剂包括：四乙烯五胺(tepa)、邻苯二胺(opd)、二烷基二苯胺(adpa)等。
相容剂选可以为pe-g-st、pp-g-st、abs-g-mah、pe-g-mah、pp-g-mah等。润滑剂可以为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氯化石蜡、氧化聚乙烯、微晶石蜡、硬脂酸丁脂等。
聚氨酯复合材料还包括任何可以存在于并有利于材料性能提升的物质，如润增塑剂、热稳定剂、抗冲改性剂等。
本发明的一个实施例中，聚氨酯复合材料的制备方法包括以下步骤；按照聚氨酯复合材料的成分配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于有机溶剂中，有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二甲基亚砜、氯仿等，然后微波加热，加热时间20-50min，再加入有机磷，继续微波加热10-30min，控制加热温度为70-100℃。然后喷雾干燥，将干燥颗粒与剩余原料一起混合，置于螺杆挤出机中挤出造粒。
在微波加热条件下，聚氨酯的表面引入了疏水性的聚二甲基硅氧烷，在聚氨酯表面包覆形成一层聚二甲基硅氧烷，因此聚氨酯表面覆膜，而且聚二甲基硅氧烷的疏水性使得聚氨酯的结晶度增加，最终使得聚氨酯的耐磨性大大提高。有机磷为一种阻燃剂，当受热时能有机磷现在表面产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层，阻止聚合物进一步热解，如果有机磷以颗粒形式存在于聚氨酯中，阻燃效果有限，本实施例中，将有机磷以化学键合的方式结合在聚二甲基硅氧烷上，可以有效提高阻燃性。聚二甲基硅氧烷和有机磷添加顺序需要区分开来，先加入聚二甲基硅氧烷与聚氨酯反应，再加入有机磷反应，这样有机磷可以接枝于复合材料最外层，当燃烧开始时，可以快速起作用。
微波一方面作为热源，能够快速加热，且加热均匀，物料不会产生局部高温；另一方面，微波的独特辐射作用，可以促进聚氨酯化学键合聚二甲基硅氧烷，有利于有机磷接枝于聚二甲基硅氧烷。
喷雾干燥控制尺寸粒度为5-50μm。控制干燥颗粒尺寸，有利于后续物料混合。
喷雾干燥后，干燥颗粒与剩余原料一起高速混合，如果聚氨酯复合材料中使用了相容剂和润滑剂，则相容剂和润滑剂与其它成分一起跟干燥颗粒混合。混合转速为1000-2000r/min，混合时间为5-10min。螺杆挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的温度从输送区、熔融区、均化区分别为190-210℃、200-220℃、180-200℃，等温度达到设定温度并恒温10-30min后，再往挤出机料斗中加入混合料。调整挤出机的转速为300-800r/min，挤出造粒，获得聚氨酯复合材料。
实施例1
本实施例中，聚氨酯复合材料包括以下重量份成分：
聚氨酯：70份；聚二甲基硅氧烷：30份；双(4-羧基苯基)苯基氧化膦：5份；聚四氟乙烯：8份；芳纶纤维：6份；chemnox1035：1份；邻苯二胺：1份；pp-g-mah：1份；聚乙烯蜡：1份。
按照上述配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，微波加热40min，控制温度为80℃，再加入双(4-羧基苯基)苯基氧化膦，继续微波加热20min，控制温度为70℃，然后喷雾干燥，获得30μm左右的干燥颗粒，将干燥颗粒与剩余原料在1500r/min下混合8min，然后将混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，获得聚氨酯复合材料。双螺杆挤出机的温度从输送区、熔融区、均化区分别为210℃、220℃、200℃，挤出机的转速为500r/min。
实施例2
本实施例中，聚氨酯复合材料包括以下重量份成分：
聚氨酯：80份；聚二甲基硅氧烷：20份；双(4-羧基苯基)苯基氧化膦：5份；聚四氟乙烯：8份；芳纶纤维：6份；chemnox1035：1份；邻苯二胺：1份；pp-g-mah：1份；聚乙烯蜡：1份。
按照上述配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，微波加热40min，控制温度为80℃，再加入双(4-羧基苯基)苯基氧化膦，继续微波加热20min，控制温度为70℃，然后喷雾干燥，获得30μm左右的干燥颗粒，将干燥颗粒与剩余原料在1500r/min下混合8min，然后将混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，获得聚氨酯复合材料。双螺杆挤出机的温度从输送区、熔融区、均化区分别为210℃、220℃、200℃，挤出机的转速为500r/min。
实施例3
本实施例中，聚氨酯复合材料包括以下重量份成分：
聚氨酯：70份；聚二甲基硅氧烷：30份；双(4-羧基苯基)苯基氧化膦：5份；聚四氟乙烯：8份；芳纶纤维：6份；chemnox1035：1份；邻苯二胺：1份；pp-g-mah：1份；聚乙烯蜡：1份。
按照上述配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，微波加热40min，控制温度为110℃，再加入双(4-羧基苯基)苯基氧化膦，继续微波加热20min，控制温度为110℃，然后喷雾干燥，获得30μm左右的干燥颗粒，将干燥颗粒与剩余原料在1500r/min下混合8min，然后将混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，获得聚氨酯复合材料。双螺杆挤出机的温度从输送区、熔融区、均化区分别为210℃、220℃、200℃，挤出机的转速为500r/min。
实施例4
本实施例中，聚氨酯复合材料包括以下重量份成分：
聚氨酯：70份；聚二甲基硅氧烷：30份；双(4-羧基苯基)苯基氧化膦：5份；聚四氟乙烯：8份；芳纶纤维：6份；chemnox1035：1份；邻苯二胺：1份；pp-g-mah：1份；聚乙烯蜡：1份。
按照上述配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，微波加热40min，控制温度为60℃，再加入双(4-羧基苯基)苯基氧化膦，继续微波加热20min，控制温度为60℃，然后喷雾干燥，获得30μm左右的干燥颗粒，将干燥颗粒与剩余原料在1500r/min下混合8min，然后将混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，获得聚氨酯复合材料。双螺杆挤出机的温度从输送区、熔融区、均化区分别为210℃、220℃、200℃，挤出机的转速为500r/min。
实施例5
本实施例中，聚氨酯复合材料包括以下重量份成分：
聚氨酯：70份；聚二甲基硅氧烷：30份；双(4-羧基苯基)苯基氧化膦：5份；聚四氟乙烯：8份；芳纶纤维：6份；chemnox1035：1份；邻苯二胺：1份；pp-g-mah：1份；聚乙烯蜡：1份。
按照上述配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，微波加热40min，控制温度为80℃，再加入双(4-羧基苯基)苯基氧化膦，继续微波加热20min，控制温度为70℃，然后喷雾干燥，获得100μm左右的干燥颗粒，将干燥颗粒与剩余原料在1500r/min下混合8min，然后将混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，获得聚氨酯复合材料。双螺杆挤出机的温度从输送区、熔融区、均化区分别为210℃、220℃、200℃，挤出机的转速为500r/min。
实施例6
本实施例中，聚氨酯复合材料包括以下重量份成分：
聚氨酯：60份；聚二甲基硅氧烷：30份；氯化螺环磷酸酯：3份；聚四氟乙烯：6份；腈纶纤维：3份；chemnox1024：1.5份；四乙烯五胺：1份；abs-g-mah：1份；氯化石蜡：1份。
按照上述配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，微波加热30min，控制温度为90℃，再加入氯化螺环磷酸酯，继续微波加热20min，控制温度为80℃，然后喷雾干燥，获得20μm左右的干燥颗粒，将干燥颗粒与剩余原料在2000r/min下混合5min，然后将混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，获得聚氨酯复合材料。双螺杆挤出机的温度从输送区、熔融区、均化区分别为200℃、220℃、190℃，挤出机的转速为300r/min。
实施例7
本实施例中，聚氨酯复合材料包括以下重量份成分：
聚氨酯：80份；聚二甲基硅氧烷：40份；间苯二酚-双[二(季戊四醇)]磷酸酯：8份；聚四氟乙烯：8份；玻璃纤维：7份；cchemnoxb-215：1.5份；pe-g-mah：0.5份；硬脂酸丁脂：1.2份。
按照上述配比，分别称取各成分，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，微波加热50min，控制温度为90℃，再加入间苯二酚-双[二(季戊四醇)]磷酸酯，继续微波加热30min，控制温度为70℃，然后喷雾干燥，获得40μm左右的干燥颗粒，将干燥颗粒与剩余原料在1000r/min下混合8min，然后将混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，获得聚氨酯复合材料。双螺杆挤出机的温度从输送区、熔融区、均化区分别为190℃、200℃、180℃，挤出机的转速为600r/min。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的聚氨酯复合材料中，没有聚二甲基硅氧烷，其它与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的聚氨酯复合材料中，没有双(4-羧基苯基)苯基氧化膦，其它与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3的聚氨酯复合材料制备方法中，聚二甲基硅氧烷和双(4-羧基苯基)苯基氧化膦一起与聚氨酯在微波下反应，微波加热40min，控制温度为80℃，其它与实施例1相同。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4的聚氨酯复合材料制备方法中，先将有机磷与聚氨酯在微波下控制温度为80℃，加热反应40min，然后再加入聚二甲基硅氧烷，继续微波加热20min，控制温度为70℃，其它与实施例1相同。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于，对比例5的聚氨酯复合材料制备方法中，有机磷、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷没有微波反应，直接与其它剩余原料一起在1500r/min下混合8min，然后挤出造粒，其它与实施例1相同。
对比例6
对比例6与实施例1的区别在于，对比例6的聚氨酯复合材料制备方法中，将聚氨酯和聚二甲基硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，微波加热70min，控制温度为80℃，再加入双(4-羧基苯基)苯基氧化膦，继续微波加热50min，控制温度为70℃,其它与实施例1相同。
将实施例1-7和对比例1-6的聚氨酯复合材料进行性能测试，其结果如表1所示。其中磨损试验在以下条件下进行：转速100r/min，载荷450n，摩擦时间120min
表1
如表1所示，本发明实施例1-7的耐磨和阻燃性能优于对比例1-6，实施例1为其中最优实施例，制备的复合物聚氨酯具有最好的性能。
本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。