一种热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及树脂组合物，尤其涉及一种热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚氨酯作为一种与传统硫化橡胶机械性能相近的材料，并以更高的拉伸强度和断裂伸长率，替代橡胶使用于各种机械性能要求严格的领域，但轮胎领域中聚氨酯仍然难以替代传统的硫化橡胶材料，主要原因是在高频率形变的条件下会产生较高的内生热，这极大地限制了聚氨酯材料在这领域内的大范围应用。

2、目前为解决聚氨酯作为轮胎部件材料的内生热问题，有两种解决思路，一是改变聚氨酯本身的化学结构或做一些化学修饰，使得聚氨酯材料的损耗因子降低，进而降低内生热；二是通过加入一些金属或非金属的填料，提升聚氨酯材料本身的导热系数（聚氨酯导热系数一般不超过0.2w/mk），便于材料在产生热量时可及时导出，从而降低内部的热量积累，保证材料的使用寿命。但是随着填料含量百分比的增加，力学性能会发生下降。另外，将填料大量添加到聚氨酯基体中，填料会相互聚集，导致力学性能尤其是断裂伸长率会大幅度下降，材料韧性明显降低，材料的力学性能恶化。如果填充填料超过阈值点，力学性能最终会显著下降。因此，目前的聚氨酯复合材料可用于制备聚氨酯导热隔板等，尚无法满足轮胎制备的使用要求。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。

2、本发明提供了一种热塑性聚氨酯复合材料，热塑性聚氨酯复合材料的原料包括：聚醚或二醇聚酯、扩链剂混合物和二异氰酸酯化合物；扩链剂混合物为表面极化的非金属粉末与多元醇的混合物；在扩链剂混合物中，表面极化的非金属粉末的质量百分比含量为0.2% ~ 30%。

3、可选的，非金属粉末选自非金属元素粉末、非金属氧化物粉末、金属氧化物粉末、金属碳化物粉末、非金属碳化物粉末、金属氮化物粉末、非金属氮化物粉末和钛酸盐粉末中的一种或多种；非金属粉末的粒径为5 μm ~ 50 μm。

4、可选的，非金属无机物选自硅、二氧化硅、碳化硅、氧化铍、氮化铝、碳纳米管、钛酸钡、碳化钛、三氧化二铝中的一种或多种。

5、可选的，表面极化为采用碱液对非金属粉末进行表面处理。

6、可选的，多元醇选自具有至少两个羟基的、2 ~ 6个碳原子的烷烃；多元醇选自乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,3-丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、戊二醇、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、己二醇、1,4-环己烷二甲醇、甘油、1,1,1-三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖醇中的一种或多种；聚醚或二醇聚酯选自：聚氧化丙烯醚、聚四氢呋喃、聚己内酯、聚己二酸乙二醇中的一种或多种；二异氰酸酯选自mdi、hdi、tdi、ndi、ppdi和hmdi中的一种或多种。

7、可选的，聚醚或二醇聚酯、扩链剂混合物和二异氰酸酯化合物摩尔比为：1：3 ~3.6：2 ~ 4。

8、本发明还涉及该热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，至少包括以下步骤：

9、s1、非金属粉末的表面极化，包括：将非金属粉末用碱浸泡一段时间进行反应，清洗并烘干；

10、s2、扩链剂的制备，包括：按比例混合表面极化处理后的非金属粉末与多元醇；

11、s3、热塑性聚氨酯的制备，包括：将聚醚或二醇聚酯与扩链剂按比例混合，按比例加入二异氰酸酯化合物进行混合，热固化一定时间后，在室温条件下固化一段时间，得到热塑性聚氨酯复合材料。

12、可选的，在s1中，每克非金属粉末采用碱液的体积为1 ~ 400 ml，碱液采用3 ~ 10mol/l的氢氧化钠水溶液；反应的温度为40 ~ 90℃；反应的时间为：在搅拌条件下反应2 ~8 h；清洗为清洗ph值为中性。

13、可选的，在s2中，混合的温度为20 ~ 60℃；混合的条件为：转速为50 ~ 5000 rpm搅拌5 ~ 30 min。

14、可选的，在s3中，先将聚醚或二醇聚酯与扩链剂在60 ~ 130℃的条件下搅拌混合20 ~ 90 s，然后加入二异氰酸酯化合物搅拌1 ~ 5 min；热固化的温度为100 ~ 140℃，热固化的时间为10 ~ 30 min；室温固化的时间为36 ~ 72 h；加入二异氰酸酯化合物后，还包括加入金属有机催化剂的步骤。

15、本发明还涉及一种轮胎，轮胎采用上述热塑性聚氨酯复合材料、或上述制备方法制备得到的热塑性聚氨酯复合材料制备而成。

16、本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

17、本发明对导热增强填料进行了极性化处理，提高复合材料的导热均匀性。在提高聚氨酯材料导热性能的同时，可以防止由于填料添加过高，发生大幅度的韧性变化，断裂伸长率的明显下降。

18、在相同的非金属粉末填料添加情况下，本发明的聚氨酯复合材料的均一性更好，即非金属粉末填料的均匀分散使材料各个部位的导热性能相近，聚氨酯复合材料在使用时导热区域分布均匀，提高材料使用寿命，保证了聚氨酯材料的力学性能。

技术特征：

1.一种热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述热塑性聚氨酯复合材料的原料包括：聚醚或二醇聚酯、扩链剂混合物和二异氰酸酯化合物；

2.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述非金属粉末选自非金属元素粉末、非金属氧化物粉末、金属氧化物粉末、金属碳化物粉末、非金属碳化物粉末、金属氮化物粉末、非金属氮化物粉末和钛酸盐粉末中的一种或多种；

3.根据权利要求2所述的热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述非金属无机物选自硅、二氧化硅、碳化硅、氧化铍、氮化铝、碳纳米管、钛酸钡、碳化钛、三氧化二铝中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述表面极化为采用碱液对所述非金属粉末进行表面处理。

5.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述多元醇选自具有至少两个羟基的、2~6个碳原子的烷烃；

6.根据权利要求1所述的热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述聚醚或二醇聚酯、所述扩链剂混合物和所述二异氰酸酯化合物摩尔比为：1：3 ~ 3.6：2 ~ 4。

7.如权利要求1~6任一项所述的热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

8.如权利要求书7所述的制备方法，其特征在于，在s1中，

9.如权利要求书7所述的制备方法，其特征在于，在s2中，

10.如权利要求书7所述的制备方法，其特征在于，在s3中，

11.一种轮胎，其特征在于，所述轮胎采用如权利要求1~6中任一项所述的热塑性聚氨酯复合材料、或如权利要求7~10任一项所述的制备方法制备得到的热塑性聚氨酯复合材料制备而成。

技术总结
本发明涉及树脂组合物技术领域，尤其涉及一种热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法和应用。热塑性聚氨酯复合材料的原料包括：聚醚或二醇聚酯、扩链剂混合物和二异氰酸酯化合物；扩链剂混合物为表面极化的非金属粉末与多元醇的混合物；在扩链剂混合物中，表面极化的非金属粉末的质量百分比含量为0.2~30%。本发明对导热增强填料进行了极性化处理，提高复合材料的导热均匀性。在提高聚氨酯材料导热性能的同时，可以防止由于填料添加过高，发生大幅度的韧性变化，断裂伸长率的明显下降。

技术研发人员：覃康培,杨文刚,巫梦琦,邓明虓,徐婷
受保护的技术使用者：季华合越科技（佛山）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15