本发明涉及高分子材料，尤其涉及ipc c08g65领域，更具体地，涉及一种力学性能优异的聚合物弹性体及其制备方法。
背景技术：
1、热塑性聚氨酯弹性体(tpu)具有独特的软硬段嵌段共聚物的结构，这种结构使得tpu具有强度高、弹性大、耐磨性好、耐油、低温柔软、高伸长率，耐腐蚀性好等优异性能。tpu同时兼具橡胶的高弹性和塑料的易加工性，已被广泛应用于鞋材、板材、管材、薄膜、线缆、汽车部件、医疗及运动休闲等领域。因聚醚型tpu具有良好的韧性、回弹性、耐低温性和耐水解性等，使得其在电缆护套、汽车部件及消防救生等领域得到了广泛的关注。但是聚醚型tpu的力学强度较差，无法满足社会对弹体制品的长期使用，制约了tpu在电缆护套、汽车部件及输油软管等领域的应用。
2、现有技术中，申请公布号为cn1546564a的专利申请文件，公开了一种聚甲醛/热塑性聚氨酯弹性体共混改性物，所属共混改性物包括以下原料：聚甲醛、热塑性聚氨酯弹性体、成核剂和润滑剂。通过加入成核剂和润滑剂来提高共混改性物的冲击强度和断裂伸长率，但是对其提高有限。
3、cn104231206a公开了层状硅酸盐改性有机硅接枝聚醚型聚氨酯弹性体及制备方法与应用，所述聚氨酯弹性体包括以下原料：聚醚型聚氨酯预聚体、有机硅接枝聚醚型聚氨酯预聚体、聚醚多元醇、有机改性的层状硅酸盐、扩链剂、消泡剂、固化剂。通过将层状硅酸盐、有机硅和聚氨酯的优异性能进行综合互补，从而使材料同时具有优异的表面性能、耐热性、力学性能等多种性能，但是对聚氨酯材料的断裂伸长率和拉伸强度的提高有限。
4、因此，研发一种具有优异力学性能的聚氨酯弹性体及其制备方法成为了本领域技术人员研发的重点。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明第一方面，提供了一种力学性能优异的聚合物弹性体，按重量份计，其包括：聚氨酯弹性体100-160份、抗氧剂0.2-1份、填料20-40份、氧基硅烷0.4-6份、助剂1-10份。
2、优选的，所述聚氨酯弹性体为聚醚型聚氨酯弹性体；所述聚氨酯弹性体的密度为1.10-1.25g/cm3。
3、为了提高聚合物弹性体的热稳定性，选用聚醚型聚氨酯作为聚氨酯弹性体。申请人发现，选用密度为1.10-1.25g/cm3的聚醚型聚氨酯作为聚氨酯弹性体，不仅可以提高聚合物材料的加工性能，且当填料与聚氨酯弹性体的质量比为1：(3-6)时，聚合物弹性体的热稳定性高，这可能是由于聚醚型聚氨酯与预处理的谷物和空心玻璃微珠上的活性基团反应，不仅提高了聚醚性聚氨酯与填料的相容性，还起到内部交联作用，从而使得聚合物弹性体的热分解温度提高，热稳定性能好。
4、在一些优选的方案中，所述聚氨酯弹性体可为市售，例如供应商德国巴斯夫生产的tpu elastollan 1085a。
5、优选的，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1790、抗氧剂245、抗氧剂168、抗氧剂ca、抗氧剂264、抗氧剂1076中的一种或多种；进一步优选的，为抗氧剂1010和抗氧剂1790。
6、优选的，所述抗氧剂1010和抗氧剂1790的质量比为1：(2-5)；进一步优选的，为1:3。
7、优选的，所述填料为谷物和空心玻璃微珠。
8、优选的，所述谷物包括粳稻、燕麦、小麦、玉米、粳稻的外壳、小麦糠、燕麦糠中的一种或多种；进一步优选的，为粳稻的外壳。
9、在一些优选的技术方案中，对所述谷物进行预处理改性，改性制备方法如下：将1g粳稻的外壳加入到5-15g 1-2mol/l的氢氧化钠水溶液中，60-80℃反应4-6小时，过滤得到滤液；往滤液中加入0.1-2g的环氧化合物，继续反应1-3h；将1mol/l的硫酸水溶液加入到滤液中，调节ph为1-3，然后在70-100℃下反应6-10h，进行过滤，固体用去离子水洗至ph值为6.5-7.5，80-120℃干燥后，得到预处理谷物。
10、优选的，所述环氧化合物为环氧乙烷、环氧氯丙烷、环氧丙烷、氧化丁烯、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的一种或几种的组合；进一步优选的，为环氧乙烷。
11、粳稻的外壳作为谷物加工过程中的废弃物，产量巨大，大多数情况都将起燃烧掉，但这会对环境造成很大的影响，且容易引起火灾。申请人发现，选用粳稻的外壳作为填料，并选用环氧化合物对其进行预处理后，不仅可以变废为宝，还可以提高聚合物弹性体的延伸率。粳稻的外壳中富含木质素，木质素是一种富含醇羟基和酚羟基的分子，在理论上可以完全取代多元醇进行缩合反应，但是其活性有限，因此需要对其进行改性。申请人意外发现，在碱性条件下采用环氧乙烷，对粳稻的外壳进行预处理，不仅降低了原料的成本，还能有效提高聚氨酯材料的机械性能和物理性能。这可能是因为在碱性条件下，环氧化合物能够对木质素进行接枝改性，从而提高了木质素的活性，使得其能够提高聚氨酯弹性体的力学性能，但仅仅改性谷物对聚氨酯弹性体的力学性能提高有限。
12、在一些优选的技术方案中，对所述空心玻璃微珠进行预处理改性，改性制备方法如下：将空心玻璃微珠加入到含有氧基硅烷的乙醇水溶液中，室温下搅拌40-50h，然后过滤，将所得固体100℃干燥40-60min，得预处理空心玻璃微珠。
13、优选的，所述氧基硅烷为4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷、n-(2-n-苄基氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、4-[[叔丁基(二甲基)硅基]氧基甲基]吡啶-2-胺、四甲基四苯基环四硅氧烷、2-(二正辛基甲基硅基)乙基二甲基氯硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、甲基二苯基羟乙基硅烷中的一种或多种；进一步优选的，为4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷和n-(2-n-苄基氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷。
14、优选的，所述4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷和n-(2-n-苄基氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷的质量比为3：(1-2)；进一步优选的，为2:1。
15、优选的，所述氧基硅烷与空心玻璃微珠的质量比为1：(1-4)；进一步优选的，为1:3。
16、申请人意外发现，选用氧基硅烷对空心玻璃微珠进行预处理改性，且当氧基硅烷与空心玻璃微珠的质量比为1：(1-4)时，能够在保证聚合物弹性体阻燃性能的同时，还能进一步提高其力学性能。这是由于空心玻璃微珠的主要成分是二氧化硅，氧基硅烷在水中水解产生的硅醇基可以与二氧化硅进行化学结合形成均相体系，使得氧基硅烷所携带的亲和性有机官能团能覆盖在玻璃微珠表面形成一层包覆膜，从而能够提高空心玻璃微珠与聚合物弹性体之间的相容性，增加了空心玻璃微珠与聚合物之间的结合强度，从而提高了聚合物弹性体的致密性，进而提高了其硬度。申请人进一步发现，当选用质量比为3：(1-2)的4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷和n-(2-n-苄基氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷作为氧基硅烷时，制得的聚合物弹性体在具有一定硬度的同时，还能提高聚合物弹性体的延伸率。这可能是因为质量比为3：(1-2)的4-氨基-3,3-二甲基丁基三甲氧基硅烷、n-(2-n-苄基氨乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷的氧基硅烷能够促进空心玻璃微珠在体系中的分散均匀性，从而能够使得聚合物弹性体的延伸率也得到了一定提高。但是空心玻璃微珠的加入相当于增多了聚合物弹性体材料的表面缺陷，从而会影响聚合物弹性体的拉伸强度。
17、优选的，所述空心玻璃微珠的中位粒径为10-50μm；进一步优选的，为10-20μm。
18、在一些优选的方案中，所述空心玻璃微珠可为市售，例如供应商郑州圣莱特生产的hs46。
19、为了降低玻璃微珠的加入对聚合物弹性体拉伸强度的影响，申请人选用直径为10-20μm的空心玻璃微珠作为填料，可以在保持聚合物弹性体延伸率和硬度的同时，减小空心玻璃微珠对聚合物弹性体拉伸强度的影响。这可能是由于当空心玻璃微珠的粒径较小时，空心玻璃微珠的表面积也在减小，相当于聚合物材料中的缺陷减小，从而对复合材料的拉伸强度影响较小，且改性后的空心玻璃微珠表面接枝苯环、氨基等基团，能与聚合物上的活性基团反应，从而增大了与聚合物材料界面的作用力，从而在保证延伸率和硬度的同时，还保证了拉伸强度。
20、优选的，所述谷物和空心玻璃微珠的质量比为1：(1-5)；进一步优选的，为1:3。
21、申请人意外发现，当预处理谷物和预处理空心玻璃微珠的质量比为1:(1-5)时，制得的聚合物弹性体具有高延伸率。这可能是因为预处理空心玻璃微珠能与预处理谷物协同作用，预处理的谷物中交叉链接的活性剂基团以化学方法嵌套在空心玻璃微珠的孔隙结构中，起到嫁接的左右，从而大大提高了弹性体的延伸率。
22、优选的，所述助剂的粘度为500-2500mpa·s(170℃)；所述助剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸钙、硬酯酸甘油酯、聚丙烯蜡、石蜡、pe蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或多种；进一步优选的，为粘度为500-2500mpa·s(170℃)聚丙烯蜡。
23、在一些优选的方案中，所述粘度为500-2500mpa·s(170℃)的聚丙烯蜡可为市售，例如供应商德国克莱恩生产的licocene pp 2502颗粒tp。
24、本发明的第二方面提供了一种如上所述的力学性能优异的聚合物弹性体的制备方法，包括以下步骤：
25、(1)分别将谷物和空心玻璃微珠进行预处理，得到预处理谷物和预处理空心玻璃微珠；
26、(2)将聚氨酯弹性体、抗氧剂、助剂混合，在温度为160-190℃下密炼15-30min，得到混合物一；
27、(3)将混合物一、预处理谷物和预处理空心玻璃微珠投入双螺杆机中进行混炼，混炼时间为1-4h，得到混合物二；
28、(4)将混合物二投入单螺杆造粒机中进行造粒，即得。
29、有益效果：
30、1、通过选用粳稻的外壳作为谷物加工过程中的废弃物，不仅可以变废为宝，还可以提高聚合物弹性体的延伸率。在碱性条件下采用环氧乙烷，对粳稻的外壳进行预处理，不仅降低了原料的成本，还能有效提高聚氨酯材料的机械性能和物理性能。
31、2、通过选用氧基硅烷对空心玻璃微珠进行预处理，且当氧基硅烷与空心玻璃微珠的质量比为1∶(1-4)时，能够在保证聚合物弹性体阻燃性能的同时，还能进一步提高其力学性能。
32、3、通过选用直径为10-50μm的空心玻璃微珠作为填料，可以在保持聚合物弹性体延伸率和硬度的同时，减小空心玻璃微珠对聚合物弹性体拉伸强度的影响，在保证延伸率和硬度的同时，还保证了拉伸强度。
33、4、通过选用质量比为1:(1-5)的谷物和空心玻璃微珠作为填料，制得的聚合物弹性体具有高延伸率。
34、5、通过选用密度为1.10-1.25g/cm3的聚醚型聚氨酯作为聚氨酯弹性体，不仅可以提高聚合物材料的加工性能，且当填料与聚氨酯弹性体的质量比为1：(3-6)时，聚合物弹性体的热稳定性高。
35、6、本发明制得的聚合物弹性体应用范围广，尤其应用于电缆、线缆、通信光缆等。