[发明专利]一种聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚氨酯弹性体，又称为聚氨基甲酸酯弹性体，是一种主链上含有重复氨基甲酸酯基团(—NHCOO—)的高分子合成材料，是典型的嵌段共聚物，一般由聚酯、聚醚和聚烯烃等低聚物多元醇与多异氰酸酯及二醇或二胺类扩链剂逐步加成聚合而成。

从聚集态来看，聚氨酯大分子主链是由玻璃化温度低于室温的柔性链段和玻璃化温度高于室温的刚性链段嵌段而成的。低聚物多元醇(如聚醚、聚酯等)构成软链段，二异氰酸酯和小分子扩链剂(二胺或二醇)构成刚性链段(亦称硬链段或硬段)。同时两相通过氢键的作用形成物理交联。在聚氨酯弹性体分子结构中，软链段占的比例较大，约50％～90％。由于硬链段的极性强，相互间引力大，硬链段和软链段在热力学上具有自发分离的倾向，聚氨酯就会出现微相分离的形态，微相分离是聚氨酯弹性体物理结构的特征，聚氨酯弹性体的物性不仅于化学结构有关，而且与微相分离的程度有关，微相分离程度取决于硬段之间或者硬段与软段之间的相互作用(亲和力)，聚氨酯弹性体的硬度、拉伸强度、撕裂强度主要取决于硬段的组成、硬段长度和硬段相区的数量及分布。

亚微米粒子一般是指粒度在100纳米到1微米的粉末或颗粒，亚微米粒子具有特殊的表面效应和体积效应，并由此产生许多与块状样品以及纳米粒子不同的物理化学性质。亚微米粒子的增韧增强改性机理具有以下特征：(1)聚合物基体中的无机亚微米粒子作为聚合物分子链的交联点，对复合材料的抗拉强度有贡献；(2)无机亚微米粒子具有应力集中与应力辐射的平衡效应，通过吸收冲击能量与辐射能量，使基体无明显的应力集中现象，达到复合材料的力学平衡状态；(3)无机亚微米粒子具有能量传递效应，使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化，最终终止裂纹，不致发展为破坏性开裂；(4)随着亚微米粒子粒径的减小，粒子的比表面积增大，亚微米微粒与基体接触面积增大，材料受冲击时产生更多的微裂纹，吸收更多的冲击能；(5)若亚微米微粒用量过多或填料粒径较大，复合材料的应力集中较为明显，微裂纹易发展成宏观开裂，造成复合材料性能下降。

聚氨酯弹性体由于具有优异的耐磨性能、高强度、耐腐蚀、耐冲击性能和与其他材料粘接性能好等特点，是一种性能优异的工程材料。在油田、矿山、机械、纺织、建筑等领域大量应用，已成为一种不可缺少的工程材料。但其耐磨性能、力学性能还有待提高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种聚氨酯复合材料，所述的聚氨酯复合材料通过选用特定的原料及其配比，使其耐磨性能得到很大的提高。

本发明的第二目的在于提供一种所述的聚氨酯复合材料的制备方法，该方法简单易行，制得的聚氨酯复合材料耐磨性能和力学性能好。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种聚氨酯复合材料，主要由以下原料制成：按重量份计，低聚物多元醇100份，异氰酸酯85-95份，小分子扩链剂15-25份，亚微米粒子1-5份。

本发明提供的聚氨酯复合材料，特定选用低聚物多元醇、异氰酸酯、小分子扩链剂和亚微米粒子这四种成分作为原料，其中，低聚物多元醇构成聚氨酯复合材料的软链段，异氰酸酯和小分子扩链剂构成聚氨酯复合材料的刚性链段，亚微米粒子提供更多的交联点；通过优化各成分之间的配比，使制得的聚氨酯复合材料的耐磨性能和力学性能得到很大的提高。

为了进一步增强制得的聚氨酯复合材料的耐磨性能和力学性能，优选地，按重量份计，低聚物多元醇100份，异氰酸酯88-90份，小分子扩链剂20-22份，亚微米粒子2-3份。

若使用的低聚物多元醇的重均分子量太低，容易造成软段和硬段之间的连接太弱，从而使制得的聚氨酯复合材料性能降低。本发明人通过调节各成分之间的配比，添加特定的亚微米粒子，加强了软硬段之间的连接，在使用较小重均分子量的低聚物多元醇时，软硬段之间的连接得到加强，并且增加了硬段的比重，增加了聚氨酯复合材料的硬度、拉伸强度和撕裂强度。优选地，所述低聚物多元醇的重均分子量为950-2050，优选为1000-1400。

进一步地，所述低聚物多元醇选自聚四氢呋喃醚二醇、THF-均聚醚二醇中的任一种或两种。

本发明从众多硬段原料中筛选，得到选用甲苯-2，4-二异氰酸酯、甲苯-2，6-二异氰酸酯中的任一种或两种，制得的聚氨酯复合材料的耐磨性能和力学性能均得到很大的提高。优选地，所述异氰酸酯选自甲苯-2，4-二异氰酸酯、甲苯-2，6-二异氰酸酯中的任一种或两种。