[发明专利]一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热塑性聚氨酯弹性体改性方法，具体涉及一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法，属于材料加工领域。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性(TPU)体作为一种典型的嵌段聚合物的一种，它的整根分子链分为两部分，一部分是由二元醇组成的软链段，另一部分则是由二异氰酸酯与扩链剂共同构成结构更为规整的硬段，不同原料或者相同原料之间的不同配比，都会造成软段和硬段的不同，继而对热塑性聚氨酯弹性体的结构和性能产生较大的影响。通常情况下，热塑性聚氨酯弹性体在通过配方和工艺的调整下以获得理想性能参数。在这个过程中主要通过调整软硬段分子量及软硬段含量比例，以调整原料的硬度、韧性等性能参数。但是软硬段含量比例对材料性能调节是有上限的，例如当硬段含量超过45％以上，再提高就对材料性能提升没有效果。也可以在热塑性聚氨酯弹性体中添加填料来提高性能参数，但是填料在提高弹性体一项性能的同时往往伴随着另一项性能的降低，如添加一定量的碳酸钙可以提高弹性体的硬度，但是弹性体的韧性却因碳酸钙的加入而降低。以上这些对热塑性聚氨酯弹性体性能的增强产生了限制。

发明内容

本发明的主要目的在于解决上述不足，通过一种热塑性聚氨酯弹性体二次混合造粒的方法，获得增强的热塑性弹性体。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种二次造粒增强热塑性聚氨酯弹性体的方法，所述方法包括将辅料热塑性聚氨酯弹性体加入主料热塑性聚氨酯弹性体中混合，采用二次造粒得热塑性聚氨酯弹性体，其中辅料热塑性聚氨酯弹性体的质量为主料热塑性聚氨酯弹性体的5％-95％，辅料热塑性聚氨酯弹性体的分子量大于主料热塑性聚氨酯弹性体。

本发明在主料TPU中加入另一种辅料TPU，熔融共混二次造粒，因两种TPU的高度相容性，通过挤出设备的剪切力，彼此结合成一种物质，形成一种单相体系状态。传统而言，TPU分子结构基本是线性的，但是在此种状态共混结合的两种物质，两种TPU大分子链产生强烈的相互作用，分子链相互缠绕，形成一定的物理交联，产生的网络结构增强TPU性能，同时两种TPU的优势互补，进而得到更强的热塑性聚氨酯弹性体。

辅料热塑性聚氨酯弹性体的分子量大于主料热塑性聚氨酯弹性体，一般而言，TPU的分子量在一定程度内对力学性能有较大的影响，分子量增加，则TPU材料的拉伸强度、伸长率和硬度有所增加，在主料TPU中加入分子量大的辅料TPU，通过辅料TPU优异的力学性能来增强主料TPU，而且两者之间不仅仅是简单的物理混合，而是在挤出设备的剪切力下，分子链相互缠绕，形成性能明显大于主料和辅料的新型热塑性聚氨酯弹性体。

辅料热塑性聚氨酯弹性体的质量为主料热塑性聚氨酯弹性体的5％-95％，进一步优选，所述辅料热塑性聚氨酯弹性体的质量为主料热塑性聚氨酯弹性体的20％-80％。在这个范围内，热塑性聚氨酯弹性体的性能随着辅料含量的增加而增加，用户可以根据辅料TPU添加量的不同来调节TPU性能的不同提升。

在二次造粒过程中，除了添加辅料热塑性聚氨酯弹性体，还可以添加增强纤维来共混挤出造粒，增强纤维的添加量为总量的5-10％，这些增强纤维可以为碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或多种，增强纤维均匀穿插在主料TPU和辅料TPU形成的分子链网络结构中，可以在保证共混物原来的加工性能的基础上，大幅度提高共混物的物理力学性能。

进一步优选，碳纤维和聚酯纤维以质量比为1：(1-2)混合，加入热塑性聚氨酯弹性体中共混挤出造粒。

作为优选，主料热塑性聚氨酯弹性体和辅料热塑性聚氨酯弹性体在高速混合机中混合5-10min。两种TPU在加入挤出设备前需要混合均匀，有利于后续挤出造粒的均匀性。

作为优选，所述二次造粒在单螺杆挤出机进行。TPU材料对剪切力敏感，双螺杆挤出机的高剪切力会破坏TPU本身的物性。

作为优选，所述单螺杆挤出机长径比为16-25，压缩比为2-4。本发明选择的单螺杆挤出机产生的剪切力适合TPU的加工，在保证TPU混合均匀的前提下，又可以避免激烈的剪切而使得材料分解裂化从而降低制品力学物性。

作为优选，所述单螺杆挤出机转速为25-60r/min，温度为180-220℃。由于TPU对剪切敏感，转速太高转速易导致TPU分解，太低则因停留时间过长也导致分解，一般螺杆转速设定于25-60r/min范围。