[发明专利]一种耐刮擦的阻燃热塑性聚氨酯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种耐刮擦的阻燃热塑性聚氨酯材料及其制备方法和应用，所述阻燃热塑性聚氨酯材料包括如下制备原料：热塑性聚氨酯弹性体、阻燃剂、碳纳米管和/或石墨烯；所述碳纳米管的长度为3～15μm，直径为50～100nm；所述石墨烯的长度为5～15μm，厚度1～3μm。本发明的阻燃热塑性聚氨酯材料具有优异的耐刮擦性能，有效解决了充电桩线缆在实际使用中的刮擦问题，不容易出现刮擦白痕；且阻燃热塑性聚氨酯材料具有高阻燃性能和力学性能，其中阻燃性能可达到UL94‑V0阻燃等级。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种耐刮擦的阻燃热塑性聚氨酯材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源技术的开发与普及，诸如电动汽车等新能源相关产品逐渐进入消费市场中，且增长势头强劲。新能源汽车的销量增长，随之而来的则是相应的新能源汽车相关的电线电缆产品的需求暴涨。新能源汽车充电桩线缆则是其中使用量最大的线缆产品，而线缆中的护套层扮演着重要的角色。对于新能源汽车充电线缆，其护套层需要有足够的机械强度和抗撕裂强度，以及足够的耐水、耐化学品性能、耐老化性能。相比于其它种类的线缆护套产品，由于充电桩线缆会频繁地与地面接触、摩擦，甚至受到割裂，因此新能源汽车充电桩线缆的护套料更强调耐刮擦性能。传统的聚氯乙烯护套产品或热塑性弹性体产品在该方面表现均不尽人意，因此需要开发新型的护套产品。

热塑性聚氨酯(TPU)属于一种由异氰酸酯和多元醇共聚的线性高聚物。相比聚氯乙烯类弹性体与苯乙烯类弹性体，其力学强度和耐化学品性能有着明显的优势。且其本身的柔软性与弹性较好，在寒冷地区不会出现硬化现象。在热塑性聚氨酯中加入无卤阻燃剂后，能够起到充足的阻燃作用，保护芯线与电站的同时，又能够满足无卤环保的要求。

但与此同时，阻燃剂的加入会一定程度上破坏了聚氨酯内部的聚集态结构，且阻燃剂在生产的过程中也有一部分迁移到线缆表面，因此会使聚氨酯护套的表面在受到摩擦时容易出现发白现象或者出现明显的刮痕，影响外观的同时，也一定程度上影响了使用寿命。尽管热塑性聚氨酯护套料的耐刮擦性能已优于其它种类的弹性体，但仍然存在明显的刮擦发白现象，该现象对聚氨酯护套料的推广与使用造成了一定的负面影响。

因此，若是能够开发一种耐刮擦型的热塑性聚氨酯护套料，就能够有力地推进该类型产品的发展与普及，进一步促进新能源汽车相关产业的发展。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种耐刮擦的阻燃热塑性聚氨酯材料，同时具有良好的阻燃性能和耐刮擦性能。

同时，本发明还提供所述阻燃热塑性聚氨酯材料的制备方法和应用。

具体地，本发明采取如下的技术方案：

本发明的第一方面是提供一种阻燃热塑性聚氨酯材料，所述阻燃热塑性聚氨酯材料包括如下制备原料：热塑性聚氨酯弹性体、阻燃剂、碳纳米管和/或石墨烯；所述碳纳米管的长度为3～15μm，直径为50～100nm；所述石墨烯的长度为5～15μm，厚度1～3μm。

根据本发明第一方面的阻燃热塑性聚氨酯材料，至少具有如下有益效果：

碳纳米管和石墨烯的微观结构上均存在石墨结构，在填充至热塑性聚氨酯弹性体中后，石墨结构带来的润滑性能够在一定程度上分散外力，达到保护基体表面的效果。同时，碳纳米管、石墨烯还能够承担部分增强的作用，在保证力学强度的同时，通过对基体的润滑性，防止阻燃热塑性聚氨酯材料在与外界发生摩擦时受到损伤。最后，作为碳材料，碳纳米管和石墨烯能够在燃烧时促进材料表面的碳层形成，对阻燃性能有辅助效果。