一种尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料及其制备方法与流程

本发明属于高分子材料改性，尤其涉及一种尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料及其制备方法。

背景技术：

1、热塑性聚氨酯弹性体（tpu）是一类兼具橡胶弹性和塑料加工性能的高分子材料，在运动鞋材、医疗器械、汽车内饰、电子设备等领域得到了广泛应用。然而，tpu耐热性相对不足，在长期高温环境下易发生热氧化降解；此外，纯tpu材料在强度和模量方面也难以满足某些特殊应用场合的苛刻要求。

2、将尼龙弹性体与tpu进行共混改性，是改善tpu性能的有效途径之一。尼龙弹性体是一类以聚酰胺硬段和聚醚软段构成的嵌段共聚物，将尼龙弹性体（如pa12弹性体、pa1012弹性体）与tpu共混，可借助尼龙弹性体高强度、高模量、低吸水和低温韧性好等优点，改善tpu的综合性能。

3、然而，tpu与尼龙弹性体之间存在一定的极性差异，两相间的相容性有限，直接影响共混物的微观相态结构和宏观力学性能。为解决这一问题，现有技术中通常加入相容剂以改善两相的界面结合。为解决上述问题，现有技术主要采用添加增容剂与抗氧剂的改性方案。中国专利cn112430389a公开了一种增强增韧的聚氨酯/尼龙复合材料，但未设计针对性反应型增容体系，界面结合与热氧老化性能提升有限。中国专利cn118359921a公开了聚氨酯与尼龙共混改性材料，采用氨基硅氧烷类改性剂改善相容性，但其增容反应条件苛刻、界面结合稳定性不足。

4、综上，现有尼龙弹性体/聚氨酯共混改性技术存在明显缺陷，增容剂界面反应活性不足导致相容性改善效果有限，且抗氧体系与增容体系协同性差，使得热氧老化稳定性不佳。因此，开发一种兼具优异界面相容性、热氧老化稳定性、弹性与加工流动性的尼龙弹性体/tpu共混改性材料，具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种tpu/尼龙弹性体改性材料及其制备方法，旨在解决现有技术中tpu与tpae共混时相容性差、抗老化性能被忽略、以及现有技术加工窗口狭窄、高温无法成型的技术问题。本发明通过精选反应性增容剂与抗氧剂的复配体系，替代传统的过氧化物交联剂路线，在不牺牲材料韧性的前提下实现两相高强度界面结合，同步赋予材料优异的抗热氧老化性能，并实现宽温域稳定加工。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种尼龙弹性体共混tpu的改性材料，包含以下重量份的组分：尼龙弹性体（tpae）20～50份，热塑性聚氨酯弹性体（tpu）50～80份，抗氧剂0.1～1.5份，增容剂1～8份。

4、本发明所述增容剂选自过氧化物类反应性增容剂（如bibp、dcp）或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝性聚合物（如r2320）。作为优选，所述增容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝性增容剂r2320，用量为1～5份。其端环氧基可与尼龙端氨基/羧基反应，将尼龙相与聚氨酯相化学桥联，降低界面张力并增强界面粘结；同时可避免过氧化物类增容剂易导致的聚氨酯降解与交联副反应。

5、所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类辅助抗氧剂或两者的复配体系。所述受阻酚类抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1098中的一种或多种；所述亚磷酸酯类辅助抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂626中的一种或多种。作为优选，所述抗氧剂为抗氧剂1010，用量为0.1～1份，用于捕捉自由基、抑制热氧化降解，与增容剂r2320互不干扰且协同作用。

6、进一步的，所述尼龙弹性体为热塑性聚酰胺弹性体，其硬段为聚酰胺嵌段，软段为聚醚或聚酯嵌段。可选自pa12弹性体、pa1012弹性体或pa1212弹性体中的一种或多种。优选地，tpae的邵氏硬度为40d～55d。

7、进一步的，所述热塑性聚氨酯弹性体可选自聚醚型tpu、聚酯型tpu或聚碳酸酯型tpu，邵氏硬度为30a～45a。

8、本发明还提供上述尼龙弹性体共混tpu的改性材料的制备方法，该方法工艺简洁高效，易于规模化生产，主要包括以下步骤：

9、（1）将尼龙弹性体和tpu在80~100℃下干燥4~6小时；

10、（2）按照既定配方精确称量tpae、tpu、抗氧化剂及相容剂，置于高速混合机中，80~100℃下搅拌5~10min，混合均匀，得到预混料；

11、（3）将预混料投入双螺杆挤出机的主喂料口，在160~190℃的熔融温度区间和50~200 rpm的螺杆转速下进行熔融共混、挤出、冷却、切粒，即得到所述共混改性材料。

12、有益效果：

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、（1）以反应性增容剂r2320替代过氧化物交联剂，通过在界面形成化学锚接而非整体交联网络，在拉伸强度提升的同时，断裂伸长率得到明显改善，实现了强度与韧性的同步大幅提升。

15、（2）针对抗氧体系与增容体系协同性差、热氧老化稳定性不佳的问题，抗氧剂1010捕获自由基抑制分子链降解，r2320的环氧基与尼龙端氨基/羧基开环反应，桥联两相并提高界面致密性，减少氧热渗透及端基引发的降解。二者协同显著提升材料热氧老化稳定性，解决长期使用性能劣化难题，抗氧剂1010与r2320共同作用使材料在120 ℃×168 h热老化后拉伸强度和断裂伸长率保持率均达88 %以上。

16、（3）本发明的r2320和1010复配体系在160 ℃~205 ℃下均可顺畅拉条，熔体表面光滑，性能稳定。而现阶段常用的交联体系在高温下拉条困难，注塑试样力学性能显著劣化。这证明了本发明材料对加工设备要求低、工艺适应性极强。

17、（4）针对现有改性工艺复杂、环保性不足的问题，本发明采用一步熔融共混工艺，操作简便、成本可控；且r2320无异味、高温加工无有害物质，兼顾环保性与工业化生产需求，克服现有工艺缺陷。

1.一种尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料，其特征在于，按重量份计包括：尼龙弹性体tpae 20～50份，热塑性聚氨酯弹性体tpu 50～80份，抗氧剂0.1～1.5份，增容剂1～8份；所述增容剂为含环氧基的聚硅氧烷，所述含环氧基的聚硅氧烷含有环氧基和有机硅链段，并能够与tpae和/或tpu的活性端基发生化学反应。

2.根据权利要求1所述的尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料，其特征在于，所述增容剂为过氧化物类反应性增容剂（如bibp、dcp）或甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝性增容剂（如r2320），优选为r2320；以重量份计，所述增容剂为1～5份。

3.根据权利要求1或2所述的尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料，其特征在于，所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类辅助抗氧剂中的一种或多种；所述受阻酚类抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1098中的一种或多种，所述亚磷酸酯类辅助抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂626中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010，以重量份计为0.1～1份。

5.根据权利要求1至4任一项所述的尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料，其特征在于，所述尼龙弹性体为热塑性聚酰胺弹性体，其硬段为聚酰胺嵌段，软段为聚醚嵌段或聚酯嵌段；所述尼龙弹性体选自pa12弹性体、pa1012弹性体、pa1212弹性体中的一种或多种，邵氏硬度为40d～55d。

6.根据权利要求1至5任一项所述的尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料，其特征在于，所述热塑性聚氨酯弹性体选自聚醚型tpu、聚酯型tpu、聚碳酸酯型tpu中的一种或多种，邵氏硬度为30a～45a。

7.一种制备权利要求1至6任一项所述尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，双螺杆挤出机温度设置为：一区160～190℃、二区170～200℃、三区175～205℃、四区175～205℃、机头170～200℃；螺杆转速为80～120rpm。

9.一种制品，其特征在于，由权利要求1至6任一项所述的尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料或由权利要求7至8任一项所述方法制备的尼龙弹性体共混热塑性聚氨酯改性材料经注塑或挤出成型得到。

10.根据权利要求9所述的制品，其特征在于，所述制品为汽车密封件、汽车管材、流体输送管、运动器材配件、电子电器件、医疗器械、包装材料或轨道交通部件。