一种碳纤维增强的TPU材料及其制备方法与流程

一种碳纤维增强的tpu材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于tpu材料领域，具体涉及一种碳纤维增强的tpu材料及其制备方法。


背景技术：

2.热塑性聚氨酯弹性体（tpu）是目前国际上发展最快的热塑性材料之一，主要品种为聚醚型和聚酯型。由异氰酸酯构成硬段，多元醇构成软段，在同一份子链上存在这种结构，使材料兼具刚性与韧性。结构上的特点使tpu具有优异的耐磨性，弹性，强度，硬度范围广，得到广泛应用。
3.但是由于我国对tpu的需求主要依赖进口，特别是改性产品几乎完全依赖进口，碳纤维增强tpu就是其中之一。
4.碳纤维增强的tpu材料使得材料的机械性能得到大幅提升，同时由于tpu本身具有优异的耐磨耐油等性能，使碳纤维增强tpu材料具有了优异的综合性能。广泛应用于电动工具、汽车、军工、航天等领域。
5.目前我国碳纤维增强tpu材料的研究尚处于起步阶段，市场几乎空白。


技术实现要素：

6.本发明提供一种碳纤维增强的tpu材料，进一步地，提供该材料的制备方法，方案如下：一种碳纤维增强的tpu材料，按质量比百分比如下：。
7.进一步地，所述的tpu树脂为聚醚型，熔融指数为40
‑
60g/10min（250℃/2.16kg），邵氏硬度为70
‑
85d。
8.进一步地，所述的相容剂为gma
‑
g
‑
poe，优选地gma质量接枝率为2
‑
3％、熔融指数为3
‑
10g/10min(190℃，2.16kg)的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯
‑
辛烯共聚物。
9.进一步地，所述的抗氧剂为二缩三乙二醇双[β
‑
(3
‑
叔丁基
‑4‑
羟基
‑5‑
甲基苯基)丙酸酯、n,n'
‑
双
‑
(3
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酰基)己二胺、四[β
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
[0010]
进一步地，所述的润滑剂为滑石粉、碳酸钙，硅酮粉中的至少一种。
[0011]
进一步地，所述的碳纤维为连续长碳纤，直径5
‑
7um。
[0012]
一种碳纤维增强的tpu材料及其制备方法，包括下列步骤：
s1、除了碳纤维外，按照配比配置底料，依次将tpu树脂、相容剂、抗氧剂、润滑剂投入混料器中混合均匀，并加热至60℃后保温10分钟，得到预混料；s2、将步骤s1得到的预混料一起加入双螺杆挤出机的加料斗中，同时将碳纤维在侧喂料口进行添加；将碳纤维材料从浸润模具中穿过并被浸润模具中熔融混合物浸润和包覆；混合物料在拉力作用下继续前进，经过水冷、除湿、风干后进入牵引机和切粒机中，经切粒机切粒后获得颗粒产品；所述的双螺杆挤出机从喂料口到机头分为九区、开车阀、过渡管、内侧板、后板、外板、上模、下模、模口1、模口2，其中一至九区温度分别为200～205℃、210～215℃、220～225℃、230～235℃、240～245℃、240～245℃、250～255℃、250℃～255℃、250～255℃，开车阀温度为260℃，过渡管温度为260℃，内侧板温度为285℃，后板温度为290～300℃，外板温度为260～270℃，上模温度为260℃，下模温度为260℃，模口1温度为260℃，模口2温度为260℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料量为49.5kg/h，切粒机速度为14.5hz，牵引线速度为14m/min。
[0013]
本发明的有益效果：本发明制备的碳纤维增强的tpu材料，弥补了我国碳纤维增强tpu的市场空白，具有较高的强度、较低的密度、低翘曲、低收缩率等性能，易于成型加工、制作工艺简单，应用范围和市场广阔。
具体实施方式
[0014]
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0015]
一种碳纤维增强的tpu材料，按质量比百分比如下：。
[0016]
上述的tpu树脂为聚醚型，熔融指数为40
‑
60g/10min（250℃/2.16kg），邵氏硬度为70
‑
85d。
[0017]
上述的相容剂为gma
‑
g
‑
poe，优选地gma质量接枝率为2
‑
3％、熔融指数为3
‑
10g/10min(190℃，2.16kg)的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯
‑
辛烯共聚物。
[0018]
上述的抗氧剂为二缩三乙二醇双[β
‑
(3
‑
叔丁基
‑4‑
羟基
‑5‑
甲基苯基)丙酸酯、n,n'
‑
双
‑
(3
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酰基)己二胺、四[β
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
[0019]
上述的润滑剂为滑石粉、碳酸钙，硅酮粉中的至少一种。
[0020]
上述的碳纤维为连续长碳纤，直径5
‑
7um。
[0021]
实施例1
按质量百分比组成，配比为：tpu树脂50kg、相容剂5kg、抗氧剂0.3kg、润滑剂0.3kg，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时将碳纤维材料40kg从浸润模具中穿过并浸润模具中的熔融混合物浸润和包裹；混合物料在拉力作用下继续前进，经过水冷，除湿，风干后进入牵引机和切粒机中，经切粒机切粒后获得颗粒产品；所述的双螺杆挤出机从喂料口到模口分为九区、开车阀、过渡管、内侧板、后板、外板、上模、下模、模口1、模口2，其中一至九区温度分别为200～205℃、210～215℃、220～225℃、230～235℃、240～245℃、240～245℃、250～255℃、250℃～255℃、250～255℃，开车阀温度为260℃，过渡管温度为260℃，内侧板温度为285℃，后板温度为290～300℃，外板温度为260～270℃，上模温度为260℃，下模温度为260℃，模口1温度为260℃，模口2温度为260℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料量为49.5kg/h，切粒机速度为14.5hz，牵引线速度为14m/min。
[0022]
实施例2按质量百分比组成，配比为：tpu树脂50kg、相容剂5kg、抗氧剂0.5kg、润滑剂0.5kg，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时将碳纤维材料40kg从浸润模具中穿过并浸润模具中的熔融混合物浸润和包裹；混合物料在拉力作用下继续前进，经过水冷，除湿，风干后进入牵引机和切粒机中，经切粒机切粒后获得颗粒产品；所述的双螺杆挤出机从喂料口到模口分为九区、开车阀、过渡管、内侧板、后板、外板、上模、下模、模口1、模口2，其中一至九区温度分别为200～205℃、210～215℃、220～225℃、230～235℃、240～245℃、240～245℃、250～255℃、250℃～255℃、250～255℃，开车阀温度为260℃，过渡管温度为260℃，内侧板温度为285℃，后板温度为290～300℃，外板温度为260～270℃，上模温度为260℃，下模温度为260℃，模口1温度为260℃，模口2温度为260℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料量为49.5kg/h，切粒机速度为14.5hz，牵引线速度为14m/min。
[0023]
实施例3按质量百分比组成，配比为：tpu树脂50kg、相容剂10kg、抗氧剂0.5kg、润滑剂0.5kg，，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时将玻璃纤维材料40kg从浸润模具中穿过并浸润模具中的熔融混合物浸润和包裹；混合物料在拉力作用下继续前进，经过水冷，除湿，风干后进入牵引机和切粒机中，经切粒机切粒后获得颗粒产品；所述的双螺杆挤出机从喂料口到模口分为九区、开车阀、过渡管、内侧板、后板、外板、上模、下模、模口1、模口2，其中一至九区温度分别为200～205℃、210～215℃、220～225℃、230～235℃、240～245℃、240～245℃、250～255℃、250℃～255℃、250～255℃，开车阀温度为260℃，过渡管温度为260℃，内侧板温度为285℃，后板温度为290～300℃，外板温度为260～270℃，上模温度为260℃，下模温度为260℃，模口1温度为260℃，模口2温度为260℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料量为49.5kg/h，切粒机速度为14.5hz，牵引线速度为14m/min。
[0024]
对比例1按质量百分比组成，配比为：tpu树脂50kg、相容剂5kg、抗氧剂0.5kg、润滑剂0.5kg，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时将玻璃纤维材料40kg从浸润模具中穿过并浸润模具中的熔融混合物浸润和包裹；混合物料在拉力作用下继续前进，经过水冷，除湿，风干后进入牵引机和切粒机中，经切粒机切粒后获得颗粒产品；所述的双螺杆挤出机从喂料口到模口分为九区、开车阀、过渡管、内侧板、后板、外板、上模、下模、模口1、模口2，其中一至九区温度分别为200～205℃、210～215℃、220～225℃、230～235℃、240
～245℃、240～245℃、250～255℃、250℃～255℃、250～255℃，开车阀温度为260℃，过渡管温度为260℃，内侧板温度为285℃，后板温度为290～300℃，外板温度为260～270℃，上模温度为260℃，下模温度为260℃，模口1温度为260℃，模口2温度为260℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料量为49.5kg/h，切粒机速度为14.5hz，牵引线速度为14m/min。
[0025]
对比例2按质量百分比组成，配比为：pa66树脂50kg、相容剂5kg、抗氧剂0.5kg、润滑剂0.5kg，混合均匀后一起加入到双螺杆挤出机的加料斗中，同时将碳纤维材料40kg从浸润模具中穿过并浸润模具中的熔融混合物浸润和包裹；混合物料在拉力作用下继续前进，经过水冷，除湿，风干后进入牵引机和切粒机中，经切粒机切粒后获得颗粒产品；所述的双螺杆挤出机从喂料口到模口分为九区、开车阀、过渡管、内侧板、后板、外板、上模、下模、模口1、模口2，其中一至九区温度分别为260～265℃、270～275℃、280～285℃、285～290℃、290～295℃、290～295℃、300～305℃、300℃～305℃、300～305℃，开车阀温度为300℃，过渡管温度为300℃，内侧板温度为310℃，后板温度为300～310℃，外板温度为310～315℃，上模温度为310℃，下模温度为310℃，模口1温度为300℃，模口2温度为300℃，螺杆转速为300～350r/min，喂料量为49.5kg/h，切粒机速度为14.5hz，牵引线速度为14m/min。
[0026]
将上述的实施例1～3制得的tpu材料、对比例1制得的tpu材料和对比例2制得的pa66材料采用注塑成型机注塑成标准式样，并按照国家、国际标准对比该标准式样进行力学性能和密度表征。
[0027]
表1各实施例1～3和对比例1～2性能测试数据：由表1可知，本发明技术方案得到的材料具有优异的强度和刚性、密度较低，通过3例势力对比发现实施例2效果最好，与达到预期水平，与玻纤增强tpu材料对比，强度大幅提升，冲击性能下降幅度较小，在可接受的范围内。与碳纤维增强pa66对比，温度要求较低的条件下替代pa66。本发明可广泛用于电动工具、汽车工业、家用电器、工程机械、船舶和建筑等领域。
[0028]
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。