一种高弹耐磨PU轮及其制备方法与流程

一种高弹耐磨pu轮及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及pu轮技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高弹耐磨pu轮及其制备方法。


背景技术：

2.pu轮也称pu灌注轮，pu灌注轮的特点：有弹性可起到一定减震效果(甚至优于充气轮)、抓地力好、不易打滑、更耐磨、舒适性能好。聚氨酯(pu)是一种高分子化合物，全名为聚氨基甲酸酯。聚氨酯有聚酯型与聚醚型二大类。聚氨酯制品主要包含以下几种：泡沫塑料，弹性体，纤维塑料，纤维，革鞋树脂，涂料，胶粘剂和密封胶等。聚氨酯弹性体性能介于塑料和橡胶之间，同时具备了橡胶的高弹性和塑料的刚性，耐油，耐磨，耐低温，耐老化，硬度高特点。
3.现有的高弹耐磨pu轮，在酸碱环境中长时间放置之后，表面耐热性能不佳，容易产生变形损伤。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种高弹耐磨pu轮及其制备方法。
5.一种高弹耐磨pu轮，按照重量百分比计算包括：44.60～45.60％的聚氨酯、39.40～40.40％的有机硅橡胶、4.40～5.40％的改性剂，其余为中空微珠。
6.进一步的，所述改性剂按照重量百分比计算包括：24.60～25.80％的纳米二氧化硅、2.70～3.10％的碳纳米管、2.70～3.10％的氧化石墨烯、23.40～24.40％的纳米氧化铝、4.40～5.40％的吐温80，其余为聚四氟乙烯树脂。
7.进一步的，按照重量百分比计算包括：44.60％的聚氨酯、39.40％的有机硅橡胶、4.40％的改性剂、11.60％的中空微珠；所述改性剂按照重量百分比计算包括：24.60％的纳米二氧化硅、2.70％的碳纳米管、2.70％的氧化石墨烯、23.40％的纳米氧化铝、4.40％的吐温80、42.20％的聚四氟乙烯树脂。
8.进一步的，按照重量百分比计算包括：45.60％的聚氨酯、40.40％的有机硅橡胶、5.40％的改性剂、8.60％的中空微珠；所述改性剂按照重量百分比计算包括：25.80％的纳米二氧化硅、3.10％的碳纳米管、3.10％的氧化石墨烯、24.40％的纳米氧化铝、5.40％的吐温80、38.20％的聚四氟乙烯树脂。
9.进一步的，按照重量百分比计算包括：45.10％的聚氨酯、39.90％的有机硅橡胶、4.90％的改性剂、10.10％的中空微珠；所述改性剂按照重量百分比计算包括：25.20％的纳米二氧化硅、2.90％的碳纳米管、2.90％的氧化石墨烯、23.90％的纳米氧化铝、4.90％的吐温80、40.20％的聚四氟乙烯树脂。
10.一种高弹耐磨pu轮的制备方法，具体制备步骤如下：
11.步骤一：按照上述重量份比，称取聚氨酯、有机硅橡胶、中空微珠和改性剂原料中
的纳米二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铝、吐温80、聚四氟乙烯树脂；
12.步骤二：将步骤一中的纳米二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铝、吐温80、聚四氟乙烯树脂加入到去离子水中，水浴超声处理30～40分钟后，加入静电纺丝器中进行静电纺丝处理，得到改性剂；
13.步骤三：将步骤二中制得的三分之一重量份的改性剂与步骤一中的有机硅树脂进行共超声处理20～30分钟，得到混合料a；
14.步骤四：将步骤二中制得的六分之一重量份的改性剂与步骤一中的中空微珠加入到对喷式气流粉碎机中进行加工，得到混合料b；
15.步骤五：将步骤一中的聚氨酯、步骤二中剩余的改性剂、步骤三中制得的混合料a和步骤四中制得的混合料b共同加入到密炼机中，在110～120℃混炼30～40分钟，然后进行动态硫化处理10～20分钟，得到混料胶；
16.步骤六：将步骤五中制得的混炼胶通过双螺杆注射器注入到模具中，得到高弹耐磨pu轮。
17.进一步的，在步骤二中，改性剂原料与去离子水的重量比为：1∶10～20，超声频率为1.4～1.6mhz，超声功率为400～500w，水浴温度为60～70℃，静电纺丝的电场电压为11～15kv，接收距离9～11cm，纺丝液流速1.2～1.3ml/h；在步骤三中，超声频率为1.6～1.8mhz，超声功率为400～500w；在步骤四中，对喷式气流粉碎机气流量为24～32m3/min，气压力为0.78～0.86mpa，功率为160～220kw。
18.进一步的，在步骤二中，改性剂原料与去离子水的重量比为：1∶10，超声频率为1.4mhz，超声功率为400w，水浴温度为60℃，静电纺丝的电场电压为11kv，接收距离9cm，纺丝液流速1.2ml/h；在步骤三中，超声频率为1.6mhz，超声功率为400w；在步骤四中，对喷式气流粉碎机气流量为24m3/min，气压力为0.78mpa，功率为160kw。
19.进一步的，在步骤二中，改性剂原料与去离子水的重量比为：1∶20，超声频率为1.6mhz，超声功率为500w，水浴温度为70℃，静电纺丝的电场电压为15kv，接收距离11cm，纺丝液流速1.3ml/h；在步骤三中，超声频率为1.8mhz，超声功率为500w；在步骤四中，对喷式气流粉碎机气流量为32m3/min，气压力为0.86mpa，功率为220kw。
20.进一步的，在步骤二中，改性剂原料与去离子水的重量比为：1∶15，超声频率为1.5mhz，超声功率为450w，水浴温度为65℃，静电纺丝的电场电压为13kv，接收距离10cm，纺丝液流速1.25ml/h；在步骤三中，超声频率为1.7mhz，超声功率为450w；在步骤四中，对喷式气流粉碎机气流量为28m3/min，气压力为0.82mpa，功率为190kw。
21.本发明的技术效果和优点：
22.1、采用本发明的原料配方所制备出的高弹耐磨pu轮，可有效对高弹耐磨pu轮进行改性处理，可有效提高pu轮的耐酸碱性能和耐热性能，保证pu轮可在酸碱环境和高温条件下正常使用；纳米二氧化硅与中空微珠进行复配，可有效提高聚氨酯的承载性能和压缩强度，进而提高pu轮的承载性能和压缩强度；纳米二氧化硅与氧化石墨烯进行共混复合，可有效阻隔氧化石墨烯的团聚，可有效提高pu轮的热稳定性；氧化石墨烯与纳米氧化铝进行共混复合，经过静电纺丝之后复合到有机硅树脂中，可有效实现pu轮的高导热电绝缘性能，可有效保证pu轮的热稳定性能；碳纳米管与有机硅橡胶进行共混，可有效提高有机硅橡胶的热导率，进而提高pu轮的耐热性能；聚四氟乙烯树脂可有效提高改性剂的耐酸碱性能和热
稳定性性能，采用纳米纤维结构的改性剂可有效保证对聚氨酯、有机硅橡胶和中空微珠的改性处理效果，进而保证pu轮的性能；
23.2、本发明在制备高弹耐磨pu轮的过程中，在步骤二中，将改性剂原料加入到去离子水中进行水浴超声处理后，进行静电纺丝，得到纳米纤维状的改性剂，使得改性剂的功效更佳；在步骤三中，可有效将纳米纤维结构的改性剂与有机硅树脂进行快速共混复合，使得改性剂对有机硅树脂改性处理效果更佳；在步骤四中，可有效加强纳米纤维结构的改性剂与中空微珠之间的快速共混复合处理，使得改性剂对中空微珠改名处理效果更佳；在步骤五中，将聚氨酯、改性剂、混合料a和混合料b进行混炼加工处理同时进行动态硫化处理，可有效加强有机硅树脂与聚氨酯的复合效果，保证pu轮的稳定性；步骤六中，注塑成型，得到高弹耐磨pu轮。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1：
26.本发明提供了一种高弹耐磨pu轮，包括：44.60kg的聚氨酯、39.40kg的有机硅橡胶、4.40kg的改性剂、11.60kg的中空微珠；所述改性剂包括：1.0824kg的纳米二氧化硅、0.1188kg的碳纳米管、0.1188kg的氧化石墨烯、1.0296kg的纳米氧化铝、0.1936kg的吐温80、1.8568kg的聚四氟乙烯树脂；
27.一种高弹耐磨pu轮的制备方法，具体制备步骤如下：
28.步骤一：按照上述重量份比，称取聚氨酯、有机硅橡胶、中空微珠和改性剂原料中的纳米二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铝、吐温80、聚四氟乙烯树脂；
29.步骤二：将步骤一中的纳米二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铝、吐温80、聚四氟乙烯树脂加入到去离子水中，水浴超声处理30分钟后，加入静电纺丝器中进行静电纺丝处理，得到改性剂；
30.步骤三：将步骤二中制得的三分之一重量份的改性剂与步骤一中的有机硅树脂进行共超声处理20分钟，得到混合料a；
31.步骤四：将步骤二中制得的六分之一重量份的改性剂与步骤一中的中空微珠加入到对喷式气流粉碎机中进行加工，得到混合料b；
32.步骤五：将步骤一中的聚氨酯、步骤二中剩余的改性剂、步骤三中制得的混合料a和步骤四中制得的混合料b共同加入到密炼机中，在110℃混炼30分钟，然后进行动态硫化处理10分钟，得到混料胶；
33.步骤六：将步骤五中制得的混炼胶通过双螺杆注射器注入到模具中，得到高弹耐磨pu轮。
34.在步骤二中，改性剂原料与去离子水的重量比为：1∶10，超声频率为1.4mhz，超声功率为400w，水浴温度为60℃，静电纺丝的电场电压为11kv，接收距离9cm，纺丝液流速1.2ml/h；在步骤三中，超声频率为1.6mhz，超声功率为400w；在步骤四中，对喷式气流粉碎
机气流量为24m3/min，气压力为0.78mpa，功率为160kw。
35.实施例2：
36.与实施例1不同的是，包括：45.60kg的聚氨酯、40.40kg的有机硅橡胶、5.40kg的改性剂、8.60kg的中空微珠；所述改性剂包括：1.3932kg的纳米二氧化硅、0.1674kg的碳纳米管、0.1674kg的氧化石墨烯、1.3176kg的纳米氧化铝、0.2916kg的吐温80、2.0628kg的聚四氟乙烯树脂。
37.实施例3：
38.与实施例1
‑
2均不同的是，包括：45.10kg的聚氨酯、39.90kg的有机硅橡胶、4.90kg的改性剂、10.10kg的中空微珠；所述改性剂包括：1.2348kg的纳米二氧化硅、0.1421kg的碳纳米管、0.1421kg的氧化石墨烯、1.1711kg的纳米氧化铝、0.2401kg的吐温80、1.9698kg的聚四氟乙烯树脂。
39.分别取上述实施例1
‑
3所制得的高弹耐磨pu轮与对照组一的高弹耐磨pu轮、对照组二的高弹耐磨pu轮、对照组三的高弹耐磨pu轮、对照组四的高弹耐磨pu轮和对照组五的高弹耐磨pu轮，对照组一的高弹耐磨pu轮与实施例三相比无纳米二氧化硅，对照组二的高弹耐磨pu轮与实施例三相比无碳纳米管，对照组三的高弹耐磨pu轮与实施例三相比无氧化石墨烯，对照组四的高弹耐磨pu轮与实施例三相比无纳米氧化铝，对照组五的高弹耐磨pu轮与实施例三相比无聚四氟乙烯树脂，对三个实施例和五个对照组的高弹耐磨pu轮进行测试；测试结果如表一所示：
40.表一：
41.[0042][0043]
由表一可知，当高弹耐磨pu轮的原料配比为：45.10kg的聚氨酯、39.90kg的有机硅橡胶、4.90kg的改性剂、10.10kg的中空微珠；所述改性剂包括：1.2348kg的纳米二氧化硅、0.1421kg的碳纳米管、0.1421kg的氧化石墨烯、1.1711kg的纳米氧化铝、0.2401kg的吐温80、1.9698kg的聚四氟乙烯树脂时，可有效对高弹耐磨pu轮进行改性处理，可有效提高pu轮的耐酸碱性能和耐热性能，保证pu轮可在酸碱环境和高温条件下正常使用；故实施例3为本发明的较佳实施方式，有机硅树脂与聚氨酯进行共混改性，可有效提高pu轮的模量，并显著降低pu轮的拉伸永久变形性能；中空微珠与硅橡胶进行共混，可有效降低硅橡胶热导率，可有效提高pu轮的隔热性能，提高pu轮的阻燃性能；纳米二氧化硅与中空微珠进行复配，可有效提高聚氨酯的承载性能和压缩强度，进而提高pu轮的承载性能和压缩强度；纳米二氧化硅与氧化石墨烯进行共混复合，可有效阻隔氧化石墨烯的团聚，实现氧化石墨烯有效地剥离，可有效提高pu轮的热稳定性；氧化石墨烯与纳米氧化铝进行共混复合，纳米氧化铝可有效包覆氧化石墨烯，经过静电纺丝之后复合到有机硅树脂中，可有效实现pu轮的高导热电绝缘性能，可有效保证pu轮的热稳定性能；碳纳米管与有机硅橡胶进行共混，可有效提高有机硅橡胶的热导率，具有良好的热稳定性，进而提高pu轮的耐热性能；吐温80在静电纺丝过程中使用，可有效提高改性剂的阻燃性能，进而提高pu轮的阻燃性能；聚四氟乙烯树脂作为改性剂的主要原料之一，可有效提高改性剂的耐酸碱性能和热稳定性性能，同时以静电纺丝方式将改性剂原料进行快速复合，采用纳米纤维结构的改性剂可有效保证对聚氨酯、有机硅橡胶和中空微珠的改性处理效果，进而保证pu轮的性能。
[0044]
实施例4
[0045]
在上述优选的技术方案中，本发明提供了一种高弹耐磨pu轮，包括：45.10kg的聚氨酯、39.90kg的有机硅橡胶、4.90kg的改性剂、10.10kg的中空微珠；所述改性剂包括：1.2348kg的纳米二氧化硅、0.1421kg的碳纳米管、0.1421kg的氧化石墨烯、1.1711kg的纳米氧化铝、0.2401kg的吐温80、1.9698kg的聚四氟乙烯树脂。
[0046]
一种高弹耐磨pu轮的制备方法，具体制备步骤如下：
[0047]
步骤一：按照上述重量份比，称取聚氨酯、有机硅橡胶、中空微珠和改性剂原料中的纳米二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铝、吐温80、聚四氟乙烯树脂；
[0048]
步骤二：将步骤一中的纳米二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铝、吐温80、聚四氟乙烯树脂加入到去离子水中，水浴超声处理35分钟后，加入静电纺丝器中进行静电纺丝处理，得到改性剂；
[0049]
步骤三：将步骤二中制得的三分之一重量份的改性剂与步骤一中的有机硅树脂进行共超声处理25分钟，得到混合料a；
[0050]
步骤四：将步骤二中制得的六分之一重量份的改性剂与步骤一中的中空微珠加入到对喷式气流粉碎机中进行加工，得到混合料b；
[0051]
步骤五：将步骤一中的聚氨酯、步骤二中剩余的改性剂、步骤三中制得的混合料a和步骤四中制得的混合料b共同加入到密炼机中，在115℃混炼35分钟，然后进行动态硫化处理15分钟，得到混料胶；
[0052]
步骤六：将步骤五中制得的混炼胶通过双螺杆注射器注入到模具中，得到高弹耐磨pu轮。
[0053]
在步骤二中，改性剂原料与去离子水的重量比为：1∶10，超声频率为1.4mhz，超声功率为400w，水浴温度为60℃，静电纺丝的电场电压为11kv，接收距离9cm，纺丝液流速1.2ml/h；在步骤三中，超声频率为1.6mhz，超声功率为400w；在步骤四中，对喷式气流粉碎机气流量为24m3/min，气压力为0.78mpa，功率为160kw。
[0054]
实施例5
[0055]
与实施例4不同的是，在步骤二中，改性剂原料与去离子水的重量比为：1∶20，超声频率为1.6mhz，超声功率为500w，水浴温度为70℃，静电纺丝的电场电压为15kv，接收距离11cm，纺丝液流速1.3ml/h；在步骤三中，超声频率为1.8mhz，超声功率为500w；在步骤四中，对喷式气流粉碎机气流量为32m3/min，气压力为0.86mpa，功率为220kw。
[0056]
实施例6
[0057]
与实施例4
‑
5均不同的是，在步骤二中，改性剂原料与去离子水的重量比为：1∶15，超声频率为1.5mhz，超声功率为450w，水浴温度为65℃，静电纺丝的电场电压为13kv，接收距离10cm，纺丝液流速1.25ml/h；在步骤三中，超声频率为1.7mhz，超声功率为450w；在步骤四中，对喷式气流粉碎机气流量为28m3/min，气压力为0.82mpa，功率为190kw。
[0058]
分别取上述实施例4
‑
6所制得的高弹耐磨pu轮与对照组六的高弹耐磨pu轮、对照组七的高弹耐磨pu轮和对照组七的高弹耐磨pu轮，对照组六的高弹耐磨pu轮与实施例六相比没有步骤二中的操作，对照组七的高弹耐磨pu轮与实施例六相比没有步骤三中的操作，对照组四的高弹耐磨pu轮与实施例六相比没有步骤四中的操作，将三个实施例和三个对照组的高弹耐磨pu轮进行测试，测试结果如表二所示：
[0059]
表二：
[0060][0061]
由表二可知，在制备高弹耐磨pu轮的过程中，当实施例六中的制备方法为本发明的优选方案，在步骤二中，将改性剂原料加入到去离子水中进行水浴超声处理后，进行静电纺丝，得到纳米纤维状的改性剂，可有效将纳米二氧化硅、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米氧化铝、吐温80、聚四氟乙烯树脂进行均匀共混复配处理，使得改性剂的功效更佳；在步骤三中，将部分改性剂与有机硅树脂进行超声共混处理，可有效将纳米纤维结构的改性剂与有机硅树脂进行快速共混复合，使得改性剂对有机硅树脂改性处理效果更佳；在步骤四中，将部分改性剂与中空微珠通过对喷式气流粉碎机进行共混粉碎处理，可有效加强纳米纤维结构的改性剂与中空微珠之间的快速共混复合处理，使得改性剂对中空微珠改名处理效果更佳；在步骤五中，将聚氨酯、改性剂、混合料a和混合料b进行混炼加工处理同时进行动态硫化处理，可有效加强有机硅树脂与聚氨酯的复合效果，保证pu轮的稳定性；步骤六中，注塑成型，得到高弹耐磨pu轮。
[0062]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0063]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。