耐高温、高强度的PET发泡材料及其制备方法和应用与流程

耐高温、高强度的pet发泡材料及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于工程塑料技术领域，特别涉及耐高温、高强度的pet发泡材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.风力发电的迅猛发展带来了对风电设备和叶片等相关零部件的大量需求。而随着风力发电机日趋大型化，传统材料的叶片的某些性能已达不到要求，于是具有高比强度的工程塑料复合材料叶片逐渐得到发展。
3.如今，所有的商业级用于风力发电的叶片均采用复合材料为主体制造。大型的风力发电机要求的叶片需满足以下条件：
①
质量轻且机械强度高，刚度好；
②
叶片设计寿命按20年计，则其要经受108周次以上的疲劳交变，因此材料的疲劳性能要好；
③
风力机安装在户外，近年来又大力发展海上风电场，要受到酸、碱、水汽等各种气候环境的影响，故需要有良好的耐候性；
④
耐高温性好。现有技术中的pet发泡材料往往力学性能和耐高温性难以达到要求，例如耐高温通常低于140℃。现有技术中使用的pvc(聚氯乙烯)作为风力发电的叶片，环保性不足。
4.因此，亟需提供一种同时满足耐高温和力学性能的pet发泡材料。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出耐高温、高强度的pet发泡材料及其制备方法和应用，所述pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)发泡材料的拉伸强度可超过17mpa，且同时能耐受140℃以上的高温，将所述pet发泡材料应用在风力发电的叶片中，可代替传统的pvc材料，对环境友好。
6.本发明的发明构思为：本发明的pet发泡材料在制备过程中，除了使用常规的乙二醇和对苯二甲酸以外，还使用了特定的扩链剂、增溶剂、多元酸和多元醇，使得本发明制得的pet发泡材料的拉伸强度可超过17mpa，且同时能耐受140℃以上的高温，将所述pet发泡材料应用在风力发电的叶片中，可代替传统的pvc材料，对环境友好。本发明所述pet发泡材料满足兆瓦级风电叶片的性能要求，产品能替代传统风电用pvc发泡材料。
7.进一步的，本发明在制备pet发泡材料的过程中，还加入了无机阻燃剂，不仅使得制得的pet发泡材料具有良好的耐火性，而且意外发现，本发明最终制得的pet发泡材料在室温下的导热率低于0.04w/(m
·
k)，使得本发明制得的pet发泡材料具有良好的保温性，可应用在保温领域。
8.本发明的第一方面提供耐高温、高强度的pet发泡材料。
9.具体的，耐高温、高强度的pet发泡材料，制备所述pet发泡材料的原料组分包括：乙二醇、对苯二甲酸、扩链剂、无机盐增溶剂、多元酸、多元醇、发泡剂；
10.所述扩链剂为乙二胺和/或n,n-二羟基(二异丙基)苯胺；
11.所述增溶剂选自醋酸乙酯；
12.所述多元酸选自磷酸和/或原硅酸；
13.所述多元醇选自季戊四醇、三羟甲基丙烷或木糖醇中的至少一种。
14.优选的，所述发泡剂包括液体二氧化碳和偶氮化合物，优选的，所述偶氮化合物为偶氮二甲酰胺和/或偶氮二甲酸二异丙酯。
15.优选的，制备所述pet发泡材料的原料还包括成核剂。
16.优选的，所述成核剂选自纳米滑石粉、纳米碳酸钙或纳米二氧化钛。
17.优选的，制备所述pet发泡材料的原料还包括催化剂，优选的，所述催化剂为三氧化锑和咪唑的混合物。
18.优选的，制备所述pet发泡材料的原料还包括无机阻燃剂；进一步优选的，所述无机阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁、多聚磷酸铵、硼酸锌中的至少一种。
19.优选的，制备所述pet发泡材料的原料组分包括：乙二醇、对苯二甲酸、扩链剂、增溶剂、多元酸、多元醇、发泡剂、成核剂和催化剂。
20.优选的，制备所述pet发泡材料的原料组分，按重量份计，包括乙二醇80-100份、对苯二甲酸80-100份、扩链剂3-15份、增溶剂1-15份、多元酸5-25份、多元醇5-25份、发泡剂1-10份。
21.进一步优选的，制备所述pet发泡材料的原料组分，按重量份计，包括乙二醇90-100份、对苯二甲酸90-100份、扩链剂5-12份、增溶剂5-15份、多元酸10-25份、多元醇10-25份、发泡剂5-10份、成核剂1-3份和催化剂3-8份。
22.进一步优选的，制备所述pet发泡材料的原料组分，按重量份计，包括乙二醇90-100份、对苯二甲酸90-100份、扩链剂5-12份、增溶剂5-15份、多元酸10-25份、多元醇10-25份、发泡剂5-10份、成核剂1-3份、催化剂3-8份、无机阻燃剂1-8份。
23.所述发泡剂中，所述液体二氧化碳和偶氮化合物的质量比为1：(0.1-1)，优选1：0.5。
24.优选的，所述催化剂中，所述三氧化锑与咪唑的质量比为1：(0.5-2)，优选1：1。
25.本发明的第二方面提供耐高温、高强度的pet发泡材料的制备方法。
26.所述制备方法用于制备上述耐高温、高强度的pet发泡材料。
27.具体的，耐高温、高强度的pet发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
28.将乙二醇、对苯二甲酸、扩链剂、增溶剂和催化剂混合，进行第一次反应，然后加入多元酸、多元醇、成核剂，混合，进行第二次反应，得到混合物，然后将混合物加入挤出机中，再加入发泡剂，充分混合，挤出发泡成型，得到所述pet发泡材料。
29.优选的，所述第一次反应的温度为250-290℃，所述第一次反应的时间为8-12小时。
30.优选的，所述第二次反应的温度为200-240℃，所述第二次反应的时间为36-48小时。
31.优选的，所述挤出机的挤出温度如下：挤出机输送段200-210℃、压缩段210-230℃、均化段205℃、机头温度205℃。挤出机对原料进行挤出发泡成型的操作过程属于本领域常规操作。挤出机是现有设备。
32.优选的，所述pet发泡材料呈片状。
33.本发明的第三方面提供上述耐高温、高强度的pet发泡材料的应用。
34.上述耐高温、高强度的pet发泡材料在风力发电设备或保温材料中的应用。
35.优选的，所述pet发泡材料应用在风力发电设备中的叶片。
36.相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
37.(1)本发明的pet发泡材料在制备过程中，除了使用常规的乙二醇和对苯二甲酸以外，还使用了特定的扩链剂、增溶剂、多元酸和多元醇(所述扩链剂为乙二胺和/或n,n-二羟基(二异丙基)苯胺，所述增溶剂选自醋酸乙酯，所述多元酸选自磷酸和/或原硅酸，所述多元醇选自季戊四醇、三羟甲基丙烷或木糖醇中的至少一种)，使得本发明制得的pet发泡材料的拉伸强度可超过17mpa，且同时能耐受140℃以上的高温，将所述pet发泡材料应用在风力发电的叶片中，可代替传统的pvc材料，对环境友好。本发明所述pet发泡材料满足兆瓦级风电叶片的性能要求，产品能替代传统风电用pvc发泡材料。
38.(2)本发明在制备pet发泡材料的过程中，还加入了无机阻燃剂，不仅使得制得的pet发泡材料具有良好的耐火性，而且意外发现，本发明最终制得的pet发泡材料在室温下的导热率低于0.04w/(m
·
k)，使得本发明制得的pet发泡材料具有良好的保温性，可应用在保温领域。
具体实施方式
39.为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
40.以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
41.实施例1：pet发泡材料的制备
42.一种耐高温、高强度的pet发泡材料，制备该pet发泡材料的原料组分包括：乙二醇100份、对苯二甲酸100份、扩链剂(乙二胺)12份、增溶剂(醋酸乙酯)15份、多元酸(磷酸)10份、多元醇(木糖醇)10份、发泡剂10份(液体二氧化碳5份、偶氮二甲酸二异丙酯5份)、成核剂(纳米碳酸钙)1份、催化剂4份(三氧化锑2份、咪唑2份)。
43.上述耐高温、高强度的pet发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
44.将乙二醇、对苯二甲酸、扩链剂、增溶剂和催化剂混合，进行第一次反应，第一次反应的温度为260℃，第一次反应的时间为8小时，然后加入多元酸、多元醇、成核剂，混合，进行第二次反应，第二次反应的温度为200℃，第二次反应的时间为40小时，得到混合物，然后将混合物加入挤出机中，再加入发泡剂，充分混合，挤出发泡成型，挤出机的挤出温度如下：挤出机输送段205℃、压缩段220℃、均化段205℃、机头温度205℃，得到pet发泡材料。
45.实施例2：pet发泡材料的制备
46.一种耐高温、高强度的pet发泡材料，制备该pet发泡材料的原料组分包括：乙二醇90份、对苯二甲酸90份、扩链剂11份(乙二胺5份、n,n-二羟基(二异丙基)苯胺6份)、增溶剂(醋酸乙酯)12份、多元酸10份(磷酸5份、原硅酸5份)、多元醇10份(木糖醇5份、季戊四醇5份)、发泡剂10份(液体二氧化碳5份、偶氮二甲酸二异丙酯5份)、成核剂1份(纳米碳酸钙0.5份、纳米二氧化钛0.5份)、催化剂4份(三氧化锑2份、咪唑2份)。
47.上述耐高温、高强度的pet发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
48.将乙二醇、对苯二甲酸、扩链剂、增溶剂和催化剂混合，进行第一次反应，第一次反
应的温度为255℃，第一次反应的时间为10小时，然后加入多元酸、多元醇、成核剂，混合，进行第二次反应，第二次反应的温度为220℃，第二次反应的时间为36小时，得到混合物，然后将混合物加入挤出机中，再加入发泡剂，充分混合，挤出发泡成型，挤出机的挤出温度如下：挤出机输送段205℃、压缩段215℃、均化段205℃、机头温度205℃，得到pet发泡材料。
49.实施例3：pet发泡材料的制备
50.与实施例2相比，实施例3中还加入了无机阻燃剂2份(氢氧化铝1份、氢氧化镁1份)，在pet发泡材料的制备过程中，无机阻燃剂与成核剂一同加入。实施例3的其他组分和制备过程与实施例2相同。
51.对比例1
52.与实施例2相比，对比例1中的扩链剂用等量的1,4-丁二醇代替实施例2中的乙二胺和n,n-二羟基(二异丙基)苯胺，其他组分和制备过程与实施例2相同。
53.对比例2
54.与实施例2相比，对比例2中的增溶剂用聚山梨酯代替实施例2中的醋酸乙酯，其他组分和制备过程与实施例2相同。
55.对比例3
56.与实施例2相比，对比例3中用等量的对苯二甲酸代替实施例2中的磷酸和原硅酸，用等量的乙二醇代替实施例2中的木糖醇和季戊四醇，其他组分和制备过程与实施例2相同。
57.产品效果测试
58.取实施例1-3、对比例1-3制得的pet发泡材料，在相同条件下测试pet发泡材料的拉伸强度、冲击强度和耐高温性，结果如表1所示。
59.表1
[0060][0061]
从表1可以看出，本发明实施例1-3制得的pet发泡材料的拉伸强度、冲击强度明显优于对比例1-3制得的pet发泡材料的拉伸强度、冲击强度。本发明实施例1-3制得的pet发泡材料的耐高温性能也优于对比例1-3。
[0062]
从实施例2与对比例1的结果可以看出，本发明所用的扩链剂不能用一般的其他扩链剂1,4-丁二醇进行代替，否则制得的pet发泡材料的力学性能显著下降。由此可见，本发明的扩链剂具有提高pet发泡材料力学性能的作用。对比例2改变了增溶剂的种类，不利于各原料组分之间的融合，因此，制得的pet发泡材料的力学性能有所下降。对比例3中用其他
的多元醇和多元酸代替本发明实施例2中的木糖醇和季戊四醇，显著降低了pet发泡材料的力学性能和耐高温性。由此可见，本发明中特定的多元醇和多元酸对pet发泡材料的力学性能和耐高温性有显著的影响，这很可能是本发明中特定的多元醇和多元酸反应生成的物质对pet发泡材料的性能影响大。
[0063]
上述实施例1-3制得的pet发泡材料的表观密度分别为135.1kg/m3、135.0kg/m3、135.3kg/m3。
[0064]
上述实施例3制得的pet发泡材料的室温(20℃)下的导热率为0.0636w/(m
·
k)，使得本发明制得的pet发泡材料具有良好的保温性，可应用在保温领域。