一种高耐热聚氨酯组合物、聚氨酯盘及其制备方法与流程

1.本技术涉及研磨材料领域，尤其是涉及一种高耐热聚氨酯组合物、聚氨酯盘及其制备方法。


背景技术：

2.研磨设备是用于金属矿、非金属矿研磨作业的重要装备，其搅拌装置结构形式多样。研磨设备在运行过程中需要添加一定比例的研磨介质，常见的研磨介质有钢球、陶瓷球等，在搅拌机构的搅动作用下，研磨介质在筒体内部做剧烈的离心运动，兼有或强或弱的轴向交错运动，对筒体内壁产生径向碰撞和挤压、切向摩擦等作用，进而对筒体内的材料进行研磨。
3.研磨设备中的研磨介质通常以研磨盘为载体，目前的研磨盘可以由生铁、软铜、紫铜、黄铜、铅等金属材料制成，也可以由金属材料和非金属材料混合制得。但是金属材料易生锈，影响研磨盘的使用，因此有研究人员尝试用具有高硬度、抗磨损的高聚物来制备研磨盘，如采用聚氨酯材料制备聚氨酯盘。
4.聚氨酯盘因其具有高硬度、高耐磨性和耐化学性，使得聚氨酯材料在研磨领域具有良好的应用前景，但是聚氨酯材料制备的聚氨酯盘耐热性差，研磨设备中的研磨介质之间以及研磨介质和待研磨的材料接触均会产生大量热量，聚氨酯盘在高温条件下发生变形会影响聚氨酯盘的使用。


技术实现要素：

5.为了解决聚氨酯盘耐热性差的问题，本技术提供一种具有耐磨损、耐热性能好的高耐热聚氨酯组合物、聚氨酯盘及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供的一种高耐热聚氨酯组合物，包括包括端nco基聚氨酯预聚体、改性硅土填料、固化剂。
7.通过采用上述技术方案，改性硅土填料的耐热性能好，能够改善聚氨酯组合物耐热性差的问题。
8.可选的，所述改性硅土填料用量为端nco基聚氨酯预聚体的5wt％-30wt％。
9.通过采用上述技术方案，控制改性硅土填料和端nco基聚氨酯预聚体的配比，改性硅土填料在预聚体中的分散效果好，不仅可以提高聚氨酯组合物的密度、强度和拉伸性能，而且改性硅土填料的片层结构与预聚体的结合力好，相容性好，当产品受到外力作用时，填料与预聚体不易脱离，产生的应力分散，从而避免产品产生裂纹，起到增韧、增强、提高耐磨性能和耐热性能的作用。
10.可选的，所述固化剂选自二胺型扩链剂。
11.可选的，所述固化剂用量为端nco基聚氨酯预聚体的8wt％-25wt％。
12.通过采用上述技术方案，控制端nco基聚氨酯预聚体和固化剂的反应配比，能够满足使分子链增长的要求，而且还会从生成的分子链中引出支链的反应点，从而加快预聚体
产生交联、形成网状结构，从而在缩短凝胶、固化时间的基础上确保固化效果，由于固化时间时间缩短，能够改善端nco聚氨酯预聚体发生自聚的概率。
13.可选的，所述端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为4％-10％。
14.可选的，所述端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为5％-7％。
15.通过采用上述技术方案，控制端nco基聚氨酯预聚体中nco含量在较低的范围，粘度较小，端nco基聚氨酯预聚体的性质稳定，发生副反应的趋势小，减少了端nco基聚氨酯预聚体发生自身扩链反应的概率，得到的聚氨酯组合物均一、稳定。
16.第二方面，本技术提供的一种高耐热聚氨酯盘，由骨架和包覆在骨架表面的高耐热聚氨酯组合物制得。
17.第三方面，本技术提供的一种高耐热聚氨酯盘的制备方法，包括以下步骤：(1)对骨架进行清洗，并涂刷粘合剂，烘干后置于模具内；(2)加热端nco基聚氨酯预聚体，然后加入固化剂和改性硅土填料混合均匀，浇注至骨架表面成型；(3)对成型后的聚氨酯盘进行后硫化处理，得到高耐热聚氨酯盘。
18.可选的，所述步骤(2)中，端nco基聚氨酯预聚体在加热后进行一次脱泡处理，脱泡过程中，真空度为0.05-0.5mpa。
19.可选的，所述步骤(2)中，端nco基聚氨酯预聚体和固化剂、改性硅土填料混合后进行二次脱泡处理，脱泡过程中，真空度为0.05-0.5mpa。
20.通过采用上述技术方案，一次脱泡处理后，聚氨酯中的气泡少，不会阻挠改性硅土填料的分散，改性硅土填料的分散效果好；二次脱泡处理后得到的聚氨酯组合物中的气泡得以消除，不会再聚氨酯盘表面留下不平坦的凸起，保持聚氨酯盘的使用寿命，提高聚氨酯盘的弹性、强度、伸长率和耐磨性能。
21.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.在端nco基聚氨酯预聚体中添加改性硅土填料，由于改性硅土填料在端nco基聚氨酯预聚体中的分散性好，与端nco基聚氨酯预聚体基体结合力好，能够促进端nco基聚氨酯预聚体与固化剂产生交联，形成致密的网状结构，并且缩短固化时间，改善固化时间导致发生端nco基聚氨酯预聚体发生自聚的问题，制得的聚氨酯组合物均一、稳定；2.硅土填料经过改性后，聚氨酯组合物包覆在骨架表面时，改性硅土填料可提高聚氨酯组合物与金属骨架之间的粘合力，使聚氨酯组合物紧密包覆在骨架表面，不易产生气泡等降低聚氨酯盘的耐磨性和耐热性能。
具体实施方式
22.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细说明。
23.本技术提供的一种高耐热聚氨酯组合物，包括包括端nco基聚氨酯预聚体、改性硅土填料、固化剂。
24.本发明中，nco基聚氨酯预聚体选自含有端nco基团的浇注型聚氨酯弹性体(cpu)，与tpu和mpu相比，浇注、固化反应后直接成型，加工工艺简单，且原材料选择范围更大，产品硬度更大。
25.本发明中，所述端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为4％-10％，具体地，可以是
4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％；更为优选地，端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为5％-7％。
26.本发明中，所述固化剂选自二胺型扩链剂。
27.其中，二胺型扩链剂可选自3,3
’‑
二氯-4,4
’‑
二氨基二苯基甲烷(moca)、二氨基二甲硫基甲苯(dadmt)和2,4-二氨基-5-巯基甲苯(tx-1)；选用不同的固化剂时，调整固化剂与聚氨酯预聚体的反应温度，如采用moca时，混合温度为100-120℃，采用tx-1时，混合温度为20-40℃。本技术中选用moca。
28.本发明中，所述固化剂用量为端nco基聚氨酯预聚体的8wt％-25wt％，具体地，可以是8wt％、10wt％、15wt％、18wt％、20wt％、25wt％；更为优选地，固化剂用量为端nco基聚氨酯预聚体的15wt％-20wt％。
29.本发明中，所述改性硅土填料用量为端nco基聚氨酯预聚体的5wt％-30wt％，具体地，可以是5wt％、10wt％、15wt％、18wt％、20wt％、25wt％、30wt％；更为优选地，改性硅土填料用量为端nco基聚氨酯预聚体的15wt％-20wt％。
30.本技术还提供一种高耐热聚氨酯盘，由骨架和包覆在骨架表面的高耐热聚氨酯组合物制得。
31.本技术提供的一种高耐热聚氨酯盘，其制备方法包括以下步骤：(1)对骨架进行清洗，并涂刷粘合剂，烘干后置于模具内；(2)加热端nco基聚氨酯预聚体，然后加入固化剂和改性硅土填料混合均匀，浇注至骨架表面成型；(3)对成型后的聚氨酯盘进行后硫化处理，得到高耐热聚氨酯盘。
32.本发明中，步骤(1)中所述骨架采用金属材质制成，根据所需聚氨酯盘的大小进行预制，然后对骨架进行喷砂或抛丸处理，去除表面油渍、锈迹，同时可增加金属表面的比表面积，有利于后续聚氨酯与金属的粘结。
33.本发明中，步骤(1)中清洗步骤采用三氯乙烯；粘合剂选自chemlock218粘合剂；涂刷完粘合剂后自然晾干，然后放置在110-120℃的烘箱中加热1-2小时，有利于粘合剂的粘结。
34.本发明中，模具需要用三氯乙烯或二氯甲烷清洗干净，涂刷或喷涂脱模剂，然后在110-120℃的条件下加热待用，预热后的模具有助于后续聚氨酯的成型。
35.本发明中，步骤(2)中，端nco基聚氨酯预聚体的加热温度为80-85℃，加热至融化后即可与固化剂混合；当固化剂选用moca时，固化剂也先进行加热，固化剂的加热温度为115-120℃，加热至融化后即可与端nco基聚氨酯预聚体混合。
36.本发明中，步骤(2)中，端nco基聚氨酯预聚体在加热熔化后置于真空脱泡罐中进行一次脱泡处理，脱泡过程中，真空度为0.05-0.5mpa。
37.本发明中，步骤(2)中，端nco基聚氨酯预聚体和固化剂、改性硅土填料混合后置于真空脱泡灌中进行二次脱泡处理，脱泡过程中，真空度为0.05-0.5mpa；待表面基本无大量气泡时，再缓慢浇注入模具中，如果胶层表面仍有少量气泡，可用火焰喷枪消除。
38.本发明中，步骤(2)浇注成型的时间为5-15min，成型后即可脱模。
39.本发明中，步骤(3)的后硫化的处理步骤具体为：将成型脱模后的聚氨酯盘置于100-120℃条件下加热8-15小时，后硫化处理后的聚氨酯组合物进一步交联，可改善聚氨酯
盘的硬度、拉伸强度、撕裂强度等力学性能。
40.制备例一种改性硅土填料，其制备方法如下：s1、原矿粗破：将硅土原料进行破碎、粗磨和筛分得到硅土粉体；s2、水浆制备：将硅土粉体和六偏磷酸钠分散到水中，进行搅拌、细磨后得到硅土浆料；s4、水浆干燥：将硅土浆料进行干燥得到干燥粉料；s5、成品制备：将干燥粉料分散，添加kh560进行喷雾改性，改性温度控制在85-120℃，并在喷雾改性后在原改性温度条件下保持10-30min，得到改性硅土填料。
41.本制备例中，kh560的用量为干燥粉料的0.5％。
42.本技术选用的改性硅土填料粒径d90＝5μm。
43.实施例1一种高耐热聚氨酯盘，其制备方法包括以下步骤：(1)对骨架进行喷砂处理，然后用三氯乙烯清洗干净，在骨架表面涂刷粘合剂chemlock218，晾干后置于110-120℃的烘箱中加热1.5小时；模具用三氯乙烯清洗感觉，涂刷脱模剂，放置在110-120℃的加热平台上加热1.5小时；将预热好的骨架置于预热好的模具中，再一起放置在110-120℃的加热平台上加热；(2)将端nco基聚氨酯预聚体(nco含量为4％)在80-85℃条件下加热熔化；将moca在115-120℃条件下加热熔化；取100重量份熔化后的端nco基聚氨酯预聚体、0.05重量份制备例制得的改性硅土填料和0.08份熔化后的moca，混合均匀后浇注至模具内并包覆在骨架表面，在110-120℃的条件下静置8min，脱模；(3)将成型、脱模后的聚氨酯盘在100℃-120℃加热8小时，得到高耐热聚氨酯盘。
44.实施例2一种高耐热聚氨酯盘，其制备方法包括以下步骤：(1)对骨架进行喷砂处理，然后用三氯乙烯清洗干净，在骨架表面涂刷粘合剂chemlock218，晾干后置于110-120℃的烘箱中加热1.5小时；模具用三氯乙烯清洗感觉，涂刷脱模剂，放置在110-120℃的加热平台上加热1.5小时；将预热好的骨架置于预热好的模具中，再一起放置在110-120℃的加热平台上加热；(2)将端nco基聚氨酯预聚体(nco含量为4％)在80-85℃条件下加热熔化；称取100重量份的端nco基聚氨酯预聚体在真空脱泡罐中进行一次脱泡，真空度为0.1mpa；将moca在115-120℃条件下加热熔化；取发泡后的端nco基聚氨酯预聚体、0.05重量份制备例制得的改性硅土填料和0.08份熔化后的moca，混合均匀后浇注至模具内并包覆在骨架表面，在110-120℃的条件下静置8min，脱模；
(3)将成型、脱模后的聚氨酯盘在100℃-120℃加热8小时，得到高耐热聚氨酯盘。
45.实施例3一种高耐热聚氨酯盘，其制备方法包括以下步骤：(1)对骨架进行喷砂处理，然后用三氯乙烯清洗干净，在骨架表面涂刷粘合剂chemlock218，晾干后置于110-120℃的烘箱中加热1.5小时；模具用三氯乙烯清洗感觉，涂刷脱模剂，放置在110-120℃的加热平台上加热1.5小时；将预热好的骨架置于预热好的模具中，再一起放置在110-120℃的加热平台上加热；(2)将端nco基聚氨酯预聚体(nco含量为4％)在80-85℃条件下加热熔化；称取100重量份的端nco基聚氨酯预聚体在真空脱泡罐中进行一次脱泡，真空度为0.1mpa；将moca在115-120℃条件下加热熔化；取发泡后的端nco基聚氨酯预聚体、0.05重量份制备例制得的改性硅土填料和0.08份熔化后的moca，混合均匀后放置在真空脱泡罐中进行二次脱泡，真空度为0.1mpa，待表面基本无大量起泡时浇注至模具内并包覆在骨架表面，在110-120℃的条件下静置8min，脱模；(3)将成型、脱模后的聚氨酯盘在100℃-120℃加热8小时，得到高耐热聚氨酯盘。
46.实施例4-8与实施例3的区别在于，各原料的用量不同，具体见下表。
47.表1项目端nco基聚氨酯预聚体/份改性硅土填料/份moca/份实施例31000.050.08实施例41000.10.08实施例51000.10.15实施例61000.20.15实施例71000.20.25实施例81000.30.25实施例9与实施例6的区别在于，端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为5％。
48.实施例10与实施例6的区别在于，端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为7％。
49.实施例11与实施例6的区别在于，端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为10％。
50.实施例12与实施例6的区别在于，端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为15％。
51.实施例13与实施例6的区别在于，端nco基聚氨酯预聚体中，nco含量为0.8％。
52.对比例1与实施例1的区别在于，高耐热聚氨酯组合物中不添加改性硅土填料。
53.对比例2与实施例1的区别在于，采用等质量的碳酸钙填料替换改性硅土填料，碳酸钙填料的粒径d90＝5μm。
54.对比例3与实施例1的区别在于，采用等质量的石英砂填料替换改性硅土填料，碳酸钙填料的粒径d90＝5μm。
55.试验结果1、采用din磨耗试验机按照din53516 gb9867试验标准对实施例1-13和对比例1-3的聚氨酯盘进行耐磨耗测试，测试结果填入下表；2、将聚氨酯盘置于150℃老化箱中存放，测试时取出，立即移入150℃高温室中，稳定30分钟后做高温拉伸试验，测试结果填入下表。
56.表2表2根据表2的数据可知，采用本技术制得的聚氨酯盘的din磨耗在30mm3以上，初始拉伸强度也在35mpa以上，且耐高温性能好。
57.根据对比例1-3和实施例1的对比可知，采用本技术的改性硅土填料与碳酸钙填料、石英砂填料等其他填料相比，在聚氨酯中的分散性好，与聚氨酯基体结合力好，能够有
效提高聚氨酯盘的耐磨性能和拉伸强度，在高温(150℃)条件使用下也具有更佳的拉伸强度，且经过高温老化处理30d后仍然具有更佳的拉伸强度。
58.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。