一种TPU防滑垫片及其制备方法与流程

本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种tpu防滑垫片及其制备方法。

背景技术：

热塑性聚氨酯弹性体(tpu)是一种以低聚物二醇、二异氰酸酯及小分子扩链剂为基本原料聚合而成的嵌段型高分子材料，其既具有塑料的热可塑性和力学强度，又具有橡胶的弹性，具有力学强度高、硬度范围较宽、柔韧性好等优点。而且，其原材料品种的多样，分子结构的可调整性强，产品性能可以根据需要进行设计。这使得tpu被广泛应用于弹性体、泡沫塑料、涂料、胶黏剂、鞋材、运动器械等领域。

机械工件之间的连接通常使用螺栓、螺母进行固定，此时需要使用防滑垫片提高摩擦力，以防止螺母松动；同时起到缓冲的作用，防止螺母损伤工件表面。目前常用的防滑垫片材料有金属、塑料和橡胶。其中，金属垫片材质较硬，耐磨，但缓冲能力较差；塑料垫片有一定缓冲能力，但塑料垫片容易受温度影响而变硬，摩擦系数低，容易滑动，且耐磨性差；橡胶垫片的缓冲能力最好，但橡胶垫片的强度偏低，在高剪切力作用下容易撕裂，且耐磨性同样偏低。

tpu既有橡胶的弹性，又有塑料的硬度，且可调性强，可作为防滑垫片材料。但纯tpu材料的强度和耐磨性偏低，难以完全满足防滑垫片高剪切的工作环境要求。因此，还需要对tpu进行一定的改性，以满足防滑垫片的应用需求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种tpu防滑垫片及其制备方法。该tpu防滑垫片具有较高的拉伸强度、撕裂强度、摩擦系数和耐磨性，可用于工件之间的连接固定，起到防滑缓冲的作用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种tpu防滑垫片，所述tpu防滑垫片包括如下重量份数的原料组分：

二异氰酸酯30-40份、低聚物多元醇80-100份、三聚氰胺甲醛树脂20-30份、玄武岩纤维10-20份、石英砂5-10份、氨基硅烷偶联剂3-6份和催化剂0.2-1份。

本发明中，三聚氰胺甲醛树脂能够与二异氰酸酯反应，改变聚氨酯的分子链结构，提高tpu材料的内聚力，配合玄武岩纤维和石英砂，得到了一种具有较高拉伸强度、撕裂强度、摩擦系数和耐磨性的tpu材料，其适合用于防滑垫片。

本发明中，所述二异氰酸酯的重量份数为30-40份，例如可以是30份、32份、33份、35份、36份、38份或40份等。

所述低聚物多元醇的重量份数为80-100份，例如可以是80份、82份、85份、88份、90份、92份、95份、98份或100份等。

所述三聚氰胺甲醛树脂的重量份数为20-30份，例如可以是20份、22份、23份、25份、26份、28份或30份等。

所述玄武岩纤维的重量份数为10-20份，例如可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。

所述石英砂的重量份数为5-10份，例如可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等。

所述氨基硅烷偶联剂的重量份数为3-6份，例如可以是3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份或6份等。

所述催化剂的重量份数为0.2-1份，例如可以是0.2份、0.3份、0.5份、0.6份、0.8份或1份等。

以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选地技术方案，可以更好地达到和实现本发明的目的和有益效果。

作为本发明的优选技术方案，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和对苯二异氰酸酯中的一种或至少两种的组合。

作为本发明的优选技术方案，所述低聚物多元醇为聚碳酸酯多元醇和/或聚己内酯多元醇。

优选地，所述低聚物多元醇的数均分子量为1500-4000；例如可以是1500、1800、2000、2200、2500、2800、3000、3200、3500、3800或4000等。

优选地，所述低聚物多元醇的羟值为50-56mgkoh/g；例如可以是50koh/g、51koh/g、52koh/g、53koh/g、54koh/g、55koh/g或56koh/g等。

作为本发明的优选技术方案，所述三聚氰胺甲醛树脂的重均分子量为5000-8000；例如可以是5000、5500、6000、6500、7000、7500或8000等。

作为本发明的优选技术方案，所述玄武岩纤维的直径为2-5μm，例如可以是2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等；长度为1-10mm，例如可以是1mm、2mm、3mm、5mm、6mm、8mm或10mm等。

优选地，所述石英砂的粒径为5-15μm；例如可以是5μm、6μm、8μm、10μm、12μm、13μm或15μm等。

作为本发明的优选技术方案，所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷和/或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

作为本发明的优选技术方案，优选地，所述催化剂选自三乙醇胺、n-甲基吗琳、n,n'-双吗琳基二乙基醚、四正丁基锡、氯化亚锡、辛酸亚锡、羟基三甲基锡和二丁基二月桂酸锡中的一种或至少两种的组合。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的tpu防滑垫片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将玄武岩纤维、石英砂和氨基硅烷偶联剂边混合边反应；

(2)取20-40％的低聚物多元醇，与三聚氰胺甲醛树脂和步骤(1)得到的物料混合，脱水；

(3)将二异氰酸酯、60-80％的低聚物多元醇，以及催化剂混合，反应，得到聚氨酯预聚体；

(4)将步骤(2)得到的混合物料和步骤(3)得到的聚氨酯预聚体混合，反应，得到tpu材料；

(5)将步骤(4)得到的tpu材料层压成片状，冲切成型，得到所述tpu防滑垫片。

作为本发明的优选技术方案，步骤(1)中所述混合是在高速混合机中进行；

优选地，所述高速混合机的转速为300-500r/min，例如可以是300r/min、320r/min、350r/min、380r/min、400r/min、420r/min、450r/min、480r/min或500r/min等；所述混合的时间为15-30min，例如可以是15min、18min、20min、22min、25min、28min或30min等。

优选地，步骤(1)中所述反应的温度为80-100℃；例如可以是80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、92℃、95℃、98℃或100℃等。

优选地，步骤(3)中所述反应的温度为65-75℃，例如可以是65℃、66℃、68℃、70℃、72℃、73℃或75℃等；时间为1-2h，例如可以是1h、1.2h、1.3h、1.5h、1.6h、1.8h或2h等。

优选地，步骤(4)中所述反应的温度为80-90℃，例如可以是80℃、82℃、83℃、85℃、86℃、88℃或90℃等；时间为3-6h，例如可以是3h、3.2h、3.5h、3.8h、4h、4.2h、4.5h、4.8h、5h、5.2h、5.5h、5.8h或6h等。

优选地，步骤(5)中所述层压的温度为160-180℃；例如可以是160℃、162℃、163℃、165℃、166℃、168℃、170℃、172℃、173℃、175℃、176℃、178℃或180℃等。

作为本发明的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将玄武岩纤维、石英砂和氨基硅烷偶联剂加入高速混合机中，在温度为80-100℃、转速为300-500r/min的条件下边混合边反应15-30min；

(2)取20-40％的低聚物多元醇，与三聚氰胺甲醛树脂和步骤(1)得到的物料混合，脱水；

(3)将二异氰酸酯、60-80％的低聚物多元醇，以及催化剂混合，在65-75℃下反应1-2h，得到聚氨酯预聚体；

(4)将步骤(2)得到的混合物料和步骤(3)得到的聚氨酯预聚体混合，在80-90℃下反应3-6h，得到tpu材料；

(5)将步骤(4)得到的tpu材料在160-180℃下层压成片状，冲切成型，得到所述tpu防滑垫片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过各组分之间的相互配合，得到了一种具有较高拉伸强度、撕裂强度、摩擦系数和耐磨性的tpu材料，其拉伸强度为72-77mpa，撕裂强度100-110n/mm，泰伯磨耗为10-15mg，摩擦系数为2.3-2.5，适合用于防滑垫片。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种tpu防滑垫片，包括如下重量份数的原料组分：

二异氰酸酯30份、低聚物多元醇100份、三聚氰胺甲醛树脂(杭州卓立化工的515#)20份、玄武岩纤维20份、石英砂5份、氨基硅烷偶联剂6份和催化剂0.2份；

其中，二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯；低聚物多元醇为聚碳酸酯多元醇，数均分子量为2000，羟值为55mgkoh/g；玄武岩纤维的平均直径为3μm，平均长度为8mm；石英砂的d50粒径为10μm；氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷；催化剂为二丁基二月桂酸锡。

上述tpu防滑垫片的制备方法如下：

(1)将玄武岩纤维、石英砂和氨基硅烷偶联剂加入高速混合机中，在温度为80℃、转速为500r/min的条件下边混合边反应15min；

(2)取20％的低聚物多元醇，与三聚氰胺甲醛树脂和步骤(1)得到的物料混合，脱水；

(3)将二异氰酸酯、80％的低聚物多元醇，以及催化剂混合，在65℃下反应2h，得到聚氨酯预聚体；

(4)将步骤(2)得到的混合物料和步骤(3)得到的聚氨酯预聚体混合，在80℃下反应6h，得到tpu材料；

(5)将步骤(4)得到的tpu材料在160℃下层压成片状，冲切成型，得到所述tpu防滑垫片。

实施例2

本实施例提供一种tpu防滑垫片，包括如下重量份数的原料组分：

二异氰酸酯40份、低聚物多元醇80份、三聚氰胺甲醛树脂(杭州卓立化工的515#)30份、玄武岩纤维10份、石英砂10份、氨基硅烷偶联剂3份和催化剂1份；

其中，二异氰酸酯为2,6-甲苯二异氰酸酯；低聚物多元醇为聚己内酯多元醇，数均分子量为1500，羟值为50mgkoh/g；玄武岩纤维的平均直径为3μm，平均长度为8mm；石英砂的d50粒径为10μm；氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷；催化剂为二丁基二月桂酸锡。

上述tpu防滑垫片的制备方法如下：

(1)将玄武岩纤维、石英砂和氨基硅烷偶联剂加入高速混合机中，在温度为100℃、转速为300r/min的条件下边混合边反应30min；

(2)取40％的低聚物多元醇，与三聚氰胺甲醛树脂和步骤(1)得到的物料混合，脱水；

(3)将二异氰酸酯、60％的低聚物多元醇，以及催化剂混合，在75℃下反应1h，得到聚氨酯预聚体；

(4)将步骤(2)得到的混合物料和步骤(3)得到的聚氨酯预聚体混合，在90℃下反应3h，得到tpu材料；

(5)将步骤(4)得到的tpu材料在180℃下层压成片状，冲切成型，得到所述tpu防滑垫片。

实施例3

本实施例提供一种tpu防滑垫片，包括如下重量份数的原料组分：

二异氰酸酯32份、低聚物多元醇90份、三聚氰胺甲醛树脂(杭州卓立化工的515#)23份、玄武岩纤维15份、石英砂8份、氨基硅烷偶联剂4份和催化剂0.5份；

其中，二异氰酸酯为对苯二异氰酸酯；低聚物多元醇为聚碳酸酯多元醇，数均分子量为2000，羟值为55mgkoh/g；玄武岩纤维的平均直径为3μm，平均长度为8mm；石英砂的d50粒径为10μm；氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷；催化剂为二丁基二月桂酸锡。

上述tpu防滑垫片的制备方法如下：

(1)将玄武岩纤维、石英砂和氨基硅烷偶联剂加入高速混合机中，在温度为90℃、转速为400r/min的条件下边混合边反应20min；

(2)取30％的低聚物多元醇，与三聚氰胺甲醛树脂和步骤(1)得到的物料混合，脱水；

(3)将二异氰酸酯、70％的低聚物多元醇，以及催化剂混合，在70℃下反应1.5h，得到聚氨酯预聚体；

(4)将步骤(2)得到的混合物料和步骤(3)得到的聚氨酯预聚体混合，在85℃下反应4h，得到tpu材料；

(5)将步骤(4)得到的tpu材料在165℃下层压成片状，冲切成型，得到所述tpu防滑垫片。

实施例4

本实施例提供一种tpu防滑垫片，包括如下重量份数的原料组分：

二异氰酸酯35份、低聚物多元醇85份、三聚氰胺甲醛树脂(杭州卓立化工的515#)27份、玄武岩纤维13份、石英砂7份、氨基硅烷偶联剂5份和催化剂0.8份；

其中，二异氰酸酯为2,6-甲苯二异氰酸酯；低聚物多元醇为聚己内酯多元醇，数均分子量为1500，羟值为50mgkoh/g；玄武岩纤维的平均直径为3μm，平均长度为8mm；石英砂的d50粒径为10μm；氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷；催化剂为二丁基二月桂酸锡。

上述tpu防滑垫片的制备方法如下：

(1)将玄武岩纤维、石英砂和氨基硅烷偶联剂加入高速混合机中，在温度为95℃、转速为350r/min的条件下边混合边反应25min；

(2)取25％的低聚物多元醇，与三聚氰胺甲醛树脂和步骤(1)得到的物料混合，脱水；

(3)将二异氰酸酯、75％的低聚物多元醇，以及催化剂混合，在68℃下反应2h，得到聚氨酯预聚体；

(4)将步骤(2)得到的混合物料和步骤(3)得到的聚氨酯预聚体混合，在83℃下反应5h，得到tpu材料；

(5)将步骤(4)得到的tpu材料在175℃下层压成片状，冲切成型，得到所述tpu防滑垫片。

实施例5

本实施例提供一种tpu防滑垫片，包括如下重量份数的原料组分：

二异氰酸酯38份、低聚物多元醇95份、三聚氰胺甲醛树脂(杭州卓立化工的515#)25份、玄武岩纤维18份、石英砂9份、氨基硅烷偶联剂5份和催化剂1份；

其中，二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯；低聚物多元醇为聚碳酸酯多元醇，数均分子量为2000，羟值为55mgkoh/g；玄武岩纤维的平均直径为3μm，平均长度为8mm；石英砂的d50粒径为10μm；氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷；催化剂为二丁基二月桂酸锡。

上述tpu防滑垫片的制备方法如下：

(1)将玄武岩纤维、石英砂和氨基硅烷偶联剂加入高速混合机中，在温度为100℃、转速为400r/min的条件下边混合边反应20min；

(2)取30％的低聚物多元醇，与三聚氰胺甲醛树脂和步骤(1)得到的物料混合，脱水；

(3)将二异氰酸酯、70％的低聚物多元醇，以及催化剂混合，在70℃下反应1h，得到聚氨酯预聚体；

(4)将步骤(2)得到的混合物料和步骤(3)得到的聚氨酯预聚体混合，在80℃下反应6h，得到tpu材料；

(5)将步骤(4)得到的tpu材料在180℃下层压成片状，冲切成型，得到所述tpu防滑垫片。

对比例1

提供一种tpu防滑垫片，与实施例1的区别在于，不添加三聚氰胺甲醛树脂，二异氰酸酯和低聚物多元醇的总量为150份(二异氰酸酯和低聚物多元醇的质量比保持不变)。

对比例2

提供一种tpu防滑垫片，与实施例1的区别在于，不添加玄武岩纤维，石英砂的重量份数为25份。

对比例3

提供一种tpu防滑垫片，与实施例1的区别在于，不添加石英砂，玄武岩纤维的重量份数为25份。

对上述实施例1-5和对比例1-3提供的tpu防滑垫片的性能进行测试，测试方法如下：

拉伸强度：按照gb/t528-2009的方法测试；

泰伯磨耗：按照astmd1044-2008的方法测试；

撕裂强度：按照gb/t529-2008的方法测试；

摩擦系数：按照gb/t3903.6-2005的方法测试干摩擦静摩擦系数。

上述性能测试的结果如下表1所示：

从表1的性能数据可以看出，本发明提供的tpu防滑垫片具有较高拉伸强度、撕裂强度、摩擦系数和耐磨性，其拉伸强度为72-77mpa，撕裂强度100-110n/mm，泰伯磨耗为10-15mg，摩擦系数为2.3-2.5。

其中，与实施例1相比，对比例1未添加三聚氰胺甲醛树脂，tpu材料的内聚力较低，且对玄武岩纤维、石英砂的束缚力较低，因此得到的tpu防滑垫片的拉伸强度和撕裂强度下降，磨耗升高。

与实施例1相比，对比例2未添加玄武岩纤维，破坏了玄武岩纤维与石英砂之间的配合作用，因此得到的tpu防滑垫片不仅拉伸强度和撕裂强度显著下降，而且磨耗明显升高。对比例3未添加石英砂，同样破坏了玄武岩纤维与石英砂之间的配合作用，得到的tpu防滑垫片的磨耗明显升高。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

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