本發(fā)明涉及一種熱塑性聚氨酯彈性體改性方法，具體涉及一種二次造粒增強(qiáng)熱塑性聚氨酯彈性體的方法，屬于材料加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

熱塑性聚氨酯彈性(tpu)體作為一種典型的嵌段聚合物的一種，它的整根分子鏈分為兩部分，一部分是由二元醇組成的軟鏈段，另一部分則是由二異氰酸酯與擴(kuò)鏈劑共同構(gòu)成結(jié)構(gòu)更為規(guī)整的硬段，不同原料或者相同原料之間的不同配比，都會(huì)造成軟段和硬段的不同，繼而對(duì)熱塑性聚氨酯彈性體的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生較大的影響。通常情況下，熱塑性聚氨酯彈性體在通過配方和工藝的調(diào)整下以獲得理想性能參數(shù)。在這個(gè)過程中主要通過調(diào)整軟硬段分子量及軟硬段含量比例，以調(diào)整原料的硬度、韌性等性能參數(shù)。但是軟硬段含量比例對(duì)材料性能調(diào)節(jié)是有上限的，例如當(dāng)硬段含量超過45％以上，再提高就對(duì)材料性能提升沒有效果。也可以在熱塑性聚氨酯彈性體中添加填料來提高性能參數(shù)，但是填料在提高彈性體一項(xiàng)性能的同時(shí)往往伴隨著另一項(xiàng)性能的降低，如添加一定量的碳酸鈣可以提高彈性體的硬度，但是彈性體的韌性卻因碳酸鈣的加入而降低。以上這些對(duì)熱塑性聚氨酯彈性體性能的增強(qiáng)產(chǎn)生了限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于解決上述不足，通過一種熱塑性聚氨酯彈性體二次混合造粒的方法，獲得增強(qiáng)的熱塑性彈性體。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種二次造粒增強(qiáng)熱塑性聚氨酯彈性體的方法，所述方法包括將輔料熱塑性聚氨酯彈性體加入主料熱塑性聚氨酯彈性體中混合，采用二次造粒得熱塑性聚氨酯彈性體，其中輔料熱塑性聚氨酯彈性體的質(zhì)量為主料熱塑性聚氨酯彈性體的5％-95％，輔料熱塑性聚氨酯彈性體的分子量大于主料熱塑性聚氨酯彈性體。

本發(fā)明在主料tpu中加入另一種輔料tpu，熔融共混二次造粒，因兩種tpu的高度相容性，通過擠出設(shè)備的剪切力，彼此結(jié)合成一種物質(zhì)，形成一種單相體系狀態(tài)。傳統(tǒng)而言，tpu分子結(jié)構(gòu)基本是線性的，但是在此種狀態(tài)共混結(jié)合的兩種物質(zhì)，兩種tpu大分子鏈產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，分子鏈相互纏繞，形成一定的物理交聯(lián)，產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)tpu性能，同時(shí)兩種tpu的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，進(jìn)而得到更強(qiáng)的熱塑性聚氨酯彈性體。

輔料熱塑性聚氨酯彈性體的分子量大于主料熱塑性聚氨酯彈性體，一般而言，tpu的分子量在一定程度內(nèi)對(duì)力學(xué)性能有較大的影響，分子量增加，則tpu材料的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和硬度有所增加，在主料tpu中加入分子量大的輔料tpu，通過輔料tpu優(yōu)異的力學(xué)性能來增強(qiáng)主料tpu，而且兩者之間不僅僅是簡(jiǎn)單的物理混合，而是在擠出設(shè)備的剪切力下，分子鏈相互纏繞，形成性能明顯大于主料和輔料的新型熱塑性聚氨酯彈性體。

輔料熱塑性聚氨酯彈性體的質(zhì)量為主料熱塑性聚氨酯彈性體的5％-95％，進(jìn)一步優(yōu)選，所述輔料熱塑性聚氨酯彈性體的質(zhì)量為主料熱塑性聚氨酯彈性體的20％-80％。在這個(gè)范圍內(nèi)，熱塑性聚氨酯彈性體的性能隨著輔料含量的增加而增加，用戶可以根據(jù)輔料tpu添加量的不同來調(diào)節(jié)tpu性能的不同提升。

在二次造粒過程中，除了添加輔料熱塑性聚氨酯彈性體，還可以添加增強(qiáng)纖維來共混擠出造粒，增強(qiáng)纖維的添加量為總量的5-10％，這些增強(qiáng)纖維可以為碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、芳綸纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、聚酰亞胺纖維中的一種或多種，增強(qiáng)纖維均勻穿插在主料tpu和輔料tpu形成的分子鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，可以在保證共混物原來的加工性能的基礎(chǔ)上，大幅度提高共混物的物理力學(xué)性能。

進(jìn)一步優(yōu)選，碳纖維和聚酯纖維以質(zhì)量比為1：(1-2)混合，加入熱塑性聚氨酯彈性體中共混擠出造粒。

作為優(yōu)選，主料熱塑性聚氨酯彈性體和輔料熱塑性聚氨酯彈性體在高速混合機(jī)中混合5-10min。兩種tpu在加入擠出設(shè)備前需要混合均勻，有利于后續(xù)擠出造粒的均勻性。

作為優(yōu)選，所述二次造粒在單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行。tpu材料對(duì)剪切力敏感，雙螺桿擠出機(jī)的高剪切力會(huì)破壞tpu本身的物性。

作為優(yōu)選，所述單螺桿擠出機(jī)長(zhǎng)徑比為16-25，壓縮比為2-4。本發(fā)明選擇的單螺桿擠出機(jī)產(chǎn)生的剪切力適合tpu的加工，在保證tpu混合均勻的前提下，又可以避免激烈的剪切而使得材料分解裂化從而降低制品力學(xué)物性。

作為優(yōu)選，所述單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為25-60r/min，溫度為180-220℃。由于tpu對(duì)剪切敏感，轉(zhuǎn)速太高轉(zhuǎn)速易導(dǎo)致tpu分解，太低則因停留時(shí)間過長(zhǎng)也導(dǎo)致分解，一般螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定于25-60r/min范圍。

作為優(yōu)選，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180-195℃，二區(qū)為192-208℃，三區(qū)為200-220℃，四區(qū)為190-210℃，五區(qū)為185-200℃。

本發(fā)明通過添加大分子量的熱塑性聚氨酯彈性體進(jìn)行二次造粒，可以有效解決因?yàn)檐浻捕伪壤龁栴}對(duì)熱塑性聚氨酯彈性體性能提高的限制。在工藝簡(jiǎn)單的前提下提高熱塑性聚氨酯彈性體的性能參數(shù)。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以2.5kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃。

實(shí)施例2

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以47.5kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃。

實(shí)施例3

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以12.5kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃

實(shí)施例4

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以40kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃

實(shí)施例5

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以40kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為26，壓縮比為1的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃。

實(shí)施例6

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以40kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為70r/min，單螺桿擠出機(jī)具有3個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為185℃，二區(qū)為195℃，三區(qū)為190℃。

實(shí)施例7

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以40kg的分子量為30000的輔料tpu，再加入7.2kg的碳纖維作為增強(qiáng)纖維，在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃。

實(shí)施例8

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以40kg的分子量為30000的輔料tpu，再加入3.6kg碳纖維和3.6kg聚酯纖維作為增強(qiáng)纖維，在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃。

實(shí)施例9

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以25kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合7min后，投入長(zhǎng)徑比為22，壓縮比為3的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為40r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為190℃，二區(qū)為200℃，三區(qū)為205℃，四區(qū)為195℃，五區(qū)為185℃。

對(duì)比例1

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以40kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入雙螺桿擠出機(jī)中熔融共混。

對(duì)比例2

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以2kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃。

對(duì)比例3

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以50kg的分子量為30000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃

對(duì)比例4

將50kg的分子量為25000的主料tpu，配以40kg的分子量為20000的輔料tpu，兩者在高速混合機(jī)中混合5min后，投入長(zhǎng)徑比為20，壓縮比為2的單螺桿擠出機(jī)中熔融共混，二次造粒，得增強(qiáng)tpu。單螺桿擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為30r/min，單螺桿擠出機(jī)具有5個(gè)加熱區(qū)，一區(qū)溫度為180℃，二區(qū)為190℃，三區(qū)為195℃，四區(qū)為190℃，五區(qū)為185℃。

分子量為25000的主料tpu力學(xué)性能見表1

表1

分子量為20000的tpu力學(xué)性能見表2

表2

分子量為30000的tpu力學(xué)性能見表3

表3

對(duì)實(shí)施例1-9以及對(duì)比例1-3獲得的新tpu進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表4。

表4

另外，本發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)范圍中點(diǎn)值未窮盡之處以及在實(shí)施例技術(shù)方案中對(duì)單個(gè)或者多個(gè)技術(shù)特征的同等替換所形成的新的技術(shù)方案，同樣都在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍內(nèi)；同時(shí)本發(fā)明方案所有列舉或者未列舉的實(shí)施例中，在同一實(shí)施例中的各個(gè)參數(shù)僅僅表示其技術(shù)方案的一個(gè)實(shí)例(即一種可行性方案)。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。