一種新型高性能tpu復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種TPU復合材料及其制備方法，所述TPU復合材料的芯部為絲線或棉線，在所述芯部的外表面包裹一層TPU材料，其制備方法包括：首先采用擠出機擠出TPU材料，然后通過包覆技術，將TPU包覆在絲線或棉線上成為另一種線，從而得到本發明的TPU復合材料，該材料可纏繞成線卷或直接制成紡織品。本發明通過將絲線或棉線和TPU材料共同紡織，制得了一種透氣性更好、機械強度更高的TPU復合材料，該復合材料還具有耐磨、阻燃、耐黃變、防霉抗菌等優點。
【專利說明】一種新型高性能TPU復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于復合材料制備領域，尤其涉及一種TPU復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（TPU)是一類由熱動力學上不相容的硬段和軟段交替 形成的線性多嵌段聚合物，具有獨特的微相分離結構，因此，其物理機械性能相當優異。TPU 具有的突出特點是硬度大、強度高、彈性好、耐低溫、耐磨性優異、耐臭氧性極好，有良好的 耐油、耐化學藥品和耐環境性能等特點，因此，廣泛應用于注塑、擠出、壓延及溶解成溶液型 樹脂等加工方式，其制品涵蓋了工業應用和民用必需品的范圍。
[0003] 熱塑性聚氨酯（TPU)具有突出的是耐磨性性能，使其在做一些表觀外層制品上具 有很大的優勢，鞋層和鞋幫等材料，電線電纜光纜護套，拉鏈片和高檔塑料表帶、表殼以及 潛水表、禮品表等系列，機械制品（如汽車部件、機械軸承、滾輪等），皮包皮革等方面。
[0004] 目前，在TPU復合材料方面的研究不多，尤其是關于TPU復合布的研究較少，其中， CN10174861IA公開了一種TPU布及其制備方法，提供了一種耐磨、耐曲折耐寒的TPU布，但 其采用的是將TPU與織物進行粘結，通過油性膠水或水性膠水粘結TPU層和織布層，這樣一 方面增加了膠水的使用成本，且采用膠水降低了復合布的環保性能。
[0005] CN104015444A公開了一種熱塑性聚氨酯/纖維復合軟布及其制備方法，其公開的 復合軟布采用TPU與不同種類顏色的纖維織物為原料，將TPU與織物以熱貼合的形式粘結 在一起，實現了零污染、工序簡單、成本低廉的效果，然而，采用熱貼合的形式制成的復合布 仍然存在透氣性差、機械強度不夠等缺陷。
[0006] CN103483801A公開了一種熱塑性聚氨酯復合材料及其制備方法，其采用了在熱塑 性聚氨酯復合材料中，加入玄武巖纖維作為增強材料，采用熔融擠出工藝制備得到熱塑性 聚氨酯復合材料，使得該熱塑性聚氨酯復合材料與使用普通玻璃纖維的聚氨酯復合材料相 t匕，機械性能和耐熱性能得到了明顯提高，然而，采用將纖維材料與熱塑性聚氨酯共同熔融 擠出的方法制成的復合材料，在透氣性能方面會比較差，因而，在透氣性要求較高的領域， 比如鞋材、服飾輔料等方法無法廣泛應用。
[0007] 因此，尋找一種透氣性好、機械強度高的熱塑性聚氨酯復合材料以應用于鞋材、月艮 飾等領域是目前亟待解決的問題。
【發明內容】
[0008] 本發明提供了一種TPU復合材料及其制備方法，特別是一種新型高性能TPU復合 材料及其制備方法。
[0009] 為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：
[0010] 第一方面，本發明提供了一種TPU復合材料，所述TPU復合材料的芯部為絲線或棉 線，在所述芯部的外表面包裹TPU材料。
[0011] 本發明中，所述的復合材料按重量份包括以下組份=Tro材料63-85份；纖維材料 8-20份，助劑8-18份。
[0012] 本發明中所述的TPU材料為63-85重量份，例如可以是63份、65份、68份、70份、 72份、75份、78份、80份、82份、85份。
[0013] 本發明中所述的纖維材料為8-20重量份，例如可以是8份、9份、10份、11份、12 份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份。
[0014] 本發明中所述的助劑為8_18重量份，例如可以是8份、9份、10份、11份、12份、13 份、14份、15份、16份、17份、18份。
[0015] 本發明中所述的助劑選自相容劑、抗氧劑、潤滑劑或阻燃劑等，其中，助劑為相容 齊U、抗氧劑和潤滑劑時，各組分的重量份數分別為相容劑5-10份，抗氧劑2-5份，潤滑劑為 1-3 份。
[0016] 本發明中，所述的絲線或棉線為無機纖維和/或有機纖維。
[0017] 優選地，所述的無機纖維為玻璃纖維、碳纖維、硼纖維或玄武巖纖維中的任意一種 或至少兩種的混合。
[0018] 優選地，所述的有機纖維為粘膠纖維、錦綸、滌綸或芳綸中的任意一種或至少兩種 的混合。
[0019] 本發明中，所述的TPU材料為TPU薄膜材料和/或TPU熱熔膠。
[0020] 本發明中所述的TPU復合材料可以是內部為絲線或棉線，其外表面包裹一層TPU 薄膜材料；也可以是內部為絲線或棉線，其外表面包裹為TPU熱溶膠；也可以是內部為絲線 或棉線，其外表面包裹一層TPU薄膜材料，再外部包裹一層TPU熱溶膠。
[0021] 本發明中，所述絲線或棉線的直徑為20-50μπι，例如可以是20μπι、22μπι、25μπι、 28 μ m、30 μ m、32 μ m、35 μ m、38 μ m、40 μ m、42 μ m、45 μ m、48 μ m、50 μ m，優選為 25-45 μ m，進 一步優選為38-40 μ m。
[0022] 本發明中，所述TPU材料的直徑為30-60 μ m，例如可以是30 μ m、32 μ m、35 μ m、 38 μ m、40 μ m、42 μ m、45 μ m、48 μ m、50 μ m、52 μ m、55 μ m、58 μ m、60 μ m 優選為 35-50 μ m，進 一步優選為40-46 μ m。
[0023] 第二方面，本發明還提供了一種如本發明第一方面所述的TPU復合材料的制備方 法，所述方法包括以下步驟：
[0024] (1)準備TPU材料，將所述的TPU材料通過擠壓機進行擠壓；
[0025] (2)將步驟（1)得到的TPU材料包覆在絲線或棉線的外表面，即得。
[0026] 本發明中，步驟（1)所述的TPU材料擠出前經干燥處理，優選地，所述的干燥處理 為80-1KTC下干燥2-5h，例如在80-85°C下干燥2-5h，在80-90°C下干燥2-5h，在90-100°C 下干燥2-411，在90-1001：下干燥311等。
[0027] 優選地，所述的擠出機為螺桿擠出機。
[0028] 優選地，所述擠壓機的加工溫度為175-220°C，例如可以是175°C、180°C、185°C、 190°C、195°C、200°C、205°C、210°C、215°C、220°C。
[0029] 優選地，所述擠壓機的螺桿轉速為20_50rpm，例如可以是20rpm、25rpm、30rpm、 35rpm、40rpm、45rpm、50rpm〇
[0030] 優選地，所述的TPU材料經擠壓后進行冷卻。
[0031] 優選地，步驟（2)為采用將所述的TPU材料繞絲線或棉線軸向進行纏繞包裹，以便 完全涂覆所述的絲線或棉線。
[0032] 優選地，所述的TPU材料通過多個繞線架沿不同的螺旋方向卷繞在所述絲線或棉 線的外表面。
[0033] 作為本發明優選的一個實施方案，所述的制備方法具體包括以下步驟：
[0034] (1)對絲線或棉線進行預處理，包括采用水簾噴射和低氧等離子體處理；
[0035] (2)把TPU材料加入料斗內，密封料斗后，在80°C _90°C，干燥并除濕2_4h，開動擠 出機；
[0036] (3)調節所述擠出機的機頭上、下口型的距離，保證涂覆的厚度；
[0037] (4)設置機頭預熱溫度在190-200°C，開動擠出機，打開牽引，使絲線或棉線通過 機頭口型，TPU材料進入螺桿擠出機，粒料在螺桿推動下向機頭方向移動，經過4-5段加熱， 使粒料在機頭出口處溫度達到200-2KTC，超過粒料熔點，粒料以熔融狀的粘流態進入擠出 機頭，涂覆在絲線或棉線的外周圍，即得。
[0038] 本發明采用對絲線進行預處理后，可以增加絲線的拉伸強度和韌性。
[0039] 本發明的步驟（1)中，所述的水簾噴射為采用從100-120孔/m的多孔噴射板中產 生0. 11-0. 15mm的微細水流形成水簾對絲線或棉線進行沖擊，并產生I. 8 X 108-2. 2 X IO8Pa 的壓力，達到410-450m/s的速度。
[0040] 優選地，所述的低氧等離子體處理條件為：時間15-25min，壓強60-100Pa，功率 80-100W，其中，時間可以是 15min、18min、20min、22min、25min，壓強可以是 60Pa、65Pa、 70?&、75?3、80?3、85?3、90?3、95?3、100卩3，功率可以是801、821、851、901、921、951、100評。
[0041] 本發明所述方法制得的TPU復合材料纏繞成線卷，利用紡織機制成紡織品，或者 將所述的TPU復合材料直接紡織成紡織品。
[0042] 與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：
[0043] 本發明得到的TPU復合材料可直接紡織用于鞋材、服飾輔料等方面，相比采用將 不同層直接貼合的方法，不僅提高了絲綿布、布料等材料的透氣性，也增加了其物理機械性 能和美觀性；該復合材料織成網布后，產品環保、性能卓越，用于鞋材、手袋、箱包，提高了產 品的多樣化程度；在保持強度的同時，實現了輕量化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0044] 圖1是實施例1所制備的TPU復合材料；
[0045] 圖2是實施例2所制備得到的TPU復合材料；
[0046] 圖3是實施例3所制備得到的TPU復合材料；
[0047] 其中，1-絲線或棉線，2-TPU薄膜，3-TPU熱熔膠。
【具體實施方式】
[0048] 下面通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0049] 實施例1
[0050] 按照以下步驟進行TPU復合材料的制備：
[0051] (1)按重量份進行原料配比：TPU薄膜63份；絲線20份，助劑17份，其中助劑為相 容劑馬來酸酐-苯乙烯共聚物（SMA) 10份，抗氧劑Cyan〇xl790, 5份，潤滑劑聚硅氧烷2份；
[0052] (2)對絲線進行預處理，包括采用水簾噴射和低氧等離子體處理；其中，所述的水 簾噴射為采用從100孔/m的多孔噴射板中產生0. Ilmm的微細水流形成水簾對絲線進行沖 擊，并產生I. 8X IO8Pa的壓力，達到410m/s的速度；所述的低氧等離子體處理條件為：時間 15min，壓強 60Pa，功率 80W ;
[0053] (3)把TPU薄膜材料加入料斗內，密封料斗后，在80°C，干燥并除濕2h，開動擠出 機；調節所述擠出機的機頭上、下口型的距離，保證涂覆的厚度；
[0054] (4)設置機頭預熱溫度在190°C，開動擠出機，打開牽引，使絲線通過機頭口型， TPU材料進入螺桿擠出機，粒料在螺桿推動下向機頭方向移動，經過5段加熱，使粒料在機 頭出口處溫度達到210°C，超過粒料熔點，粒料以熔融狀的粘流態進入擠出機頭，涂覆在絲 線的外周圍，即得，其結構如圖1所示。
[0055] 實施例2
[0056] 按照以下步驟進行TPU復合材料的制備：
[0057] (1)按重量份進行原料配比：TPU熱熔膠68份；棉線17份，助劑15份，其中助劑 為相容劑馬來酸酐-苯乙烯共聚物（SMA) 8份，抗氧劑Cyan〇xl790,4份，潤滑劑為重量比為 1 :1的聚硅氧烷和季戊四醇硬脂酸脂共3份；
[0058] (2)對棉線進行預處理，包括采用水簾噴射和低氧等離子體處理；其中，所述的水 簾噴射為采用從110孔/m的多孔噴射板中產生0. 12mm的微細水流形成水簾對棉線進行沖 擊，并產生2. OX IO8Pa的壓力，達到420m/s的速度；所述的低氧等離子體處理條件為：時間 18min，壓強 70Pa，功率 90W ;
[0059] (3)把TPU熔膠材料加入料斗內，密封料斗后，在85°C，干燥并除濕3h，開動擠出 機；調節所述擠出機的機頭上、下口型的距離，保證涂覆的厚度；
[0060] (4)設置機頭預熱溫度在195°C，開動擠出機，打開牽引，使棉線通過機頭口型， TPU材料進入螺桿擠出機，粒料在螺桿推動下向機頭方向移動，經過5段加熱，使粒料在機 頭出口處溫度達到210°C，超過粒料熔點，粒料以熔融狀的粘流態進入擠出機頭，涂覆在棉 線的外周圍，即得，其結構如圖2所示。
[0061] 實施例3
[0062] 按照以下步驟進行TPU復合材料的制備：
[0063] (1)按重量份進行原料配比：TPU薄膜30份，TPU熔膠40份；絲線10份、棉線8份， 助劑12份，其中助劑為相容劑馬來酸酐-苯乙烯共聚物（SM) 8份，抗氧劑Irgan〇xl076, 3 份，潤滑劑聚硅氧烷1份。
[0064] (2)對絲線和棉線進行預處理，包括采用水簾噴射和低氧等離子體處理；其中，所 述的水簾噴射為采用從120孔/m的多孔噴射板中產生0. 15mm的微細水流形成水簾對絲線 和棉線進行沖擊，并產生2. 2 X IO8Pa的壓力，達到450m/s的速度；所述的低氧等離子體處 理條件為：時間25min，壓強lOOPa，功率100W ;
[0065] (3)把TPU薄膜和熱熔膠材料加入料斗內，密封料斗后，在90°C，干燥并除濕4h，開 動擠出機；調節所述擠出機的機頭上、下口型的距離，保證涂覆的厚度；
[0066] (4)設置機頭預熱溫度在200°C，開動擠出機，打開牽引，使絲線或棉線通過機頭 口型，TPU材料進入螺桿擠出機，粒料在螺桿推動下向機頭方向移動，經過5段加熱，使粒料 在機頭出口處溫度達到210°C，超過粒料熔點，粒料以熔融狀的粘流態進入擠出機頭，涂覆 在絲線或棉線的外周圍，即得，其結構如圖3所示。
[0067] 對比例1
[0068] 按照實施例3的配比進行各組分的配制，采用將TPU擠出后涂覆到已紡織好的纖 維布上，使TPU和纖維布完全粘合到一起。
[0069] 對比例2
[0070] 按照實施例3的配比進行各組分的配制，采用將中間層為已紡織好的連續纖維 布，上下表面層為TPU材料，所述的中間層與上、下表面層通過熱貼合方式連接。
[0071] 對比例3
[0072] 按照實施例3的配比進行各組分的配制，將纖維材料作為增強劑與TPU材料進行 混料，進行熔融擠出、造粒。
[0073] 性能測試：
[0074] 將上述實施例1-3和對比例1-3制備的TPU復合材料進行性能測試。相關性能測 試方法如下：
[0075] (1)拉伸強度：拉伸強度按GB/T1040標準進行檢驗；
[0076] (2)斷裂伸長率：斷裂伸長率按GB/T1040標準進行檢驗；
[0077] (3)透氣性：透氣性按GB/T26253-2010標準進行檢測；
[0078] (4)撕裂強度：撕裂強度按GB/T529-2008標準進行檢測。
[0079] 對實施例1-3和對比例1-3制備的TPU復合材料的測定結果如表1所示。
[0080] 表 1
[0081]
【權利要求】
1. 一種TPU復合材料，其特征在于，所述TPU復合材料的芯部為絲線或棉線，在所述芯 部的外表面包裹TPU材料。
2. 如權利要求1所述的TPU復合材料，其特征在于，所述的復合材料按重量份包括以下 組份：TPU材料63-85份；絲線或棉線8-20份，助劑8-18份。
3. 如權利要求1或2所述的TPU復合材料，其特征在于，所述的絲線或棉線為無機纖維 和/或有機纖維； 優選地，所述的無機纖維為玻璃纖維、碳纖維、硼纖維或玄武巖纖維中的任意一種或至 少兩種的混合； 優選地，所述的有機纖維為粘膠纖維、錦綸、滌綸或芳綸中的任意一種或至少兩種的混 合； 優選地，所述的TPU材料為TPU薄膜材料和/或TPU熱熔膠。
4. 如權利要求1-3任一項所述的TPU復合材料，其特征在于，所述絲線或棉線的直徑為 20-50 ii m，優選為 25-45 ii m，進一步優選為 38-40 ii m ; 優選地，所述TPU材料的直徑為30-60 ii m，優選為35-50 ii m，進一步優選為40-46 ii m。
5. 如權利要求1-4任一項所述的TPU復合材料的制備方法，其特征在于，所述的方法包 括以下步驟： (1) 準備TPU材料，將所述的TPU材料通過擠壓機進行擠壓； (2) 將步驟（1)得到的TPU材料包覆在絲線或棉線的外表面，即得。
6. 如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（1)所述的TPU材料擠出前經干燥 處理，優選地，所述的干燥處理為80-1KTC下干燥2-5h ; 優選地，所述的擠出機為螺桿擠出機； 優選地，所述擠壓機的加工溫度為175-220°C ; 優選地，所述擠壓機的螺桿轉速為20-50rpm ; 優選地，所述的TPU材料經擠壓后進行冷卻。
7. 如權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，步驟（2)為采用將所述的TPU材料 繞絲線或棉線軸向進行纏繞包裹，以便完全涂覆所述的絲線或棉線； 優選地，所述的TPU材料通過多個繞線架沿不同的螺旋方向卷繞在所述絲線或棉線的 外表面。
8. 如權利要求5-7任一項所述的制備方法，其特征在于，所述的方法具體包括以下步 驟： (1) 對絲線或棉線進行預處理，包括采用水簾噴射和低氧等離子體處理； (2) 把TPU材料加入料斗內，密封料斗后，在80°C -90°C，干燥并除濕2-4h，開動擠出 機； (3) 調節所述擠出機的機頭上、下口型的距離，保證涂覆的厚度； (4) 設置機頭預熱溫度在190-200°C，開動擠出機，打開牽引，使絲線或棉線通過機頭 口型，TPU材料進入螺桿擠出機，粒料在螺桿推動下向機頭方向移動，經過4-5段加熱，使 粒料在機頭出口處溫度達到200-2KTC，超過粒料熔點，粒料以熔融狀的粘流態進入擠出機 頭，涂覆在絲線或棉線的外周圍，即得。
9. 如權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟（1)中，所述的水簾噴射為采用從 100-120孔/m的多孔噴射板中產生0. 11-0. 15mm的微細水流形成水簾對絲線或棉線進行沖 擊，并產生1. 8 X 108-2. 2 X 108Pa的壓力，達到410-450m/s的速度； 優選地，所述的低氧等離子體處理條件為：時間15-25min，壓強60-100Pa，功率 80-100W。
10.如權利要求5-9任一項所述的制備方法，其特征在于，所述方法制得的TPU復合材 料纏繞成線卷，利用紡織機制成紡織品； 任選地，所述的TPU復合材料直接紡織成紡織品。
【文檔編號】C08L75/04GK104452306SQ201410756873
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】何健雄, 王一良 申請人:東莞市雄林新材料科技股份有限公司, 蘇州市雄林新材料科技有限公司