CN110626020B - 一种聚氨酯增强复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑装饰材料技术领域，涉及一种聚氨酯增强复合材料及其制备方法。它包括以下步骤，制备聚氨酯涂料；用制得的聚氨酯涂料对玻璃纤维布进行浸润处理，处理完成后，将玻璃纤维布覆盖在发泡PU布上表面上，烘干成型后形成玻璃纤维PU复合层；将制得的聚氨酯涂料稀释后涂布在玻璃纤维PU复合层的上表面上形成聚氨酯涂层，烘干处理后得到预成品及复合材料后处理。本发明突破性的使用了热固PU、热塑PU制作复合贴面材料，作为一种新型复合材料，本发明提供的聚氨酯增强复合材料在保留聚氨酯材料的机械强度和抗拉强度基础上，还具有良好的硬度和外观，耐磨性高的同时厚度较低。

Description

一种聚氨酯增强复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑装饰材料技术领域，涉及一种聚氨酯增强复合材料及其制备方法。
背景技术
GEMP即Ground Environment Multifunctional Plastics，是以多种弹性体增韧树脂和聚合物的复配体系为基础材料，纤维织物为增强材料，制作成型的地面环境多功能材料。作为一种多层复合材料，多用于交通流动、人流量大的场所的地板使用。此类复合材料多利用环氧树脂和PVC，如发明人之前申请的中国发明专利[CN201010593665.X]环氧与PVC复合的柔性贴面材料及制备方法，该专利利用环氧树脂优越的理化性，又采用柔韧性极佳的PVC涂层作为底层材料涂层，增加了该贴面材料的柔韧性和易粘贴性。该材料通过采用玻璃纤维作为材料骨架，进一步增强材料，解决了大多数贴面材料的易碎、易龟裂等问题。
由于该类复合材料承重性能差，使用时对施工基础要求高，燃烧时气味较大。环氧树脂与PVC复合的综合成本较高。聚氨酯具有耐油性、耐溶剂性、耐水性和耐火性以外，还具有较高的机械强度、柔曲性和回弹性。然而聚氨酯材料如PU布，材质柔软，硬度较低，耐磨性难以达到地板使用标准，同时环氧材料与PU布结合度差，所以利用聚氨酯为主要原料制备多层复合材料尚属空白。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种聚氨酯增强复合材料的制备方法。
本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种聚氨酯增强复合材料。
一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，包括以下步骤，
A、制备聚氨酯涂料：分别制作聚氨酯分散体组分和固化剂组分，将聚氨酯分散体组分和固化剂组分混合，制得聚氨酯涂料，
B、用步骤A制得的聚氨酯涂料对玻璃纤维布进行浸润处理，处理完成后，将玻璃纤维布覆盖在发泡PU布上表面上，烘干成型后形成玻璃纤维PU复合层，
C、将步骤A制得的聚氨酯涂料用去离子水稀释后均匀涂布在玻璃纤维PU复合层的上表面上形成聚氨酯涂层，烘干处理后聚氨酯涂层即形成聚氨酯耐磨层，得到预成品，
D、复合材料后处理：将预成品冷却切边，收卷后即得到聚氨酯增强复合材料。
在上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法中，在步骤B中，将浸润完成的玻璃纤维布挤压复合在发泡PU布上表面上，贴合成型后在65℃-95℃条件下烘干18-32min，烘干成型即形成玻璃纤维PU复合层。
在上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法中，在步骤C中，聚氨酯涂层形成后，将玻璃微珠均匀喷洒在聚氨酯涂层表面上，烘干处理后得到预成品。
在上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法中，在步骤C中，将玻璃微珠通过喷砂工艺均匀喷洒在聚氨酯涂层表面，喷砂完成后，在55-85℃条件下烘干18-32min，烘干成型即完成玻璃微珠与聚氨酯涂层表面的复合，即得到预成品。
在上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法中，在预成品中，玻璃微珠与聚氨酯涂层形成聚氨酯耐磨微珠层，玻璃微珠的直径为40μm-45μm。
在上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法中，在预成品中，所述的聚氨酯涂层厚度为0.07-0.1mm,所述的聚氨酯增强玻璃纤维层厚度为0.25mm-0.3mm。
在上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法中，在步骤C中，聚氨酯涂料与去离子水按重量比100:20-25进行稀释。
在上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法中，步骤A中的聚氨酯分散体组分按重量份计，包括以下原料，
Figure BDA0002157265080000031
步骤A中的固化剂组分按重量份计，包括以下原料，
固化剂 75-85份，
溶剂 15-25份。
在上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法中，步骤A中的聚氨酯分散体组分和固化剂组分重量比为10:3-5。
根据上述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法制备的聚氨酯增强复合材料。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明突破性的使用了热固PU、热塑PU制作复合材料，作为一种新型复合材料，本发明提供的聚氨酯增强复合材料在保留聚氨酯材料的机械强度和抗拉强度基础上，还具有良好的硬度和外观，耐磨性高的同时厚度较低。
2、本发明提供了一种用于制作聚氨酯增强复合材料的聚氨酯涂料的配方，该配方组分科学合理，既和玻璃纤维结合度高，浸润速度快，气泡含量少，又具有较强的硬度。既能作为玻璃纤维增强浸润剂使用，也可以作为涂料使用。
3、本发明提供的聚氨酯增强复合材料利用了聚氨酯涂料的胶黏和固化特性，不另外使用胶黏剂，既增加了材料的牢固度，也更为环保。
附图说明
图1是本发明的实施方式的流程图之一；
图2是本发明的实施方式的流程图之二；
图中，第一放卷1、浸润2、第二放卷3、挤压复合4、第一烘烤5、逆涂6、第二烘烤7、冷却切边8、第三收卷9、喷砂10。
具体实施方式
实施例1
一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，结合图1所示，包括以下步骤，
A、制备聚氨酯涂料：分别制作聚氨酯分散体组分和固化剂组分，将聚氨酯分散体组分和固化剂组分混合，制得聚氨酯涂料，
B、用步骤A制得的聚氨酯涂料对玻璃纤维布进行浸润处理，即将聚氨酯涂料加入储存料槽，将玻璃纤维布通过第一放卷1展开进入储存料槽与聚氨酯涂料进行浸润2，浸润时间14-20min,根据气候温度条件调整时间，浸润后的玻璃纤维厚度在0.25mm-0.3mm。处理完成后，第二放卷3展开发泡PU布，将玻璃纤维布通过挤压复合4覆盖在发泡PU布上表面上，所述的发泡PU布优选为0.25mm厚发泡PU布，贴合成型进入65℃烘箱进行第一烘烤5，烘烤18min，烘干成型，形成玻璃纤维PU复合层。
C、将步骤A制得的聚氨酯涂料与去离子水按重量比100:20-25混合，根据气候温度的变化进行调整。将制得的聚氨酯涂料通过逆涂6均匀涂布在玻璃纤维层表面上，形成聚氨酯涂层，涂层厚度控制为0.07-0.1mm。涂布完成后，将材料进行第二烘烤7，放入55℃下烘箱烘烤18min。烘干处理后聚氨酯涂层即形成聚氨酯耐磨层，得到预成品。
D、复合材料后处理：将烘烤完成的材料进行冷却切边8，第三收卷9收卷后即得到聚氨酯增强复合材料。
按照配置100公斤聚氨酯涂料，其中，A组分中，增稠剂为丙二醇甲醚，消泡剂为丙烯酸聚合物，流平剂为丙二醇甲醚乙酸酯，成膜助剂为二丙二醇甲醚，色粉为无机色粉，填料为滑石粉；B组分中，固化剂为多异氰酸酯预聚体，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。实施例1的聚氨酯涂料组分配比如表1。
表1实施例1-4的聚氨酯涂料组分配比
Figure BDA0002157265080000051
根据以上方法得到的聚氨酯增强复合材料，包括由上而下依次复合的聚氨酯耐磨层和玻璃纤维PU复合层。所述的聚氨酯耐磨层厚度为0.07-0.1mm。所述的玻璃纤维PU复合层包括聚氨酯增强玻璃纤维层和发泡PU布层；所述的聚氨酯增强玻璃纤维层由玻璃纤维浸润聚氨酯涂料而成；所述的聚氨酯增强玻璃纤维层厚度为0.25mm-0.3mm。
实施例2
一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，结合图2所示，包括以下步骤，
A、制备聚氨酯涂料：分别制作聚氨酯分散体组分和固化剂组分，将聚氨酯分散体组分和固化剂组分混合，制得聚氨酯涂料，
B、用步骤A制得的聚氨酯涂料对玻璃纤维布进行浸润处理，即将聚氨酯涂料加入储存料槽，将玻璃纤维布通过第一放卷1展开进入储存料槽与聚氨酯涂料进行浸润2，浸润时间14-20min,根据气候温度条件调整时间，浸润后的玻璃纤维厚度在0.25mm-0.3mm。处理完成后，第二放卷3展开发泡PU布，将玻璃纤维布通过挤压复合4覆盖在发泡PU布上表面上，所述的发泡PU布优选为0.25mm厚发泡PU布，贴合成型进入70℃烘箱进行第一烘烤5，烘烤20min，烘干成型，形成玻璃纤维PU复合层。
C、将步骤A制得的聚氨酯涂料与去离子水按重量比100:20-25混合，根据气候温度的变化进行调整。将制得的聚氨酯涂料通过逆涂6均匀涂布在玻璃纤维层表面上，形成聚氨酯涂层，涂层厚度控制为0.07-0.1mm。然后将直径40μm-45μm的玻璃微珠通过喷砂10喷在涂层表面。喷砂工艺可由市售喷砂机实现，喷砂完成后，将材料进行第二烘烤7，将材料放入60℃下烘箱烘烤20min，烘干成型即完成玻璃微珠与聚氨酯涂层表面的复合，即得到预成品，在预成品中，玻璃微珠与聚氨酯涂层形成聚氨酯耐磨微珠层。
D、复合材料后处理：将烘烤完成的材料进行冷却切边8，第三收卷9收卷后即得到聚氨酯增强复合材料。
按照配置100公斤聚氨酯涂料，其中，A组分中，增稠剂为丙二醇甲醚，消泡剂为丙烯酸聚合物，流平剂为丙二醇甲醚乙酸酯，成膜助剂为二丙二醇甲醚，色粉为无机色粉，填料为滑石粉；B组分中，固化剂为多异氰酸酯预聚体，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。实施例2的聚氨酯涂料组分配比如表1。
根据以上方法得到的聚氨酯增强复合材料，包括由上而下依次复合的聚氨酯耐磨微珠层和玻璃纤维PU复合层。聚氨酯耐磨微珠层包括玻璃微珠复合层和聚氨酯耐磨层；所述的玻璃微珠复合层设于聚氨酯耐磨层上表面，所述的玻璃微珠复合层由直径为40μm-45μm的玻璃微珠复合聚氨酯涂层制成，所述的聚氨酯耐磨层厚度为0.07-0.1mm。所述的玻璃纤维PU复合层包括聚氨酯增强玻璃纤维层和发泡PU布层；所述的聚氨酯增强玻璃纤维层覆盖在发泡PU布层之上；所述的聚氨酯增强玻璃纤维层由玻璃纤维浸润聚氨酯涂料而成，所述的聚氨酯增强玻璃纤维层厚度0.25mm-0.3mm。
实施例3
一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，结合图1所示，包括以下步骤，
A、制备聚氨酯涂料：分别制作聚氨酯分散体组分和固化剂组分，将聚氨酯分散体组分和固化剂组分混合，制得聚氨酯涂料，
B、用步骤A制得的聚氨酯涂料对玻璃纤维布进行浸润处理，即将聚氨酯涂料加入储存料槽，将玻璃纤维布通过第一放卷1展开进入储存料槽与聚氨酯涂料进行浸润2，浸润时间14-20min,根据气候温度条件调整时间，浸润后的玻璃纤维厚度在0.25mm-0.3mm。处理完成后，第二放卷3展开发泡PU布，将玻璃纤维布通过挤压复合4覆盖在发泡PU布上表面上，所述的发泡PU布优选为0.25mm厚发泡PU布，贴合成型进入90℃烘箱进行第一烘烤5，烘烤30min，烘干成型，形成玻璃纤维PU复合层。
C、将步骤A制得的聚氨酯涂料与去离子水按重量比100:20-25混合，根据气候温度的变化进行调整。将制得的聚氨酯涂料逆涂6均匀涂布在玻璃纤维层表面上，形成聚氨酯涂层，涂层厚度控制为0.07-0.1mm。涂布完成后，将材料进行第二烘烤7，将材料放入80℃下烘箱烘烤30min。烘干处理后聚氨酯涂层即形成聚氨酯耐磨层，得到预成品。
D、复合材料后处理：将烘烤完成的材料进行冷却切边8，第三收卷9收卷后即得到聚氨酯增强复合材料。
按照配置100公斤聚氨酯涂料，其中，A组分中，增稠剂为丙二醇甲醚，消泡剂为丙烯酸聚合物，流平剂为丙二醇甲醚乙酸酯，成膜助剂为二丙二醇甲醚，色粉为无机色粉，填料为滑石粉；B组分中，固化剂为多异氰酸酯预聚体，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。实施例3的聚氨酯涂料组分配比如表1。
根据以上方法得到的聚氨酯增强复合材料，包括由上而下依次复合的聚氨酯耐磨层和玻璃纤维PU复合层。所述的聚氨酯耐磨层厚度为0.07-0.1mm。所述的玻璃纤维PU复合层包括聚氨酯增强玻璃纤维层和发泡PU布层；所述的聚氨酯增强玻璃纤维层由玻璃纤维浸润聚氨酯涂料而成；所述的聚氨酯增强玻璃纤维层厚度为0.25mm-0.3mm。
实施例4
一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，结合图2所示，包括以下步骤，
A、制备聚氨酯涂料：分别制作聚氨酯分散体组分和固化剂组分，将聚氨酯分散体组分和固化剂组分混合，制得聚氨酯涂料，
B、用步骤A制得的聚氨酯涂料对玻璃纤维布进行浸润处理，即将聚氨酯涂料加入储存料槽，将玻璃纤维布通过第一放卷1展开进入储存料槽与聚氨酯涂料进行浸润2，浸润时间14-20min,根据气候温度条件调整时间，浸润后的玻璃纤维厚度在0.25mm-0.3mm。处理完成后，第二放卷3展开发泡PU布，将玻璃纤维布通过挤压复合4覆盖在发泡PU布上表面上，所述的发泡PU布优选为0.25mm厚发泡PU布，贴合成型进入95℃烘箱进行第一烘烤5，烘烤32min，烘干成型，形成玻璃纤维PU复合层。
C、将步骤A制得的聚氨酯涂料与去离子水按重量比100:20-25混合，根据气候温度的变化进行调整。将制得的聚氨酯涂料通过逆涂6均匀涂布在玻璃纤维层表面上，形成聚氨酯涂层，涂层厚度控制为0.07-0.1mm。然后将直径40μm-45μm的玻璃微珠通过喷砂10喷在涂层表面。喷砂工艺可由市售喷砂机实现，喷砂完成后，将材料进行第二烘烤7，将材料放入85℃下烘箱烘烤32min，烘干成型即完成玻璃微珠与聚氨酯涂层表面的复合，即得到预成品，在预成品中，玻璃微珠与聚氨酯涂层形成聚氨酯耐磨微珠层。
D、复合材料后处理：将烘烤完成的材料进行冷却切边8，第三收卷9收卷后即得到聚氨酯增强复合材料。
按照配置100公斤聚氨酯涂料，其中，A组分中，增稠剂为丙二醇甲醚，消泡剂为丙烯酸聚合物，流平剂为丙二醇甲醚乙酸酯，成膜助剂为二丙二醇甲醚，色粉为无机色粉，填料为滑石粉；B组分中，固化剂为多异氰酸酯预聚体，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯。实施例4的聚氨酯涂料组分配比如表1。
根据以上方法得到的聚氨酯增强复合材料，包括由上而下依次复合的聚氨酯耐磨微珠层和玻璃纤维PU复合层。聚氨酯耐磨微珠层包括玻璃微珠复合层和聚氨酯耐磨层；所述的玻璃微珠复合层设于聚氨酯耐磨层上表面，所述的玻璃微珠复合层由直径为40μm-45μm的玻璃微珠复合聚氨酯涂层制成，所述的聚氨酯耐磨层厚度为0.07-0.1mm。所述的玻璃纤维PU复合层包括聚氨酯增强玻璃纤维层和发泡PU布层；所述的聚氨酯增强玻璃纤维层覆盖在发泡PU布层之上；所述的聚氨酯增强玻璃纤维层由玻璃纤维浸润聚氨酯涂料而成，所述的聚氨酯增强玻璃纤维层厚度0.25mm-0.3mm。
测试例1
将实施例1-4所制得的复合材料，进行通用性能和使用性能测试。其中，按照CB/T531.1测试硬度；按照GB/T523测试撕裂强度；按照GB/T9867测试耐磨性能；按照GB/T11982.1-2015测试加热翘曲、色牢度和残余凹陷。所得结果见表2。
对比例1-2
选取市售PVC复合贴面材料作为对比例1，选取发明专利[CN201010593665.X]所述的PVC复合柔性贴面材料作为对比例2。将对比例1和对比例2按照测试例1方法进行测试。所得结果见表2。
表2实施例1-4及对比例1-2性能测试结果
Figure BDA0002157265080000101
由表2可知，实施例1-4的耐磨性已达p级，卷材地板耐磨性P级为2.0＜Fv≤4.0。使用性能测试已达聚氯乙烯商业级33，交通使用频率重度标准，略优于市售PVC复合贴面材料。即本发明制得的聚氨酯增强复合材料达到聚氯乙烯商业使用标准，可以大规模商业使用。其中，实施例2和实施例4硬度优于实施例1和实施例3，推测为添加玻璃微珠的效果。综合来看，聚氨酯增强复合材料的优选组分为：按重量份计，A组分：水性聚氨酯分散体，30-40％；丙烯酸分散体，30-40％；增稠剂，4％-6％；消泡剂，0.5％-1％；流平剂，0.1-0.5％；成膜助剂，0.5-1％；色粉，1-5％；余下部分矿物填料补齐。B组分：固化剂，80％；溶剂，20％。A组分、B组分优选重量比为A:B＝10:3-4。
测试例2
将实施例2中制备的聚氨酯涂料进行玻璃纤维布的结合度测试，选取475g实施例2中制备的聚氨酯涂料在0.25mm厚印花玻璃纤维毡布上做0.4mm涂层，实验室条件下无外压力进行测试。所得结果见表3。
对比例3-4
选取市售环氧涂料作为对比例3，选取发明专利[CN201010593665.X]所述的环氧涂料作为对比例4，选取按照测试例2方法进行玻璃纤维布的结合度测试，所得结果见表3。
表3实施例2及对比例3、4与玻璃纤维布的结合度测试结果
Figure BDA0002157265080000111
由表3可知，实施例2制备的聚氨酯涂料与玻璃纤维布结合度好，完全浸润时间短，浸润后厚度增加不明显，气泡含量少，图案无迁移。而对比例3中的印花玻璃纤维毡布浸润速度和程度都较差，对比例4中发生了图案按迁移，都无法作为玻璃纤维布的浸润剂使用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
A、制备聚氨酯涂料：分别制作聚氨酯分散体组分和固化剂组分，将聚氨酯分散体组分和固化剂组分混合，制得聚氨酯涂料，
B、用步骤A制得的聚氨酯涂料对玻璃纤维布进行浸润处理，处理完成后，将玻璃纤维布覆盖在发泡PU布上表面上，烘干成型后形成玻璃纤维PU复合层，
C、将步骤A制得的聚氨酯涂料用去离子水稀释后均匀涂布在玻璃纤维PU复合层的上表面上形成聚氨酯涂层，烘干处理后聚氨酯涂层即形成聚氨酯耐磨层，得到预成品，
D、复合材料后处理：将预成品冷却切边，收卷后即得到聚氨酯增强复合材料，
步骤A中的聚氨酯分散体组分按重量份计，包括以下原料，
Figure FDA0003329141410000011
步骤A中的固化剂组分按重量份计，包括以下原料，
固化剂 75-85份，
溶剂 15-25份；
步骤A中的聚氨酯分散体组分和固化剂组分重量比为10:3-5。
2.根据权利要求1所述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤B中，将浸润完成的玻璃纤维布挤压复合在发泡PU布上表面上，贴合成型后在65℃-95℃条件下烘干18-32min，烘干成型即形成玻璃纤维PU复合层。
3.根据权利要求1所述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤C中，聚氨酯涂层形成后，将玻璃微珠均匀喷洒在聚氨酯涂层表面上，烘干处理后，得到预成品。
4.根据权利要求3所述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤C中，将玻璃微珠通过喷砂工艺均匀喷洒在聚氨酯涂层表面，喷砂完成后，在55-85℃条件下烘干18-32min，烘干成型即完成玻璃微珠与聚氨酯涂层表面的复合，即得到预成品。
5.根据权利要求4所述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，其特征在于，在预成品中，玻璃微珠与聚氨酯涂层形成聚氨酯耐磨微珠层，玻璃微珠的直径为40μm-45μm。
6.根据权利要求4所述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，其特征在于，在预成品中，所述的聚氨酯涂层厚度为0.07-0.1mm,所述的聚氨酯增强玻璃纤维层厚度为0.25mm-0.3mm。
7.根据权利要求1所述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤C中，聚氨酯涂料与去离子水按重量比100:20-25进行稀释。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种聚氨酯增强复合材料的制备方法制备的聚氨酯增强复合材料。
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