CN117362982A - 一种机器人手臂用电缆护套料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人手臂用电缆护套料及其制备方法，属于电缆护套材料技术领域。所述电缆护套料包括以下原料：TPU、耐温助剂、交联剂和辅助剂；所述耐温助剂包括以下步骤制成：将大分子二元醇、第一次加入的耐热二元胺、催化剂和二异氰酸酯混合后，在75‑95℃下搅拌反应2‑3h，随后加入有机溶剂，搅拌混合后，再加入剩余耐热二元胺，进行扩链反应停止反应，减压旋蒸，得耐温助剂。本发明向TPU基料中引入了耐温助剂，所述耐温助剂与基体树脂相容性良好，加工性能良好，无需相容剂的引入；所述耐温助剂的引入不但使所得的电缆护套料具有耐高温性能；另一方面提高所得TPU电缆护套料优异的阻燃性能。

Description

一种机器人手臂用电缆护套料及其制备方法

技术领域

本发明属于电缆护套材料技术领域，具体地，涉及一种机器人手臂用电缆护套料及其制备方法。

背景技术

机器人手臂用的电缆护套料广泛应用于工业制造中电动工具打磨或点焊场景的机器人手臂。其性能一方面要满足机器人手臂灵活的弯曲应变场景，另一方面要满足点焊的高温的安全要求。而现有市场上的电缆护套材料的温度可耐范围为(-40℃)-80℃，无法满足机器人手臂用的电缆耐高温的使用要求。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种机器人手臂用电缆护套料及其制备方法，在满足电缆护套料的弹性需求下，提高电缆护套料的耐高温性能。

本发明的第一个目的在于提供一种机器人手臂用电缆护套料。

所述机器人手臂用电缆护套料包括以下重量份原料：TPU 60-80％、耐温助剂10-30％、交联剂6-15％、余量为辅助剂。

进一步地，所述耐温助剂包括以下步骤制成：

将大分子二元醇、第一次加入的耐热二元胺、催化剂和二异氰酸酯混合后，在75-95℃下搅拌反应2-3h，随后加入有机溶剂，搅拌混合后，再加入剩余耐热二元胺，进行扩链反应1-1.5h，停止反应，减压旋蒸，得耐温助剂。

进一步地，所述大分子二元醇、耐热二元胺、催化剂和二异氰酸酯的质量比为35-65:8-18:0.01-0.04:16-25。

进一步地，所述第一次加入的耐热二元胺占总耐热二元胺质量的65-80％。

进一步地，所述有机溶剂的加入质量为所述大分子二元醇、耐热二元胺、催化剂和二异氰酸酯总质量的0.4-1.3倍。

进一步地，所述大分子二元醇为聚乙二酸乙二醇酯二醇、聚乙二酸丁二醇酯二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚四氢呋喃醚二醇，聚己内酯二醇和聚碳酸酯二醇中的一种或几种的任意比的混合，为耐温助剂提供软性链，保证耐温助剂的弹性。

进一步地，所述大分子二元醇的分子量为1000-3000。

进一步地，所述催化剂为本技术领域人员熟知的聚氨酯合成催化剂，如二月桂酸二丁基锡、辛酸钾、辛酸亚锡等。

进一步地，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸中的一种或几种任意比的组合。

进一步地，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种。

进一步地，所述耐热二胺包括以下步骤制成：

步骤一、将三聚氯氰、四氢呋喃和碳酸钾混合后，冰水浴下缓慢加入全氟己基乙醇，加入完全后，升至40-65℃，继续搅拌6-12h，停止反应，反应体系过滤，滤液旋蒸，获得第一反应物，其中，所述三聚氯氰、碳酸钾、全氟己基乙醇的摩尔比为1-1.2:1-1.2:1；

步骤二、将第一反应物、四氢呋喃和碳酸钾混合后，冰水浴下加入对羟基苯甲酸甲酯，加入完全后升温至60-75℃，继续搅拌8-16h，停止反应，反应体系过滤，滤液旋蒸，获得第二反应物，其中，所述第一反应物、碳酸钾、全氟己基乙醇的摩尔比为1:2-2.2:2-2.2；

步骤三、将第二反应物、氢氧化钠和二甲基亚砜混合均匀后，加入1,4-丁二胺，加压至5个标准大气压，在80-95℃下，搅拌反应3-5h，停止反应，降温减压旋干，然后用水洗涤，干燥，获得耐热二胺，其中，所述第二反应物、氢氧化钠、1,4-丁二胺的摩尔比为1:2-2.2:2-2.2。

在耐热二胺的制备过程中，以三聚氯氰为反应物，先后对其进行一次醚化反应引入含氟链，二次醚化反应引入苯甲酰酯基，利用伯胺和酯基的交换反应引入酰胺结构，具体反应过程如下所示，可知耐热二胺中含有苯基三嗪结构和含氟链结构，上述两种结构均具有耐高温稳定性，进而所得耐热二胺具有优异的耐高温稳定性。

进一步地，所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三甲代烯丙基异氰酸酯中任意几种的混合物。

进一步地，为提高所述机器人手臂用电缆护套料的抗氧化性能和/或抗紫外性能和/或耐黄变性能，向所述机器人手臂用电缆护套料中添加所述辅助剂，故，所述辅助剂包括抗氧化剂和/或抗紫外线剂和/或抗黄变剂；

所述抗氧化剂、所述抗紫外线剂和所述抗黄变剂均为本领域技术人员熟知的TPU树脂添加剂，其种类和添加量本发明不作限定。

本发明的第二目的在于提供一种机器人手臂用电缆护套料的制备方法，所述制备方法包括：

将TPU、耐温助剂、交联剂和辅助剂加入螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒，即可。

本发明的有益效果：

本发明选用TPU为基体树脂，以保证机器人手臂用电缆护套料整体的弹性性能，为提高TPU的耐高温性能和阻燃性能，本发明向TPU基料中引入了耐温助剂，且所述耐温助剂由大分子二元醇、耐热二元胺和二异氰酸酯再催化剂作用下经溶液聚合形成，与基体树脂同属聚氨酯类化合物，二者相容性良好，加工性能良好，无需相容剂的引入，其中，耐热二元胺以二次添加的方式加入溶液聚合体系中，是其既为耐温助剂的原料，又为耐温助剂的扩链剂，使得所述耐温助剂的合成机理为以大分子二元醇为软性链，以耐热二胺和二异氰酸酯为硬性链，使得合成耐热性能好的预聚物，然后再以耐热二胺为扩链剂，获得耐温助剂预聚物，从预聚物和扩链剂双重保证了所得耐温助剂最终的耐热性能，进而使所得的电缆护套料具有耐高温性能；所述耐热二胺的分子结构中含有含氟链、三聚氯氰和苯酰胺结构，其中，氟链作为氟系阻燃剂，三聚氯氰作为但系阻燃剂，使所得的耐温助剂富有阻燃性能，进而提高所得TPU电缆护套料优异的阻燃性能，且含氟链提高了电缆护套料的耐油性能，更能适应机器人手臂经常接触道润滑油应用场景。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

耐热二胺的制备：

步骤一、将0.1mol三聚氯氰、120mL四氢呋喃和0.12mol碳酸钾混合后，冰水浴下缓慢加入0.1mol全氟己基乙醇，加入完全后，升至65℃，继续搅拌6h，停止反应，反应体系过滤，滤液旋蒸，获得第一反应物；

步骤二、将0.1mol第一反应物、120mL四氢呋喃和0.22mol碳酸钾混合后，冰水浴下加入0.22mol对羟基苯甲酸甲酯，加入完全后升温至60℃，继续搅拌16h，停止反应，反应体系过滤，滤液旋蒸，获得第二反应物；

步骤三、将0.1mol第二反应物、0.2mol氢氧化钠和130mL二甲基亚砜混合均匀后，加入0.2mol1,4-丁二胺，加压至5个标准大气压，在80℃下，搅拌反应5h，停止反应，降温减压旋蒸，获得固体用水洗涤，干燥，获得耐热二胺。

实施例2

耐热二胺的制备：

步骤一、将0.12mol三聚氯氰、120mL四氢呋喃和0.12mol碳酸钾混合后，冰水浴下缓慢加入0.1mol全氟己基乙醇，加入完全后，升至40℃，继续搅拌12h，停止反应，反应体系过滤，滤液旋蒸，获得第一反应物；

步骤二、将0.1mol第一反应物、120mL四氢呋喃和0.2mol碳酸钾混合后，冰水浴下加入0.2mol对羟基苯甲酸甲酯，加入完全后升温至75℃，继续搅拌8h，停止反应，反应体系过滤，滤液旋蒸，获得第二反应物；

步骤三、将0.1mol第二反应物、0.22mol氢氧化钠和130mL二甲基亚砜混合均匀后，加入0.22mol1,4-丁二胺，加压至5个标准大气压，在95℃下，搅拌反应3h，停止反应，降温减压旋蒸，获得固体用水洗涤，干燥，获得耐热二胺。

实施例3

耐温助剂的制备：

将55g聚四氢呋喃醚二醇、第一次加入11.7g的实施例1制备的耐热二元胺、0.04g二月桂酸二丁基锡和25g 1,6-六亚甲基二异氰酸混合后，在75℃下搅拌反应2h，再加入60gN,N-二甲基甲酰胺，搅拌混合后，再加入剩余6.3g耐热二元胺，进行扩链反应1.5h，停止反应，减压旋蒸，即得改性TPU树脂，其中，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000-3000。

实施例4

耐温助剂的制备：

将65g聚四氢呋喃醚二醇、第一次加入6.4g的实施例2制备的耐热二元胺、0.01g二月桂酸二丁基锡和16g 1,6-六亚甲基二异氰酸混合后，在95℃下搅拌反应2h，再加入100gN,N-二甲基甲酰胺，搅拌混合后，再加入剩余1.6g耐热二元胺，进行扩链反应1h，停止反应，减压旋蒸，即得改性TPU树脂，其中，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000-3000。

对比例1

耐温助剂的制备：

将55g聚四氢呋喃醚二醇、第一次加入11.7g的己二胺、0.04g二月桂酸二丁基锡和25g 1,6-六亚甲基二异氰酸混合后，在75℃下搅拌反应2h，再加入60g N,N-二甲基甲酰胺，搅拌混合后，再加入剩余6.3g己二元胺，进行扩链反应1.5h，停止反应，减压旋蒸，即得改性TPU树脂，其中，所述聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000-3000。

实施例5

电缆护套料的制备：

第一步、准备包括以下重量份原料：TPU 60％、耐温助剂30％、交联剂7％、余量为辅助剂；所述交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯；所述辅助剂为抗氧化剂，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；

第二步、将上述准备好的原料加入螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒，即可。

实施例6

电缆护套料的制备：

第一步、准备包括以下重量份原料：TPU 70％、耐温助剂18％、交联剂10％、余量为辅助剂；所述交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；所述辅助剂为抗氧化剂，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；

第二步、将上述准备好的原料加入螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒，即可。

实施例7

电缆护套料的制备：

第一步、准备包括以下重量份原料：TPU 80％、耐温助剂10％、交联剂6％、余量为辅助剂；所述交联剂为三甲代烯丙基异氰酸酯；所述辅助剂为抗氧化剂，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；

第二步、将上述准备好的原料加入螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒，即可。

对比例2

电缆护套料的制备：与实施例5相比，将耐温助剂等量份替换成对比例1制备的耐温助剂，其余相同。

对比例3

电缆护套料的制备：与实施例5相比，将耐温助剂量份替换成TPU树脂，其余相同。

实施例8

将实施例5-7和对比例3-5所得的粒料经过成型工艺制成护套材料，然后进行物性测试，所得结果如表1所示，其中，耐油性能测试：将各组待测样品分别置于I RM902号油中，70℃×168h浸泡后测试拉伸强度变化率，测试耐油性能。

表1

从表1中的数据可知，实施例5-7所得的电缆护套料的耐热性能明显高于对比例2-3所得的电缆护套料，说明本发明采用引入耐温助剂的方法解决了现有电缆护套料用的TPU树脂不耐热的问题；同时，实施例5-7所得的电缆护套料的阻燃性能(极限氧指数LO I值)和耐油性能均优于对比例2-3所得的电缆护套料；此外，在60-80％重量份TPU树脂的基础上，添加10-30％重量份的耐温助剂对电缆护套料的弹性性能影响较小，且能满足机器人手臂用电缆护套料应用场景对弹性性能的要求。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员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，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：包括以下重量份原料：TPU 60-80％、耐温助剂10-30％、交联剂6-15％、余量为辅助剂；

所述耐温助剂包括以下步骤制成：

将大分子二元醇、第一次加入的耐热二元胺、催化剂和二异氰酸酯混合后，在75-95℃下搅拌反应2-3h，随后加入有机溶剂，搅拌混合后，再加入剩余耐热二元胺，进行扩链反应1-1.5h，停止反应，减压旋蒸，得耐温助剂。

2.根据权利要求1所述的一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：所述大分子二元醇、耐热二元胺、催化剂和二异氰酸酯的质量比为35-65:8-18:0.01-0.04:16-25。

3.根据权利要求1所述的一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：所述第一次加入的耐热二元胺占总耐热二元胺质量的65-80％。

4.根据权利要求1所述的一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：所述有机溶剂的加入质量为所述大分子二元醇、耐热二元胺、催化剂和二异氰酸酯总质量的0.4-1.3倍。

5.根据权利要求1所述的一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：所述大分子二元醇为聚乙二酸乙二醇酯二醇、聚乙二酸丁二醇酯二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚四氢呋喃醚二醇，聚己内酯二醇和聚碳酸酯二醇中的一种或几种的任意比的混合。

6.根据权利要求1所述的一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：所述耐热二胺包括以下步骤制成：

步骤一、将三聚氯氰、四氢呋喃和碳酸钾混合后，冰水浴下缓慢加入全氟己基乙醇，加入完全后，升至40-65℃，继续搅拌6-12h，停止反应，经后处理，获得第一反应物；

步骤二、将第一反应物、四氢呋喃和碳酸钾混合后，冰水浴下加入对羟基苯甲酸甲酯，加入完全后升温至60-75℃，继续搅拌8-16h，停止反应，经后处理，获得第二反应物；

步骤三、将第二反应物、氢氧化钠和二甲基亚砜混合均匀后，加入1,4-丁二胺，加压至5个标准大气压，在80-95℃下，搅拌反应3-5h，停止反应，经后处理，获得耐热二胺。

7.根据权利要求6所述的一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：步骤一中，所述三聚氯氰、碳酸钾、全氟己基乙醇的摩尔比为1-1.2:1-1.2:1。

8.根据权利要求6所述的一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：步骤二中，所述第一反应物、碳酸钾、全氟己基乙醇的摩尔比为1:2-2.2:2-2.2。

9.根据权利要求6所述的一种机器人手臂用电缆护套料，其特征在于：步骤三中，所述第二反应物、氢氧化钠、1,4-丁二胺的摩尔比为1:2-2.2:2-2.2。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种机器人手臂用电缆护套料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括：

将TPU、耐温助剂、交联剂和辅助剂加入螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒，即可。