本發(fā)明涉及一種復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體(e-tpu)發(fā)泡材料的成型工藝，具體涉及一種利用超臨界co2二次發(fā)泡技術(shù)制備復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的成型工藝，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
將不同的聚合物共混，不僅可顯著改善原聚合物的性能，還可以極大地降低聚合物材料開發(fā)和研制過程中的費用，廣泛應(yīng)材料改性領(lǐng)域。而傳統(tǒng)的熔融共混改性方法中填料的分散性較差，并且不利于環(huán)保。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對上述的問題提供一種復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的成型工藝，這種成型工藝制得的復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的彈性大、密度小。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的成型工藝，所述的成型工藝包括如下步驟：
s1、將熱塑性聚氨酯彈性體置于高壓釜中，通入二氧化碳，使高壓釜中壓力為7-15mpa，溫度為30-40℃，在此狀態(tài)下滲透2-5h后泄壓，泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體進(jìn)行一次發(fā)泡處理，得發(fā)泡顆粒；
s2、將填料與發(fā)泡顆粒添加到高壓釜中，通入二氧化碳并加壓，使壓強(qiáng)為20-40mpa，溫度為40-80℃，在此狀態(tài)下滲透2-5h后泄壓，泄壓完畢后進(jìn)行二次發(fā)泡處理，得熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒；
s3、將熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒進(jìn)行蒸汽模壓成型，制備得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料。
本發(fā)明的成型方法中先利用超臨界co2超強(qiáng)的溶解與滲透能力以及一次發(fā)泡，將熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的泡孔變大，熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料體內(nèi)產(chǎn)生10-80μm不等的泡孔，基體體積擴(kuò)大為6-8倍，這種基體結(jié)構(gòu)有利于超臨界co2攜帶填料進(jìn)入，因此利用超臨界co2超強(qiáng)的溶解與滲透能力將填料與發(fā)泡后熱塑性聚氨酯彈性體復(fù)合，將填料遷移到熱塑性聚氨酯彈性體內(nèi)均勻分散，經(jīng)二次發(fā)泡處理得到tpu顆粒，最后模壓制成制品。在二次發(fā)泡工藝中，由于超臨界co2超強(qiáng)的溶解與滲透能力，填料可溶于超臨界co2中，又由于一次發(fā)泡后基體的結(jié)構(gòu)十分有利于超臨界co2進(jìn)入，所以超臨界co2會攜帶填料遷移進(jìn)入熱塑性聚氨酯彈性體基體內(nèi)，在一定溫度和壓力下滲透一段時間后，緩慢泄壓，此時攜帶進(jìn)去的填料留在基體內(nèi)，再在一定溫度下二次發(fā)泡得到復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體聚氨酯發(fā)泡顆粒。本發(fā)明成型方法中不需要用水，帶入進(jìn)去的染料或填料的分散性十分優(yōu)良，經(jīng)發(fā)泡處理后分散性不變差，對材料的改性效果好于一般的熔融共混改性，可應(yīng)用于染色領(lǐng)域，解決了傳統(tǒng)染色行業(yè)染料染色的水污染問題難題，應(yīng)用在材料改性領(lǐng)域，解決了傳統(tǒng)熔融共混材料分散性較差的缺點。
在上述復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的成型工藝中，步驟s1中高壓釜中的壓力為10-14mpa，溫度32-35℃。第一次發(fā)泡的主要目的是讓基體產(chǎn)生泡孔，所以不需要高壓高溫，在10-14mpa，32-35℃即可完成。
在上述復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的成型工藝中，步驟s1中一次發(fā)泡處理的溫度為80-140℃。作為優(yōu)選，一次發(fā)泡處理的溫度為100-130℃。不同材料的發(fā)泡溫度會有所不同，在本發(fā)明中若第一次發(fā)泡處理的溫度過高，則會導(dǎo)致材料發(fā)泡過大而爆裂，溫度過低則發(fā)泡的倍率不夠。
在上述復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的成型工藝中，步驟s2中高壓釜中的壓力為25-35mpa，溫度50-60℃。第二次因為要攜帶填料進(jìn)去，溫度和壓力越高，超臨界co2的滲透能力越好，所以要比第一次發(fā)泡的壓力和溫度高。在上述復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的成型工藝中，步驟s2中二次發(fā)泡處理的溫度為60-120℃。作為優(yōu)選，二次發(fā)泡處理的溫度為80-100℃。在本發(fā)明中若第二次發(fā)泡溫度過高的話，材料會發(fā)得過大而爆裂，溫度過低則發(fā)泡的倍率會不夠。
且一次發(fā)泡處理的溫度均高于二次發(fā)泡處理的溫度10-20℃。
由于第一次發(fā)泡時候已經(jīng)產(chǎn)生泡孔，若第二次發(fā)泡處理的溫度與第一次相同，則會導(dǎo)致材料發(fā)得過大進(jìn)而爆裂，所以第二次發(fā)泡處理的溫度要低于第一次發(fā)泡處理的溫度。
本發(fā)明所述的填料可以為染料等常規(guī)的填料。
在上述復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的成型工藝中，所述的蒸汽模壓成型中的壓力為0.1-0.8mpa。
具體為先將模具進(jìn)行預(yù)熱，使模具的表面溫度達(dá)到發(fā)泡tpu的熔點；熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒由料槍打入模具腔體內(nèi)，然后通入高壓蒸汽，此時關(guān)閉一邊的冷凝水閥，打開蒸汽進(jìn)汽閥。同時，使相對面的蒸汽進(jìn)汽閥關(guān)閉，冷凝水閥打開，以使蒸汽從相反的方向噴出。在一定壓力下，各個顆粒表面相互熔融粘合制得制品。通蒸汽一定時間后，通冷卻水冷卻，冷卻一定時間后脫模并烘干定型。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明二次發(fā)泡遷移制備彩色及復(fù)合e-tpu材料是基于超臨界二氧化碳超強(qiáng)的溶解和滲透能力，把染料及填料遷移進(jìn)入熱塑性聚氨酯彈性體材料基體內(nèi)，后經(jīng)純物理發(fā)泡制備，整個過程環(huán)保無污染，所制備得到的材料彈性大、密度小，并且不同于傳統(tǒng)材料改性熔融共混的加工方法，故染料及填料在熱塑性聚氨酯彈性體基體內(nèi)分散性良好，制品的整體性能好于傳統(tǒng)熔融共混方法加工的制品。
附圖說明
圖1為本發(fā)明復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料成型工藝中填料遷移滲透發(fā)泡的過程。
圖中，1、填料；2、超臨界co2；3、e-tpu；4、氣泡孔。
具體實施方式
以下是本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
如圖1所示，本發(fā)明的成型方法是先利用超臨界co2超強(qiáng)的溶解與滲透能力以及一次發(fā)泡，使超臨界co2攜帶填料遷移進(jìn)入發(fā)泡后的熱塑性聚氨酯彈性體基體內(nèi)(圖1a)；填料在熱塑性聚氨酯彈性體內(nèi)均勻分散，達(dá)到飽和狀態(tài)(圖1b)；緩慢泄壓，co2溢出，填料留在發(fā)泡顆粒內(nèi)部(圖1c)；最后二次發(fā)泡得到復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體聚氨酯發(fā)泡顆粒(圖1d)。
實施例1
將熱塑性聚氨酯彈性體與置于高壓釜體中，通入co2，控制溫度壓力使反應(yīng)釜的壓強(qiáng)達(dá)到12mpa，溫度33℃，在此狀態(tài)下滲透3h后泄壓，泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體在120℃條件下發(fā)泡，制得一次發(fā)泡顆粒。
將發(fā)泡后的熱塑性聚氨酯彈性體顆粒和分散性染料分散紅343置于高壓釜體中，通入二氧化碳并加壓，使壓強(qiáng)達(dá)到30mpa，溫度55℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。如圖1所示，染料先溶于超臨界co2，然后超臨界co2將染料帶入一次發(fā)泡顆粒內(nèi)，在此狀態(tài)下保壓滲透3h，控制工藝緩慢泄壓，使基料中分散性染料不隨co2排出并均勻分散于熱塑性聚氨酯彈性體內(nèi)。泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體/染色填料在90℃條件下進(jìn)行二次發(fā)泡處理，得到彩色熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒。再將經(jīng)彩色熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒由料槍打入模具腔體內(nèi)，然后通入高壓蒸汽，蒸汽壓力為0.44mpa，此時關(guān)閉一邊的冷凝水閥，打開蒸汽進(jìn)汽閥。同時，使相對面的蒸汽進(jìn)汽閥關(guān)閉，冷凝水閥打開，以使蒸汽從相反的方向噴出。在壓力下，各個顆粒表面相互熔融粘合制得制品。通蒸汽15秒后，通冷卻水冷卻100秒，然后脫模并烘干定型，得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料。該得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的密度為0.18g/cm3，強(qiáng)度40a，平均泡孔尺寸能夠達(dá)到29.5μm，泡孔密度能夠達(dá)到1.77×107cells/cm3，上色率85％，染色效果良好，無色差。
實施例2
將熱塑性聚氨酯彈性體與置于高壓釜體中，通入co2，控制溫度壓力使反應(yīng)釜的壓強(qiáng)達(dá)到12mpa，溫度35℃，在此狀態(tài)下滲透4h后泄壓，泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體在110℃條件下發(fā)泡，制得一次發(fā)泡顆粒。
將發(fā)泡后的熱塑性聚氨酯彈性體顆粒和普通填料置于高壓釜體中，通入二氧化碳并加壓，使壓強(qiáng)達(dá)到30mpa，溫度60℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。如圖1所示，填料先溶于超臨界co2，然后超臨界co2將填料帶入一次發(fā)泡顆粒內(nèi)，在此狀態(tài)下保壓滲透4h，控制工藝緩慢泄壓，使基料中填料不隨co2排出并均勻分散于熱塑性聚氨酯彈性體內(nèi)。泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體/染色填料在100℃條件下進(jìn)行二次發(fā)泡處理，得到熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒。再將熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒由料槍打入模具腔體內(nèi)，然后通入高壓蒸汽，蒸汽壓力為0.4mpa，此時關(guān)閉一邊的冷凝水閥，打開蒸汽進(jìn)汽閥。同時，使相對面的蒸汽進(jìn)汽閥關(guān)閉，冷凝水閥打開，以使蒸汽從相反的方向噴出。在壓力下，各個顆粒表面相互熔融粘合制得制品。通蒸汽30秒后，通冷卻水冷卻120秒，然后脫模并烘干定型，得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料。該得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的密度為0.22g/cm3，平均泡孔尺寸能夠達(dá)到29.5μm，泡孔密度能夠達(dá)到1.77×107cells/cm3，平均泡孔尺寸能夠達(dá)到28.8μm，泡孔密度能夠達(dá)到1.72×107cells/cm3，強(qiáng)度55a。
實施例3
將熱塑性聚氨酯彈性體與置于高壓釜體中，通入co2，控制溫度壓力使反應(yīng)釜的壓強(qiáng)達(dá)到10mpa，溫度32℃，在此狀態(tài)下滲透4h后泄壓，泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體在100℃條件下發(fā)泡，制得一次發(fā)泡顆粒。
將發(fā)泡后的熱塑性聚氨酯彈性體顆粒和普通填料置于高壓釜體中，通入二氧化碳并加壓，使壓強(qiáng)達(dá)到25mpa，溫度50℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。如圖1所示，填料先溶于超臨界co2，然后超臨界co2將填料帶入一次發(fā)泡顆粒內(nèi)，在此狀態(tài)下保壓滲透4h，控制工藝緩慢泄壓，使基料中填料不隨co2排出并均勻分散于熱塑性聚氨酯彈性體內(nèi)。泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體/染色填料在80℃條件下進(jìn)行二次發(fā)泡處理，得到熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒。再將熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒由料槍打入模具腔體內(nèi)，然后通入高壓蒸汽，蒸汽壓力為0.42mpa，此時關(guān)閉一邊的冷凝水閥，打開蒸汽進(jìn)汽閥。同時，使相對面的蒸汽進(jìn)汽閥關(guān)閉，冷凝水閥打開，以使蒸汽從相反的方向噴出。在壓力下，各個顆粒表面相互熔融粘合制得制品。通蒸汽20秒后，通冷卻水冷卻120秒，然后脫模并烘干定型，得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料。該得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的密度0.23g/cm3，平均泡孔尺寸能夠達(dá)到28.9μm，泡孔密度能夠達(dá)到1.69×107cells/cm3，強(qiáng)度65a，強(qiáng)度得到增強(qiáng)。
實施例4
將熱塑性聚氨酯彈性體與置于高壓釜體中，通入co2，控制溫度壓力使反應(yīng)釜的壓強(qiáng)達(dá)到14mpa，溫度35℃，在此狀態(tài)下滲透3h后泄壓，泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體在130℃條件下發(fā)泡，制得一次發(fā)泡顆粒。
將發(fā)泡后的熱塑性聚氨酯彈性體顆粒和普通填料置于高壓釜體中，通入二氧化碳并加壓，使壓強(qiáng)達(dá)到35mpa，溫度60℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。如圖1所示，填料先溶于超臨界co2，然后超臨界co2將填料帶入一次發(fā)泡顆粒內(nèi)，在此狀態(tài)下保壓滲透3h，控制工藝緩慢泄壓，使基料中填料不隨co2排出并均勻分散于熱塑性聚氨酯彈性體內(nèi)。泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體/染色填料在95℃條件下進(jìn)行二次發(fā)泡處理，得到熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒。再將熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒由料槍打入模具腔體內(nèi)，然后通入高壓蒸汽，蒸汽壓力為0.5mpa，此時關(guān)閉一邊的冷凝水閥，打開蒸汽進(jìn)汽閥。同時，使相對面的蒸汽進(jìn)汽閥關(guān)閉，冷凝水閥打開，以使蒸汽從相反的方向噴出。在壓力下，各個顆粒表面相互熔融粘合制得制品。通蒸汽10秒后，通冷卻水冷卻80秒，然后脫模并烘干定型，得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料。該得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的密度0.23g/cm3，平均泡孔尺寸能夠達(dá)到28.7μm，泡孔密度能夠達(dá)到1.71×107cells/cm3，強(qiáng)度60a，強(qiáng)度得到增強(qiáng)。
實施例5
將熱塑性聚氨酯彈性體與置于高壓釜體中，通入co2，控制溫度壓力使反應(yīng)釜的壓強(qiáng)達(dá)到7mpa，溫度30℃，在此狀態(tài)下滲透5h后泄壓，泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體在80℃條件下發(fā)泡，制得一次發(fā)泡顆粒。
將發(fā)泡后的熱塑性聚氨酯彈性體顆粒和分散性染料分散紅343置于高壓釜體中，通入二氧化碳并加壓，使壓強(qiáng)達(dá)到20mpa，溫度40℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。在此狀態(tài)下保壓滲透5h，控制工藝緩慢泄壓，使基料中分散性染料不隨co2排出并均勻分散于熱塑性聚氨酯彈性體內(nèi)。泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體/染色填料在60℃條件下進(jìn)行二次發(fā)泡處理，得到彩色熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒。再將經(jīng)彩色熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒由料槍打入模具腔體內(nèi)，然后通入高壓蒸汽，蒸汽壓力為0.1mpa，此時關(guān)閉一邊的冷凝水閥，打開蒸汽進(jìn)汽閥。同時，使相對面的蒸汽進(jìn)汽閥關(guān)閉，冷凝水閥打開，以使蒸汽從相反的方向噴出。在壓力下，各個顆粒表面相互熔融粘合制得制品。通蒸汽40秒后，通冷卻水冷卻140秒，然后脫模并烘干定型，得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料。該得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的密度0.26g/cm3，平均泡孔尺寸能夠達(dá)到29.2μm，泡孔密度能夠達(dá)到1.7×107cells/cm3，強(qiáng)度40a，上色率60％，稍有色差。
實施例6
將熱塑性聚氨酯彈性體與置于高壓釜體中，通入co2，控制溫度壓力使反應(yīng)釜的壓強(qiáng)達(dá)到15mpa，溫度40℃，在此狀態(tài)下滲透2h后泄壓，泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體在140℃條件下發(fā)泡，制得一次發(fā)泡顆粒。
將發(fā)泡后的熱塑性聚氨酯彈性體顆粒和普通染料置于高壓釜體中，通入二氧化碳并加壓，使壓強(qiáng)達(dá)到40mpa，溫度80℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)。在此狀態(tài)下保壓滲透2h，控制工藝緩慢泄壓，使基料中分散性染料不隨co2排出并均勻分散于熱塑性聚氨酯彈性體內(nèi)。泄壓完畢后將熱塑性聚氨酯彈性體/染色填料在120℃條件下進(jìn)行二次發(fā)泡處理，得到彩色熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒。再將經(jīng)彩色熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡顆粒由料槍打入模具腔體內(nèi)，然后通入高壓蒸汽，蒸汽壓力為0.8mpa，此時關(guān)閉一邊的冷凝水閥，打開蒸汽進(jìn)汽閥。同時，使相對面的蒸汽進(jìn)汽閥關(guān)閉，冷凝水閥打開，以使蒸汽從相反的方向噴出。在壓力下，各個顆粒表面相互熔融粘合制得制品。通蒸汽5秒后，通冷卻水冷卻40秒，然后脫模并烘干定型，得復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料。該復(fù)合熱塑性聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的密度0.26g/cm3，平均泡孔尺寸能夠達(dá)到28.7μm，泡孔密度能夠達(dá)到1.66×107cells/cm3，強(qiáng)度45a，上色率55％，稍有色差。
現(xiàn)有技術(shù)中熔融共混改性方法制得的聚氨酯彈性體發(fā)泡材料的0.30g/cm3，強(qiáng)度30-60a，發(fā)泡后密度較大，色差明顯。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(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)人員可以對所描述的具體實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。
盡管對本發(fā)明已作出了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。