[发明专利]一种改性芳纶-热塑性聚氨酯复合材料的制备方法

摘要

本发明公开一种改性芳纶‑热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，通过二异氰酸酯、胺类化合物的酰胺化反应对芳纶改性，在芳纶表面引入氨基官能团及氨基甲酸酯，芳纶表面粗糙度增大、表面活性基团增多；通过正硅酸四乙酯、硅烷偶联剂改性氧化石墨烯，用于热塑性聚氨酯的纳米改性，可引入环氧官能团与芳纶表面的氨基官能团反应，改善芳纶与热塑性聚氨酯的界面性能及界面结合力，提高芳纶‑热塑性聚氨酯复合材料的力学性能。本发明利用热压法制得改性芳纶‑热塑性聚氨酯复合材料，其撕裂强度及界面间剥离强度最高分别达到170KN/m、200N/25mm。本发明对芳纶/热塑性聚氨酯复合材料的改性研究，有利于扩大其在油田、矿山、航空等领域的应用。

主权项

1.一种改性芳纶‑热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：a.室温下，将丙酮与芳纶置于反应釜中，升温回流2.5～4h，蒸除丙酮后，再按石油醚与芳纶的质量比30:1～55:1，将石油醚加入反应釜中，升温回流2.5～4h，蒸除石油醚后，按蒸馏水与芳纶的质量比25:1～50:1，将蒸馏水加入反应釜中，升温回流2.5～4h，降至室温后，过滤，按NaOH水溶液与芳纶的质量比20:1～35:1，将滤饼浸泡在pH为10～12的NaOH水溶液中超声1～3h，用100～150倍芳纶质量的蒸馏水分3～4次洗涤滤饼，60～80℃干燥7～10h，得表面预处理芳纶；b.室温下，将无水N，N‑二甲基甲酰胺和步骤a中制得的表面预处理芳纶加入反应釜中，升温至50～95℃，按二异氰酸酯与表面预处理芳纶的质量比为0.2:1～0.8:1，将二异氰酸酯加入反应釜中，反应2～4h后，再按胺类化合物与表面预处理芳纶的质量比为0.2:1～1.6:1，将胺类化合物加入上述反应釜中，继续反应3～5h后，降至室温后，过滤，用200～250倍预处理芳纶质量的乙醇分5～6次洗涤滤饼，60～80℃真空干燥7～10h，得改性芳纶；c.室温下，将乙醇、蒸馏水、氧化石墨加入反应釜中，超声剥离1～1.5h制得氧化石墨烯悬浮液，按氨水与氧化石墨的质量比为2:1～10:1，将25％～28％的氨水加入反应釜中，机械搅拌0.5～1h后，按正硅酸四乙酯与氧化石墨的质量比为2:1～10:1，继续机械搅拌8～16h后，过滤，用100～150倍氧化石墨质量的乙醇分3～4次洗涤滤饼，60～80℃干燥10～15h，得二氧化硅改性氧化石墨烯；d.室温下，将甲苯、二氧化硅改性氧化石墨烯加入反应釜中，机械搅拌升温至90～110℃，冷凝回流1～2h，按硅烷偶联剂与二氧化硅改性氧化石墨烯的质量比为6:1～15:1，将硅烷偶联剂加入反应釜中，继续机械搅拌8～12h，过滤，用100～150倍二氧化硅改性氧化石墨烯质量的乙醇分3～4次洗涤滤饼，用100～150倍二氧化硅改性氧化石墨烯质量的蒸馏水分3～4次洗涤滤饼，60～80℃干燥10～15h，得硅烷改性氧化石墨烯；e.室温下，将步骤d中制得的硅烷改性氧化石墨烯与热塑性聚氨酯混合，升温至200～220℃加热熔融，倒入热压模具，使用热压机在200～220℃温度下，加压2～5MPa，保压5～15min，降温至50～70℃后脱模，得热塑性聚氨酯板；将制得的纳米改性热塑性聚氨酯板作为内、外胶层，步骤b中制得的改性芳纶作为增强层，其中改性芳纶与热塑性聚氨酯的质量比为0.2:1～1:1，通过热压法在200～220℃温度下加压2～5MPa，保压5～15min后，冷却至50～60℃脱模，再冷却至20～30℃，得改性芳纶‑热塑性聚氨酯复合材料。