聚氨酯组合物、聚氨酯材料及砼活塞的制作方法

本发明涉及砼活塞，尤其是涉及一种聚氨酯组合物、聚氨酯材料及砼活塞。

背景技术：

1、砼活塞(也即混凝土活塞)是混凝土泵送设备的关键部件，砼活塞通过往复运动将输送缸中的混凝土推送至高空以完成泵送作业。砼活塞的工作环境较为复杂，需要承受泵送的高频压力，耐受混凝土砂石的腐蚀与磨损，承受外界高温及往复泵送造成的内生热环境，诸多恶劣环境导致砼活塞成为高频易损件。

2、目前常用的砼活塞有聚氨酯砼活塞和橡胶砼活塞两种，其中聚氨酯砼活塞是采用预聚体与扩链剂反应，浇注成型。但是，目前市面上的聚氨酯砼活塞由于耐磨、耐水解等性能不足，导致其寿命较短。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种聚氨酯组合物、聚氨酯材料及砼活塞，由该聚氨酯组合物制备的砼活塞兼具良好的力学性能、耐磨性和耐水解性能。

2、本发明提供一种聚氨酯组合物，按重量份数计，所述聚氨酯组合物包括100份聚碳类聚氨酯预聚体、3-6份包覆型纤维、8-12份扩链剂和0.5-2份耐磨剂；其中，聚碳类聚氨酯预聚体由第一聚碳酸酯多元醇与mdi反应得到；包覆型纤维由包覆剂包覆在纤维材料表面得到，所述包覆剂为第二聚碳酸酯多元醇；

3、所述第一聚碳酸酯多元醇包括聚碳酸酯二醇、丁二醇基碳酸酯类化合物、丁三醇基碳酸酯类化合物、己二醇基碳酸酯类化合物中的一种或多种；所述第二聚碳酸酯多元醇包括聚碳酸酯二醇、碳酸二甲酯醇类化合物、碳酸二苯酯醇类化合物、碳酸亚乙酯醇类化合物中的一种或多种。

4、在一种可实现的方式中，所述mdi中-nco基团的含量为5％～8％；

5、和/或，所述mdi包括4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、二环乙基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与多苯基甲烷多异氰酸酯组成的混合物中的一种或多种。

6、在一种可实现的方式中，所述聚碳类聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：

7、将第一聚碳酸酯多元醇、mdi和有机铋催化剂混合，在90℃～110℃温度下反应1-3小时，即得到所述聚碳类聚氨酯预聚体；其中，所述第一聚碳酸酯多元醇与所述mdi的重量比为10：(6～9)。

8、在一种可实现的方式中，所述纤维材料包括竹纤维、芳纶纤维、碳纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维中的一种或多种；

9、和/或，所述纤维材料的平均直径为80～120μm，所述纤维材料的长度为15～60mm。

10、在一种可实现的方式中，所述包覆型纤维的制备方法包括以下步骤：

11、(1)将包覆剂与稀释剂进行混合，得到包覆液；

12、(2)将纤维材料浸至所得包覆液中，使所述包覆液包覆在所述纤维材料表面，分离出包覆有所述包覆液的纤维材料；

13、(3)对包覆有所述包覆液的纤维材料进行干燥处理，使所述包覆液固化在所述纤维材料表面；

14、(4)依次进行粉碎和过筛处理，得到所述包覆型纤维。

15、在一种可实现的方式中，所述扩链剂包括对苯二酚二羟乙基醚、芳香族二醇、1,4丁二醇中的一种或多种。

16、在一种可实现的方式中，按重量份数计，所述聚氨酯组合物还包括0.5-2份抗氧化剂和/或0.5-2份抗水解剂。

17、本发明还提供一种聚氨酯材料，由上述的聚氨酯组合物依次经成型工艺和硫化工艺制作而成。

18、在一种可实现的方式中，所述聚氨酯材料的制备方法包括以下步骤：

19、s10：分别对聚氨酯组合物、模具以及浇注机的a室和b室进行预热；

20、s20：向浇注机的a室和b室中分别加入聚碳类聚氨酯预聚体和扩链剂，分别对a室中的聚碳类聚氨酯预聚体和b室中的扩链剂进行搅拌，使a室中的聚碳类聚氨酯预聚体和b室中的扩链剂完全融化；再向a室中加入包覆型纤维，以及向a室和/或b室中加入耐磨剂，继续进行搅拌；

21、s30：分别对a室和b室中的液体进行抽真空处理，以除去气泡；

22、s40：将a室和b室中的液体混合后浇注至预热后的所述模具内，得到混合物；

23、s50：依次对所述混合物进行一段硫化、二段硫化和三段硫化，即得到所述聚氨酯材料；其中，所述一段硫化的硫化温度为110℃～120℃，硫化时间为45～60min；所述二段硫化的硫化温度为110℃～120℃，硫化时间为16～24h；所述三段硫化是在常温、避光的条件下硫化7-10天。

24、本发明还提供一种砼活塞，由上述的聚氨酯组合物或上述的聚氨酯材料制成。

25、本发明提供的聚氨酯组合物采用包覆型纤维对聚碳类聚氨酯体系进行改性，使聚氨酯材料的性能介于传统的聚醚和聚酯之间，兼具传统聚醚类mdi体系优异的低温柔顺性、耐候性以及聚酯类mdi体系的高强度、高回弹等优点；另外，包覆型纤维的引入能够有效提高聚氨酯材料的耐磨性及力学性能，且包覆型纤维中的羰基能够有效提高材料的耐水解性能。

26、具体地，包覆型纤维与聚碳类聚氨酯预聚体具有相似的结构，包覆型纤维与聚碳体系的亲和性好，从而能有效改善纤维与预聚体的界面相容性和界面结合性，降低纤维/cpu预聚体的加工黏度，具有较好的加工流动性，进一步提高了复合材料的力学强度。

27、本发明提供的聚氨酯组合物中的耐磨剂不仅能够提升材料自身的耐磨性，而且能够有效降低材料与金属管接触的摩擦系数，实现砼活塞自润滑的特性。由该聚氨酯组合物制成的砼活塞具有良好的力学性能、耐磨性和耐水解性能等，具有较长的使用寿命。

技术特征：

1.一种聚氨酯组合物，其特征在于，按重量份数计，所述聚氨酯组合物包括100份聚碳类聚氨酯预聚体、3-6份包覆型纤维、8-12份扩链剂和0.5-2份耐磨剂；其中，聚碳类聚氨酯预聚体由第一聚碳酸酯多元醇与mdi反应得到；包覆型纤维由包覆剂包覆在纤维材料表面得到，所述包覆剂为第二聚碳酸酯多元醇；

2.如权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于，mdi中-nco基团的含量为5％～8％；

3.如权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述聚碳类聚氨酯预聚体的制备方法包括以下步骤：

4.如权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述纤维材料包括竹纤维、芳纶纤维、碳纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维中的一种或多种；

5.如权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述包覆型纤维的制备方法包括以下步骤：

6.如权利要求1所述的聚氨酯组合物，其特征在于，所述扩链剂包括对苯二酚二羟乙基醚、芳香族二醇、1,4丁二醇中的一种或多种。

7.如权利要求1-6中任一项所述的聚氨酯组合物，其特征在于，按重量份数计，所述聚氨酯组合物还包括0.5-2份抗氧化剂和/或0.5-2份抗水解剂。

8.一种聚氨酯材料，其特征在于，由如权利要求1-6中任一项所述的聚氨酯组合物依次经成型工艺和硫化工艺制作而成。

9.如权利要求8所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述聚氨酯材料的制备方法包括以下步骤：

10.一种砼活塞，其特征在于，由权利要求1-7中任一项所述的聚氨酯组合物或权利要求8或9所述的聚氨酯材料制成。

技术总结本发明提供一种聚氨酯组合物、聚氨酯材料及砼活塞。按重量份数计，所述聚氨酯组合物包括100份聚碳类聚氨酯预聚体、3‑6份包覆型纤维、8‑12份扩链剂和0.5‑2份耐磨剂；其中，所述聚碳类聚氨酯预聚体由第一聚碳酸酯多元醇与MDI反应得到，所述包覆型纤维由包覆剂包覆在纤维材料表面得到，所述包覆剂为第二聚碳酸酯多元醇。通过该聚氨酯组合物制备的砼活塞兼具良好的力学性能、耐磨性和耐水解性能。技术研发人员：章星,李庶,刘拼拼,吴凯西,凌群受保护的技术使用者：中联重科股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2