本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种tpu复合材料及其制备方法，尤其涉及一种汽车按摩用tpu复合材料及其制备方法。
背景技术：
目前汽车行业发展迅速，随着人们对生活质量的要求越来越高，汽车内饰用材料仅仅依靠普通的pu、pvc等材料已经不能满足人们对于舒适以及功能性的要求，例如一些高档汽车上安装按摩座椅，其用于按摩座椅的材料需要满足舒适以及耐磨、柔韧性好，透气透湿性好等特点。对于普通的材料不能达到如上的技术要求。热塑性聚氨酯(tpu)是一种新型的有机高分子合成材料，其由于各项性能优异，可以代替橡胶、软性聚氯乙烯材料pvc。例如其具有优异的物理性能，例如耐磨性，回弹力都好过普通聚氨酯和pvc，耐老化性好过橡胶，可以说是替代pvc和pu的最理想的材料。
因此，在本领域期望能够通过对于tpu材料的改进得到一种能够适合汽车按摩用的材料。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种tpu复合材料及其制备方法，特别是提供一种汽车按摩用tpu复合材料及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种tpu复合材料，所述tpu复合材料由tpu薄膜与尼龙布复合得到，所述tpu薄膜的原料包括以下组分：
在本发明中通过tpu薄膜与尼龙布复合得到tpu复合材料，该材料具有高柔韧性以及良好的耐磨性，并且具备舒适的手感，透湿性好，适合作为汽车按摩用材料。
本发明中通过使用纳米玻璃纤维增强复合材料的耐磨性，通过对软硬段的调控，提高分子的极性，提高水分子与极性基团的缔合，从而增强复合材料的透气透湿性，通过热贴合增强tpu薄膜与尼龙布复合的牢固性，并且tpu薄膜与尼龙布的复合对于进一步提高tpu复合材料的柔韧性和耐磨性具有一定的作用。
在本发明中，所述二异氰酸酯的用量可以为40重量份、41重量份、42重量份、43重量份44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份、49重量份、50重量份、51重量份、52重量份、53重量份、54重量份、55重量份、56重量份、57重量份、58重量份、59重量份和60重量份。
在本发明中，所述多元醇的用量可以为30重量份、31重量份、32重量份、33重量份、34重量份、35重量份、36重量份、37重量份、38重量份、39重量份、40重量份、41重量份、42重量份、43重量份、44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份、49重量份和50重量份。
在本发明中，所述纳米玻璃纤维的用量可以为1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份和5重量份。
在本发明中，所述扩链剂的用量可以为10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份和20重量份。
在本发明中，所述催化剂的用量可以为0.1重量份、0.2重量份、0.3重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份或1.0重量份。
优选地，所述tpu薄膜的原料包括以下组分：
优选地，所述二异氰酸酯为1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的混合物，所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物。
在本发明中选择两种特定的二异氰酸酯，这两种二异氰酸酯与两种特定的多元醇相互配合，在增强聚氨酯的透湿性、耐磨性以及柔韧性方面具有协同作用。
优选地，所述1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的质量比为(3-6):1，例如3:1、3.3:1、3.5:1、3.8:1、4:1、4.2:1、4.5:1、4.8:1、5:1、5.3:1、5.5:1、5.8:1或6:1。该两种特定二异氰酸酯相互配合使用，可以更好地调节热塑性聚氨酯的透湿性、耐磨性以及柔韧性。
优选地，所述聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:(4-7)，例如1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6、1:6.5或1:7。
优选地，所述多元醇的数均分子量为500-5000，例如500、1000、1500、2000、3000、4000或5000，优选1000-2000。
优选地，所述扩链剂为乙二醇、乙二胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或1,5-戊二醇中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述催化剂为辛酸亚锡、二辛酸二丁基锡或二月桂酸二丁锡中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述尼龙布为20d尼龙布、30d尼龙布、40d尼龙布、50d尼龙布、70d尼龙布、100d尼龙布或210d尼龙布中的任意一种或至少两种的组合，优选70d尼龙布和/或100d尼龙布。
另一方面，本发明提供了如上所述的tpu复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将二异氰酸酯加入到a储料罐中，多元醇加入到b储料罐中，扩链剂和催化剂加入到c储料罐中，在300-500r/min转速搅拌下，于-0.3～-0.1kpa压力下在60-80℃真空脱水；
(2)将步骤(1)中的原料抽注到双螺杆挤出机中，同时加入玻璃纤维，利用双螺杆挤出机反应、造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃，混合段温度为130-150℃，挤出段温度为170-200℃，机头温度为150-180℃；
(3)利用涂布机在尼龙布上涂布胶水，卷取备用；
(4)将步骤(2)得到的tpu颗粒通过单螺杆挤出机，按照螺杆温度为190-220℃，模头温度为180-200℃的条件流延成tpu膜，同时将步骤(3)得到的涂胶尼龙布放卷，与流延的tpu膜热贴合，得到所述的tpu复合材料。
优选地，步骤(1)所述真空脱水时的温度为60-80℃，例如60℃、63℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃、78℃或80℃。
优选地，步骤(1)所述搅拌的速率为300-500r/min，例如300r/min、340r/min、380r/min、420r/min、460r/min或500r/min。
优选地，步骤(1)所述真空脱水时的压力为-0.3～-0.1kpa，例如-0.3kpa、-0.28kpa、-0.25kpa、-0.23kpa、-0.2kpa、-0.18kpa、-0.15kpa、-0.13kpa或-0.1kpa。
优选地，步骤(2)所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃，例如112℃、115℃、118℃或120℃，混合段温度为130-150℃，例如132℃、135℃、138℃、140℃、143℃、145℃或148℃，挤出段温度为170-200℃，例如170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃，机头温度为150-180℃，例如150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃。
作为优选技术方案，本发明所述的tpu复合材料的制备方法具体包括以下步骤：
(1)将二异氰酸酯加入到a储料罐中，多元醇加入到b储料罐中，扩链剂和催化剂加入到c储料罐中，在300-500r/min转速搅拌下，于-0.3～-0.1kpa压力下在60-80℃真空脱水；
(2)将步骤(1)中的原料抽注到双螺杆挤出机中，同时加入纳米玻璃纤维，利用双螺杆挤出机反应、造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110-120℃，混合段温度为130-150℃，挤出段温度为170-200℃，机头温度为150-180℃；
(3)利用涂布机在尼龙布上涂布胶水，卷取备用；
(4)将步骤(2)得到的tpu颗粒通过单螺杆挤出机，按照螺杆温度为190-220℃，模头温度为180-200℃的条件流延成tpu膜，同时将步骤(3)得到的涂胶尼龙布放卷，与流延的tpu膜热贴合，得到所述的tpu复合材料。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
在本发明中通过tpu薄膜与尼龙布复合得到tpu复合材料，通过使用纳米玻璃纤维增强复合材料的耐磨性，通过对软硬段的调控，提高分子的极性，提高水分子与极性基团的缔合，从而增强复合材料的透气透湿性，通过热贴合增强tpu薄膜与尼龙布复合的牢固性，并且tpu薄膜与尼龙布的复合对于进一步提高tpu复合材料的柔韧性和耐磨性具有一定的作用。该tpu复合材料的拉伸强度达到45-52mpa，撕裂强度达80-100kgf/cm，剥离强度达4.5-6.0n/mm，水汽透过率为5000-6000g/m2·24h，并且该tpu复合材料的层间粘合情况良好，不会发生分层现象，并且手感舒适，适合用作汽车按摩用材料。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中，由tpu薄膜与70d尼龙布复合得到tpu复合材料，所述tpu薄膜的原料包括以下组分：
其中二异氰酸酯为1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的混合物，1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的质量比为3:1，所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:5，所述多元醇的数均分子量为1000，扩链剂为乙二胺，催化剂为辛酸亚锡。
制备方法如下：
(1)将二异氰酸酯加入到a储料罐中，多元醇加入到b储料罐中，扩链剂和催化剂加入到c储料罐中，在400r/min转速搅拌下，于-0.3kpa压力下在70℃真空脱水；
(2)将步骤(1)中的原料抽注到双螺杆挤出机中，同时加入玻璃纤维，利用双螺杆挤出机反应、造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110℃，混合段温度为130℃，挤出段温度为170℃，机头温度为150℃；
(3)利用涂布机在尼龙布上涂布胶水，卷取备用；
(4)将步骤(2)得到的tpu颗粒通过单螺杆挤出机，按照螺杆温度为190℃，模头温度为180℃的条件流延成tpu膜，同时将步骤(3)得到的涂胶尼龙布放卷，与流延的tpu膜热贴合，得到所述的tpu复合材料。
实施例2
在本实施例中，由tpu薄膜与70d尼龙布复合得到tpu复合材料，所述tpu薄膜的原料包括以下组分：
其中二异氰酸酯为1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的混合物，1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的质量比为4:1，所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:4，所述多元醇的数均分子量为1500，扩链剂为乙二醇，催化剂为二辛酸二丁基锡。
制备方法如下：
(1)将二异氰酸酯加入到a储料罐中，多元醇加入到b储料罐中，扩链剂和催化剂加入到c储料罐中，在500r/min转速搅拌下，于-0.1kpa压力下在80℃真空脱水；
(2)将步骤(1)中的原料抽注到双螺杆挤出机中，同时加入玻璃纤维，利用双螺杆挤出机反应、造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃，混合段温度为150℃，挤出段温度为180℃，机头温度为160℃；
(3)利用涂布机在尼龙布上涂布胶水，卷取备用；
(4)将步骤(2)得到的tpu颗粒通过单螺杆挤出机，按照螺杆温度为200℃，模头温度为185℃的条件流延成tpu膜，同时将步骤(3)得到的涂胶尼龙布放卷，与流延的tpu膜热贴合，得到所述的tpu复合材料。。
实施例3
在本实施例中，由tpu薄膜与70d尼龙布复合得到tpu复合材料，所述tpu薄膜的原料包括以下组分：
其中二异氰酸酯为1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的混合物，1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的质量比为5:1，所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:7，所述多元醇的数均分子量为1750，扩链剂为1,4-丁二醇，催化剂为二辛酸二丁基锡。
制备方法如下：
(1)将二异氰酸酯加入到a储料罐中，多元醇加入到b储料罐中，扩链剂和催化剂加入到c储料罐中，在300r/min转速搅拌下，于-0.3kpa压力下在60℃真空脱水；
(2)将步骤(1)中的原料抽注到双螺杆挤出机中，同时加入纳米玻璃纤维，利用双螺杆挤出机反应、造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃，混合段温度为130℃，挤出段温度为170℃，机头温度为160℃；
(3)利用涂布机在尼龙布上涂布胶水，卷取备用；
(4)将步骤(2)得到的tpu颗粒通过单螺杆挤出机，按照螺杆温度为205℃，模头温度为190℃的条件流延成tpu膜，同时将步骤(3)得到的涂胶尼龙布放卷，与流延的tpu膜热贴合，得到所述的tpu复合材料。
实施例4
在本实施例中，由tpu薄膜与100d尼龙布复合得到tpu复合材料，所述tpu薄膜的原料包括以下组分：
其中二异氰酸酯为1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的混合物，1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的质量比为6:1，所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:5，所述多元醇的数均分子量为2000，扩链剂为1,3-丙二醇，催化剂为二月桂酸二丁锡。
制备方法如下：
(1)将二异氰酸酯加入到a储料罐中，多元醇加入到b储料罐中，扩链剂和催化剂加入到c储料罐中，在500r/min转速搅拌下，于-0.2kpa压力下在75℃真空脱水；
(2)将步骤(1)中的原料抽注到双螺杆挤出机中，同时加入纳米玻璃纤维，利用双螺杆挤出机反应、造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为110℃，混合段温度为150℃，挤出段温度为180℃，机头温度为150℃；
(3)利用涂布机在尼龙布上涂布胶水，卷取备用；
(4)将步骤(2)得到的tpu颗粒通过单螺杆挤出机，按照螺杆温度为210℃，模头温度为195℃的条件流延成tpu膜，同时将步骤(3)得到的涂胶尼龙布放卷，与流延的tpu膜热贴合，得到所述的tpu复合材料。
实施例5
在本实施例中，由tpu薄膜与40d尼龙布复合得到tpu复合材料，所述tpu薄膜的原料包括以下组分：
其中二异氰酸酯为1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的混合物，1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的质量比为5:1，所述多元醇为聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物，聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:4，所述多元醇的数均分子量为1300，扩链剂为乙二胺，催化剂为辛酸亚锡。
制备方法如下：
(1)将二异氰酸酯加入到a储料罐中，多元醇加入到b储料罐中，扩链剂和催化剂加入到c储料罐中，在500r/min转速搅拌下，于-0.1kpa压力下在80℃真空脱水；
(2)将步骤(1)中的原料抽注到双螺杆挤出机中，同时加入纳米玻璃纤维，利用双螺杆挤出机反应、造粒，所述双螺杆挤出机的喂料段温度为120℃，混合段温度为130℃，挤出段温度为170℃，机头温度为160℃；
(3)利用涂布机在尼龙布上涂布胶水，卷取备用；
(4)将步骤(2)得到的tpu颗粒通过单螺杆挤出机，按照螺杆温度为220℃，模头温度为200℃的条件流延成tpu膜，同时将步骤(3)得到的涂胶尼龙布放卷，与流延的tpu膜热贴合，得到所述的tpu复合材料。
对比例1
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，在tpu薄膜的原料中不加入纳米玻璃纤维，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例2
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，在tpu薄膜的原料中加入纳米玻璃纤维的用量为0.5重量份，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例3
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，在tpu薄膜的原料中加入纳米玻璃纤维的用量为6重量份，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例4
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，二异氰酸酯为单独的1,4-环己烷二异氰酸酯，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例5
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，二异氰酸酯为单独的己二异氰酸酯，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例6
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的质量比为2:1，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例7
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，1,4-环己烷二异氰酸酯和1,6-己二异氰酸酯的质量比为7:1，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例8
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，tpu薄膜的原料中多元醇为单独的聚醚多元醇，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例9
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，tpu薄膜的原料中多元醇为单独的聚酯多元醇，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例10
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，tpu薄膜的原料中聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:3，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例11
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，tpu薄膜的原料中聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比为1:9，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例12
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，所述多元醇的数均分子量为500，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对比例13
该对比例与实施例1的不同之处仅在于，所述聚碳酸酯多元醇的数均分子量为3000，其余原料和原料用量以及制备方法和条件均与实施例1相同。
对实施例1-5以及对比例1-13制备得到的tpu复合材料进行性能测试，其测试结果如表1所示。
表1
由表1可知本发明制备得到的tpu复合材料的拉伸强度达到45-52mpa，撕裂强度达80-100kgf/cm，硬度为60-65a，水汽透过率为5000-6000g/m2·24h，剥离强度达4.5-6.0n/mm，并且该tpu复合材料手感舒适，耐磨性好，适合用作汽车按摩用材料。
当所述tpu薄膜的原料不包括纳米玻璃纤维，或者纳米玻璃纤维添加量不在1-5重量份的范围内时(对比例1-3)，制备得到的tpu复合材料的力学性能和透气透湿性均会显著下降，并且对于复合材料的柔韧性也会产生一定影响；当将本发明的二异氰酸酯换成单独的1,4-环己烷二异氰酸酯或1,6-己二异氰酸酯(对比例4-5)，或者当二者的质量比过大或过小(对比例6-7)时，由于软段和硬段比例调配不佳，会对tpu复合材料的拉伸强度和断裂伸长率以及水汽透过率产生一定影响；同样当多元醇为单独的聚醚多元醇或聚酯多元醇(对比例8-9)，或者当聚醚多元醇和聚酯多元醇的质量比过小或过大时(对比例10-11)或者当聚碳酸酯多元醇的数均分子量小于1000或大于2000时(对比例12-13)，也会或多或少地影响材料的柔韧性以及水汽透过率。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种汽车按摩用tpu复合材料及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。