一種腹肌板用納米抑菌複合材料及其製備方法與流程
2023-09-17 09:20:00
本發明涉及體育器材技術領域，具體涉及一種腹肌板用納米抑菌複合材料及其製備方法。
背景技術：
腹肌板也稱仰臥板，是健身、瘦腹、具有仰臥起坐、收背運動、仰臥抬腿等訓練功能的體育器械。現有腹肌板的材質一般為鋼材，因其舒適度交叉，需在其外部包裹塑料。而酚醛泡沫塑料具有密度低、重量輕，導熱係數低，使用溫度範同大，尺寸穩定性好的特點，而且相比於聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫，酚醛泡沫具有優異的難燃、自熄、低煙霧、耐火焰貫穿的優點。因此，近年來，酚醛泡沫塑料在船舶、航空器材、體育器材等領域得到了廣泛的應用。
在使用者健身過程中會出大量的汗，而酚醛泡沫塑料製作的腹肌板具有一定的吸水效果。因此長期使用時，必定會在腹肌板表面成成許多細菌，而現有的體育器材的酚醛泡沫塑料的抑菌效果不夠好。長期使用時，必定會對使用者的身體健康造成影響，對腹肌板上的酚醛泡沫塑料本身的使用壽命也會大大降低。
技術實現要素：
鑑於上述現有技術的缺陷，本發明要解決的技術問題是提供一種腹肌板用納米抑菌複合材料及其製備方法，要求該腹肌板用複合材料具有良好的抑菌作用，保證使用者的身體健康。
鑑於上述要解決的技術問題，本發明提供如下的技術解決方案：
一種腹肌板用納米抑菌複合材料，包括如下重量份原料：酚醛樹脂基體25-40份、改性聚氨酯預聚體15-20份、聚甲基矽氧烷8-12份、增強劑7-12份、複合纖維5-8份、炭粉4-8份、tio2含量為60%的納米tio2漿液3-15份、發泡劑4-8份、表面活性劑5-9份、固化劑5-10份、抗氧化劑2-4份、外加劑12-24份。
優選的，所述納米tio2漿液製備方法為：將0.01-0.8g的分散劑加入到3.0-60.0g的水中，攪拌混合均勻後加入5.0-60.0g市售tio2攪拌混合均勻，用砂磨機研磨至細度小於100納米，即得所需納米tio2漿液。
優選的，所述表面活性劑包括非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑，其重量比為1：3。
進一步優選的，所述非離子表面活性劑為司盤系列乳化劑山梨醇酐單月桂酸酯或吐溫系列乳化劑聚氧乙烯山梨醇酐單月桂酸酯中的一種或多種的混合物；所述陰離子表面活性劑為十二烷基磺酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。
優選的，所述固化劑包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比為2:3。
優選的，所述改性聚氨酯預聚體的製備方法包括如下步驟：
（1）在矽溶膠中依次加入佔矽溶膠重量1-3%的矽微粉、矽溶膠重量1-3%的六鈦酸鉀晶須和矽溶膠重量0.5-1%的乙酸鈉，然後在75-80℃條件下攪拌1-2h，製得改性矽溶膠，備用；
（2）將納米二氧化鈦中加入佔納米二氧化鈦重量2-5%的表面改性劑ⅰ，攪拌製得改性納米二氧化鈦，備用；其中，表面改性劑ⅰ由氫氧化鋇、碳酸鈉和kh570，依次按照重量比為2-4：1-3：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯預聚體，加入改性填料混合攪拌而得改性聚氨酯預聚體；其中，改性填料與mdi型聚氨酯預聚體的重量比為7：5；改性填料由鄰苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步驟（1）製得的改性矽溶膠和步驟（2）製得的改性納米二氧化鈦，依次按照重量比為2：3：1：2的比例混合而成。
本發明還提供了一種製備上述腹肌板用納米抑菌複合材料的方法，包括以下步驟：
（1）根據需要選取目標尺寸的未固化的紙蜂窩，將其浸泡於酚醛樹脂基體中3h，然後取出紙蜂窩，拉開平鋪在平板發泡模上，固定好後放入140℃的烘箱中加熱1.5h，最後將紙蜂窩取出，冷卻至室溫，待用；
（2）按照權利要求1所述重量份數，首先將酚醛樹脂基體在水浴鍋中預熱至45℃，然後加入改性聚氨酯預聚體和所述納米tio2漿液，在450-550r/min的轉速下攪拌20-30min；然後依次加入增強劑、複合纖維和聚甲基矽氧烷，在500-600r/min的轉速下攪拌25-30min；再依次加入表面活性劑、發泡劑、抗氧化劑和外加劑，在500-600r/min的轉速下攪拌15-25min；然後加入固化劑，在600-700r/min的轉速下攪拌5-10min後製得混合溶液，將混合溶液倒入塗有脫模劑並預熱至45℃的模具中，壓入步驟一製備的紙蜂窩，合上模具，並將模具移至75℃的烘箱中固化2h，最後冷卻至室溫脫模，得到所述腹肌板用納米抑菌複合材料。
優選的，所述紙蜂窩採用厚度為0.1-0.5mm的nomex紙蜂窩，孔格邊長為1.6-4.7mm，公稱容重為32-48kg/m3。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明的腹肌板用納米抑菌複合材料中特別添加了tio2含量為60%的納米tio2漿液，其與酚醛樹脂基體以及改性聚氨酯預聚體，在表面活性劑的催化作用下，均勻地分散在複合材料表面，對腹肌板表面形成一個全面的納米抑菌保護膜；納米級別的tio2具有非常大的比表面積能夠和周圍的空氣或細菌充分接觸，對各種細菌都具有良好的抑制作用，保證了使用者的身體健康。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明的技術方案。這些實施例僅用於說明本發明的最優方案而不用於限制本發明的保護範圍。
實施例1
本實施例提供了一種腹肌板用納米抑菌複合材料，包括如下重量份原料：酚醛樹脂基體25份、改性聚氨酯預聚體15份、聚甲基矽氧烷8份、增強劑7份、複合纖維5份、炭粉4份、tio2含量為60%的納米tio2漿液3份、發泡劑4份、表面活性劑5份、固化劑5份、抗氧化劑2份、外加劑12份。
所述增強劑包括氧化鋁微粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和改性海泡石絨，其重量比為3：7：2：1；所述複合纖維包括碳納米纖維、聚丙烯腈纖維和二苯甲酸二甘醇酯，其重量比為1：3：9；所述發泡劑為松本系列微球發泡劑。
上述納米tio2漿液製備方法為：將0.01g的分散劑加入到3.0g的水中，攪拌混合均勻後加入5.0g市售tio2攪拌混合均勻，用砂磨機研磨至細度小於100納米，即得所需納米tio2漿液。
所述表面活性劑包括非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑，其重量比為1：3；其中非離子表面活性劑為司盤系列乳化劑山梨醇酐單月桂酸酯；所述陰離子表面活性劑為十二烷基磺酸鈉。
所述固化劑包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比為2:3。
所述改性聚氨酯預聚體的製備方法包括如下步驟：
（1）在矽溶膠中依次加入佔矽溶膠重量1%的矽微粉、矽溶膠重量1%的六鈦酸鉀晶須和矽溶膠重量0.5%的乙酸鈉，然後在75℃條件下攪拌1h，製得改性矽溶膠，備用；
（2）將納米二氧化鈦中加入佔納米二氧化鈦重量2%的表面改性劑ⅰ，攪拌製得改性納米二氧化鈦，備用；其中，表面改性劑ⅰ由氫氧化鋇、碳酸鈉和kh570，依次按照重量比為2：1：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯預聚體，加入改性填料混合攪拌而得改性聚氨酯預聚體；其中，改性填料與mdi型聚氨酯預聚體的重量比為7：5；改性填料由鄰苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步驟（1）製得的改性矽溶膠和步驟（2）製得的改性納米二氧化鈦，依次按照重量比為2：3：1：2的比例混合而成。
所述增強劑按照如下方法製備：
（1）將海泡石絨與佔其重量2%的表面改性劑ⅱ混合後，靜置1h後過濾晾乾製得改性海泡石絨；其中，表面改性劑ⅱ由kh550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇，依次按照重量比2：80：2：1的比例混合而成；
（2）按照重量比3：7：2：1的比例，依次取氧化鋁微粉、炭粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和步驟（1）製得的改性海泡石絨混合均勻，製得增強劑。
所述外加劑的製備方法為：按照1：8的重量比，取正矽酸乙酯與去離子水混合，再向其中依次加入1份海泡石絨、佔正矽酸乙酯重量12%的冰醋酸和佔正矽酸乙酯重量4%的導電炭黑混合均勻進行反應，反應過程中，每隔20min向反應體系內施加頻率240khz的超聲波2min，待反應結束後對反應體系進行超濾得到固體粉末，最後將固體粉末在有氧條件下充分灼燒除去碳粉，即得到外加劑。
本實施例還提供了一種製備上述腹肌板用納米抑菌複合材料的方法，包括以下步驟：
（1）根據需要選取目標尺寸的未固化的紙蜂窩，將其浸泡於酚醛樹脂基體中3h，然後取出紙蜂窩，拉開平鋪在平板發泡模上，固定好後放入140℃的烘箱中加熱1.5h，最後將紙蜂窩取出，冷卻至室溫，待用；
（2）按照權利要求1所述重量份數，首先將酚醛樹脂基體在水浴鍋中預熱至45℃，然後加入改性聚氨酯預聚體和所述納米tio2漿液，在450r/min的轉速下攪拌20min；然後依次加入增強劑、複合纖維和聚甲基矽氧烷，在500r/min的轉速下攪拌25min；再依次加入表面活性劑、發泡劑、抗氧化劑和外加劑，在500r/min的轉速下攪拌15min；然後加入固化劑，在600r/min的轉速下攪拌5min後製得混合溶液，將混合溶液倒入塗有脫模劑並預熱至45℃的模具中，壓入步驟一製備的紙蜂窩，合上模具，並將模具移至75℃的烘箱中固化2h，最後冷卻至室溫脫模，得到所述腹肌板用納米抑菌複合材料。
其中，所述紙蜂窩採用厚度為0.1mm的nomex紙蜂窩，孔格邊長為1.6mm，公稱容重為32kg/m3。
實施例2
本實施例提供了一種腹肌板用納米抑菌複合材料，包括如下重量份原料：酚醛樹脂基體40份、改性聚氨酯預聚體20份、聚甲基矽氧烷12份、增強劑12份、複合纖維8份、炭粉8份、tio2含量為60%的納米tio2漿液15份、發泡劑8份、表面活性劑9份、固化劑10份、抗氧化劑4份、外加劑24份。
所述增強劑包括氧化鋁微粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和改性海泡石絨，其重量比為5：9：3：1.4；所述複合纖維包括碳納米纖維、聚丙烯腈纖維和二苯甲酸二甘醇酯，其重量比為2：4：12；所述發泡劑為松本系列微球發泡劑。
上述納米tio2漿液製備方法為：將0.8g的分散劑加入到60.0g的水中，攪拌混合均勻後加入60.0g市售tio2攪拌混合均勻，用砂磨機研磨至細度小於100納米，即得所需納米tio2漿液。
所述表面活性劑包括非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑，其重量比為1：3；其中非離子表面活性劑為吐溫系列乳化劑聚氧乙烯山梨醇酐單月桂酸酯；所述陰離子表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
所述固化劑包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比為2:3。
所述改性聚氨酯預聚體的製備方法包括如下步驟：
（1）在矽溶膠中依次加入佔矽溶膠重量3%的矽微粉、矽溶膠重量3%的六鈦酸鉀晶須和矽溶膠重量1%的乙酸鈉，然後在80℃條件下攪拌2h，製得改性矽溶膠，備用；
（2）將納米二氧化鈦中加入佔納米二氧化鈦重量5%的表面改性劑ⅰ，攪拌製得改性納米二氧化鈦，備用；其中，表面改性劑ⅰ由氫氧化鋇、碳酸鈉和kh570，依次按照重量比為4：3：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯預聚體，加入改性填料混合攪拌而得改性聚氨酯預聚體；其中，改性填料與mdi型聚氨酯預聚體的重量比為7：5；改性填料由鄰苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步驟（1）製得的改性矽溶膠和步驟（2）製得的改性納米二氧化鈦，依次按照重量比為2：3：1：2的比例混合而成。
本實施例中所述增強劑的製備方法和實施例1中的製備方法相同。
本實施例中所述外加劑的製備方法和實施例1中的製備方法相同。
本實施例還提供了一種製備上述腹肌板用納米抑菌複合材料的方法，包括以下步驟：
（1）根據需要選取目標尺寸的未固化的紙蜂窩，將其浸泡於酚醛樹脂基體中3h，然後取出紙蜂窩，拉開平鋪在平板發泡模上，固定好後放入140℃的烘箱中加熱1.5h，最後將紙蜂窩取出，冷卻至室溫，待用；
（2）按照權利要求1所述重量份數，首先將酚醛樹脂基體在水浴鍋中預熱至45℃，然後加入改性聚氨酯預聚體和所述納米tio2漿液，在550r/min的轉速下攪拌30min；然後依次加入增強劑、複合纖維和聚甲基矽氧烷，在600r/min的轉速下攪拌30min；再依次加入表面活性劑、發泡劑、抗氧化劑和外加劑，在600r/min的轉速下攪拌25min；然後加入固化劑，在700r/min的轉速下攪拌10min後製得混合溶液，將混合溶液倒入塗有脫模劑並預熱至45℃的模具中，壓入步驟一製備的紙蜂窩，合上模具，並將模具移至75℃的烘箱中固化2h，最後冷卻至室溫脫模，得到所述腹肌板用納米抑菌複合材料。
其中，所述紙蜂窩採用厚度為0.5mm的nomex紙蜂窩，孔格邊長為4.7mm，公稱容重為48kg/m3。
以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。