CN107936382A - 高铁接地装置用高强度抗老化复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80‑120份；玻璃纤维10‑50份；2‑羟基‑4‑正辛氧基二苯甲酮0.05‑1份；添加剂5‑10份；抗氧剂0.1‑0.6份；偶联剂0.1‑0.6份；成核剂1‑2份。本发明所用材料不仅提高了抗老化性能，强度方面也有提高。在原料方面还具有易于采购、成型，可实现批量供应生产的优势。

Description

高铁接地装置用高强度抗老化复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高铁接地装置用高强度抗老化复合材料及其制备方法。
背景技术
由于热塑性树脂材料具有很多的特性，因此，在汽车、电气设备、机械部构、交通器材、高铁配件等方面得到广泛应用。随着我国高铁事业的快速发展，机械设备轻量化的进程加快，对热塑性树脂材料的需求将更高更大。特别是热塑性树脂材料作为结构性材料，对其强度、抗老化等方面提出了很高的要求。因此，必须针对高铁应用环境，通过改性提高性能来满足高铁应用的需求。
由于我国高铁贯穿中国南北各地，海拔高度、温湿度变化很大。作为保护接地装置用的接地盖，在高速运行的高铁上，随时可能遇到石子等硬物的撞击。现有技术中粉样添加剂粒径较大，混合不均匀易团聚，存在不可见成型缺陷，受到冲击时会发生开裂、破损等问题，对于行车安全有很大的隐患。在长时间露天的环境下，还会出现光老化问题。因此接地盖材料的强度和老化问题，就成为了急需改善和提高的重点。这样就迫切需要一种更高强度、具有抗老化的材料来替代并提高行车安全系数。
发明内容
本发明为了克服撞击开裂，提高光照使用寿命，提供一种具有高强度，使用寿命长，非常适合用于高铁接地装置接地盖的高强度抗老化复合材料，同时提供制备该复合材料的方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80-120份；玻璃纤维10-50份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.05-1份；添加剂5-10份；抗氧剂0.1-0.6份；偶联剂0.1-0.6份；成核剂1-2份。
由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80份；玻璃纤维20-40份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.2份；添加剂6-9份；抗氧剂0.2-0.5份；偶联剂0.2-0.5份；成核剂1-2份。
由以下重量份的原料组成：热塑性树脂120份；玻璃纤维50份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5份；添加剂8份；抗氧剂0.3份；偶联剂0.4份；成核剂1.5份。
所述热塑性树脂为聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯中的一种或多种的混合物。
所述添加剂为无机纳米级的氮化硼、二氧化硅、氧化镁或氧化锌中的一种或几种。
所述抗氧剂为受阻酚类或亚磷酸酯类。
所述偶联剂为硅烷类或钛酸酯类。
所述成核剂为乙撑双硬脂酰胺。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将热塑性树脂提前放入干燥器中，在100-120℃下烘干5-7小时；
（2）将称重后的各重量份的原料放入高速混合机中混合均匀；
（3）将混合均匀的原料100-120℃再烘干1-2小时；
（4）烘干后把混合物放入双螺杆挤出机中，主机转速：300-500转/分钟，双螺杆挤出机各段的温度控制温度区为：一区180℃，二到五区200-260℃，六区220-260℃，模头温度220-260℃，双螺杆挤出机挤出的粒料即为高强度抗老化复合材料。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料在高铁接地装置接地盖上的应用。
本发明所用材料不仅提高了抗老化性能，强度方面也有提高（对比数据见表2）。在原料方面还具有易于采购、成型，可实现批量供应生产的优势。本发明所使用的原料优点有：
（1）2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮具有紫外线吸收作用对复合材料有最大的保护作用，是一种性能卓越的高效防老化助剂，能吸收240-310mm紫外光，具有无毒、相容性好，易于加工等特点，有助于延缓老化和物理性能损失；
（2）所用的添加剂中一种或几种，选用无机纳米级的粉末能够达到更好的分散效果，避免团聚现象，从而发挥更好的增强增韧的作用。并且与传统的一些含磷或卤素有机添加剂相比，纳米氧化镁无毒、无味、添加量小，是开发抗老化复合材料的环保型添加剂。其中将无机添加剂氧化锌的添加量调到2%-3%，还可以起到紫外线屏蔽作用；
（3）偶联剂选用硅烷类或钛酸酯类，由表1中的对比试验数据说明这两类偶联剂加入效果更优异。
具体实施方式
受阻酚类抗氧化剂：具有空间受阻结构的酚类化合物，系链终止型抗氧剂的主要类型，根据分子中受阻酚官能团的数量一般分为一元受阻酚和多元受阻酚。例如1222、1076、BHA、SP、2,6-二叔丁基-4(二甲氨甲基)苯酚、甲叉736、2246-S、抗氧剂1010、抗氧剂3114、抗氧剂330等。
亚磷酸酯类抗氧化剂：亚磷酸酯类抗氧剂作为氢过氧化物分解剂和游离基捕捉剂能在聚合物中发挥抗氧化作用并可以有效防止聚合物材料变色。例如抗氧剂Irgafos l68、季戊四醇双亚磷酸酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三丁酯、亚磷酸三辛酯等。
硅烷类偶联剂：硅烷偶联剂又名硅烷处理剂、底涂剂，是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其通式为RSiX3，式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团，如氧基、巯基、乙烯基、环氧基、酰胺基、氨丙基等；X代表能够水解的烷氧基，如卤素、烷氧基、酰氧基等。例如乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅烷等。
钛酸酯类偶联剂：钛酸酯偶联剂是70年代后期由美国肯利奇石油化学公司开发的一种偶联剂。对于热塑型聚合物和干燥的填料，有良好的偶联效果；这类偶联剂可用通式：ROO(4-n)Ti(OX-R′Y)n (n=2,3)表示；其中RO-是可水解的短链烷氧基，能与无机物表面羟基起反应，从而达到化学偶联的目的；OX-可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等，这些基团很重要，决定钛酸酯所具有的特殊功能，如磺酸基赋予有机物一定的触变性；焦磷酰氧基有阻燃，防锈，和增强粘接的性能。例如异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯等。
本发明中所用的添加剂为无机纳米级的氮化硼、二氧化硅、氧化镁或氧化锌。
实施例1：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80-120份；玻璃纤维10-50份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.05-1份；添加剂5-10份；抗氧剂0.1-0.6份；偶联剂0.1-0.6份；成核剂1-2份。
由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80份；玻璃纤维20-40份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.2份；添加剂6-9份；抗氧剂0.2-0.5份；偶联剂0.2-0.5份；成核剂1-2份。
由以下重量份的原料组成：热塑性树脂120份；玻璃纤维50份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5份；添加剂8份；抗氧剂0.3份；偶联剂0.4份；成核剂1.5份。
热塑性树脂为聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯中的一种或多种的混合物。
添加剂为无机纳米级的氮化硼、二氧化硅、氧化镁或氧化锌中的一种或几种。
抗氧剂为受阻酚类或亚磷酸酯类。
偶联剂为硅烷类或钛酸酯类。
成核剂为乙撑双硬脂酰胺。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将热塑性树脂提前放入干燥器中，在100-120℃下烘干5-7小时；
（2）将称重后的各重量份的原料放入高速混合机中混合均匀；
（3）将混合均匀的原料100-120℃再烘干1-2小时；
（4）烘干后把混合物放入双螺杆挤出机中，主机转速：300-500转/分钟，双螺杆挤出机各段的温度控制温度区为：一区180℃，二到五区200-260℃，六区220-260℃，模头温度220-260℃，双螺杆挤出机挤出的粒料即为高强度抗老化复合材料。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料在高铁接地装置接地盖上的应用。
将双螺杆挤出机挤出的高强度抗老化复合材料放入注塑机注塑成型、脱模，即可得到高铁用接地装置接地盖产品。
实施例2：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80kg；玻璃纤维10kg；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.05kg；添加剂5kg；抗氧剂0.1kg；偶联剂0.1kg；成核剂1kg。
热塑性树脂为聚丙烯。
添加剂为无机纳米级氮化硼。
抗氧剂为受阻酚类1222。
偶联剂为乙烯基三氯硅烷。
成核剂为乙撑双硬脂酰胺。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将热塑性树脂提前放入干燥器中，在100℃下烘干5小时；
（2）将称重后的各重量份的原料放入高速混合机中混合均匀；
（3）将混合均匀的原料100℃再烘干1小时；
（4）烘干后把混合物放入双螺杆挤出机中，主机转速：300转/分钟，双螺杆挤出机各段的温度控制温度区为：一区180℃，二到五区200℃，六区220℃，模头温度220℃，双螺杆挤出机挤出的粒料即为高强度抗老化复合材料。
其他同实施例1。
实施例3：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂90kg；玻璃纤维20kg；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.2kg；添加剂6kg；抗氧剂0.2kg；偶联剂0.2kg；成核剂1.2kg。
热塑性树脂为聚酰胺。
添加剂为无机纳米级二氧化硅。
抗氧剂为受阻酚类2246-S。
偶联剂为γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷。
成核剂为乙撑双硬脂酰胺。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将热塑性树脂提前放入干燥器中，在105℃下烘干5.5小时；
（2）将称重后的各重量份的原料放入高速混合机中混合均匀；
（3）将混合均匀的原料105℃再烘干1.2小时；
（4）烘干后把混合物放入双螺杆挤出机中，主机转速：350转/分钟，双螺杆挤出机各段的温度控制温度区为：一区180℃，二到五区220℃，六区230℃，模头温度230℃，双螺杆挤出机挤出的粒料即为高强度抗老化复合材料。
其他同实施例1。
实施例4：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂100kg；玻璃纤维30kg；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5kg；添加剂8kg；抗氧剂0.4kg；偶联剂0.4kg；成核剂1.5kg。
热塑性树脂为聚碳酸酯。
添加剂为无机纳米级氧化镁。
抗氧剂为受阻酚类抗氧剂3114。
偶联剂为γ-氯丙基-三甲氧基硅烷。
成核剂为乙撑双硬脂酰胺。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将热塑性树脂提前放入干燥器中，在110℃下烘干6小时；
（2）将称重后的各重量份的原料放入高速混合机中混合均匀；
（3）将混合均匀的原料110℃再烘干1.5小时；
（4）烘干后把混合物放入双螺杆挤出机中，主机转速：400转/分钟，双螺杆挤出机各段的温度控制温度区为：一区180℃，二到五区240℃，六区240℃，模头温度240℃，双螺杆挤出机挤出的粒料即为高强度抗老化复合材料。
其他同实施例1。
实施例5：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂110kg；玻璃纤维40kg；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.8kg；添加剂9kg；抗氧剂0.5kg；偶联剂0.5kg；成核剂1.8kg。
热塑性树脂为聚丙烯和聚酰胺的共聚混合物。
添加剂为无机纳米级的氮化硼4kg和二氧化硅5kg。
抗氧剂为季戊四醇双亚磷酸酯。
偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。
成核剂为乙撑双硬脂酰胺。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将热塑性树脂提前放入干燥器中，在115℃下烘干6.5小时；
（2）将称重后的各重量份的原料放入高速混合机中混合均匀；
（3）将混合均匀的原料115℃再烘干1.8小时；
（4）烘干后把混合物放入双螺杆挤出机中，主机转速：450转/分钟，双螺杆挤出机各段的温度控制温度区为：一区180℃，二到五区250℃，六区250℃，模头温度250℃，双螺杆挤出机挤出的粒料即为高强度抗老化复合材料。
其他同实施例1。
实施例6：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂120kg；玻璃纤维50kg；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮1kg；添加剂6kg；抗氧剂0.6kg；偶联剂0.6kg；成核剂2kg。
热塑性树脂为聚酰胺、聚碳酸酯和聚酯的共聚混合物。
添加剂为无机纳米级的氧化锌。
抗氧剂为亚磷酸三丁酯。
偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯。
成核剂为乙撑双硬脂酰胺。
如上述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）将热塑性树脂提前放入干燥器中，在120℃下烘干7小时；
（2）将称重后的各重量份的原料放入高速混合机中混合均匀；
（3）将混合均匀的原料120℃再烘干2小时；
（4）烘干后把混合物放入双螺杆挤出机中，主机转速：500转/分钟，双螺杆挤出机各段的温度控制温度区为：一区180℃，二到五区260℃，六区260℃，模头温度260℃，双螺杆挤出机挤出的粒料即为高强度抗老化复合材料。
其他同实施例1。
实施例7：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80kg；玻璃纤维20kg；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.2kg；添加剂6kg；抗氧剂0.2kg；偶联剂0.2kg；成核剂1kg。
热塑性树脂为聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯和聚酯的共聚混合物。
添加剂为无机纳米级的二氧化硅2kg、氧化镁2kg和氧化锌2kg。
其他同实施例4。
实施例8：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80kg；玻璃纤维40kg；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.2kg；添加剂9kg；抗氧剂0.5kg；偶联剂0.5kg；成核剂2kg。
添加剂为无机纳米级的氮化硼2kg、二氧化硅3kg、氧化镁1kg和氧化锌3kg。
其他同实施例4。
实施例9：
高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，由以下重量份的原料组成：热塑性树脂120kg；玻璃纤维50kg；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5kg；添加剂8kg；抗氧剂0.3kg；偶联剂0.4kg；成核剂1.5kg。
其他同实施例4。
对比例1为普通热塑性树脂，对比例2为实施例2中将2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮加入量调为0.05份以下。
实施例2-9和对比例1-2的性能测试数据如表2所示。
由本发明提供的高强度抗老化复合材料制成的高铁接地装置接地盖，进行了300-400km/h石子撞击过程模拟仿真，通过计算证明，该材料可以承受时速为300-400km/h的石子撞击，撞击后接地装置不会被破坏。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80-120份；玻璃纤维10-50份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.05-1份；添加剂5-10份；抗氧剂0.1-0.6份；偶联剂0.1-0.6份；成核剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：热塑性树脂80份；玻璃纤维20-40份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.2份；添加剂6-9份；抗氧剂0.2-0.5份；偶联剂0.2-0.5份；成核剂1-2份。
3.根据权利要求1所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：热塑性树脂120份；玻璃纤维50份；2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5份；添加剂8份；抗氧剂0.3份；偶联剂0.4份；成核剂1.5份。
4.根据权利要求1-3任一所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，其特征在于：所述热塑性树脂为聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1-3任一所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，其特征在于：所述添加剂为无机纳米级的氮化硼、二氧化硅、氧化镁或氧化锌中的一种或几种。
6.根据权利要求1-3任一所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类或亚磷酸酯类。
7.根据权利要求1-3任一所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷类或钛酸酯类。
8.根据权利要求1-3任一所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料，其特征在于：所述成核剂为乙撑双硬脂酰胺。
9.如权利要求1所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）将热塑性树脂提前放入干燥器中，在100-120℃下烘干5-7小时；
（2）将称重后的各重量份的原料放入高速混合机中混合均匀；
（3）将混合均匀的原料100-120℃再烘干1-2小时；
（4）烘干后把混合物放入双螺杆挤出机中，主机转速：300-500转/分钟，双螺杆挤出机各段的温度控制温度区为：一区180℃，二到五区200-260℃，六区220-260℃，模头温度220-260℃，双螺杆挤出机挤出的粒料即为高强度抗老化复合材料。
10.如权利要求1所述的高铁接地装置用高强度抗老化复合材料在高铁接地装置接地盖上的应用。
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