CN101314268B

CN101314268B - 改性塑料制品及其在制备火车敞车下侧门的用途

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Publication number: CN101314268B
Application number: CN2007100492078A
Authority: CN
Inventors: 朱波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: CN101314268A

Abstract

本发明涉及一种改性塑料制品，它是由多层改性塑料融合而成，其中间层为加强层，由矿石粉改性塑料制备而成。本发明塑料制品采用特定配方，特殊结构，制备得到的塑料制品既保持塑料固有的耐磨损、耐腐蚀、耐冲击等优良性能，又增强其硬度、强度，为工业应用特别是火车敞车下侧门提供一种新的改性塑料既塑料制品，特别适用于工况复杂，恶劣的环境下对耐磨、耐腐蚀、抗冲击能力、抗弯曲强度要求高的条件。

Description

改性塑料制品及其在制备火车敞车下侧门的用途

技术领域

本发明涉及一种改性塑料制品，尤其是在制备火车敞车下侧门中的用途，属于工程塑料领域。

背景技术

在我国铁路运输中，煤炭、矿石等工况最复杂，对敞车下侧门的要求更高。其基体最初采用松木制作，平板结构，厚度50mm，重量75kg，腐蚀严重，木材资源浪费大。在80年代后，开始采用各种钢材压型结构制作，厚度5-6mm，重量58-70kg，使用寿命7-10年，钢制下侧门易腐蚀、变形，修换率高。针对这些问题，有关单位提出了采用新型非金属材料替代金属的新任务：比如采用铸型尼龙、玻璃钢、竹材等非金属材料。尼龙机械强度好、韧性好、耐磨性好，但吸水性较大且成本很高。玻璃钢密度小、强度高，耐腐蚀，刚性好，耐高温，但是低温性能差，冲击易开裂，且不易回收。超高分子量聚乙烯等工程塑料，具有突出的韧性、耐磨损、耐腐蚀、耐冲击、自润滑、摩擦系数小、耐低温等优良特性，即使在-270℃，其力学性能、化学性能和电性能都很好。但是刚性差，纯的超高分子量聚乙烯的模量约1GPa。为了弥补这些不足和进一步提高其耐磨性可对塑料基体进行填料改性，如超细玻璃微珠、二硫化钼、滑石粉、玻璃纤维、碳纤维，碎布、丝布、丝网石棉增强，但是这些改性塑料的刚性仍然不足以在敞车下侧门等工况环境复杂、恶劣的条件下使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既保持塑料固有的耐磨损、耐腐蚀、耐冲击等优良性能，又增强其硬度、强度的改性塑料制品，为工业应用特别是火车敞车下侧门提供一种新的选择。

本发明的技术方案是提供一种改性塑料制品：其特征在于它的基体由多层的改性塑料融合而成，其中，外层是工作层，抗冲击能力强，并抗老化(抗紫外线)；中间层采用矿石粉填充改性塑料是为了增强强度。

本发明所述改性塑料是指在塑料原料中添加矿石粉、玻璃微珠、玻璃纤维粉、玻璃鳞片等制备而成，包括矿石粉填充塑料、玻璃微珠填充塑料、玻璃纤维增强塑料等等。所述塑料原料可以是高密度聚乙烯(分子量100万以下)、特高分子量聚乙烯(分子量100万-150万)、超高分子量聚乙烯(分子量150万以上)、改性聚丙烯、尼龙(包括浇铸尼龙)、聚氯乙烯等。

其中，所述塑料制品的基体四周镶嵌有骨架作为加强筋，骨架材料可以是管或棒状的金属材料、玻璃材料、陶瓷材料，可以达到增强塑料制品四周的强度，使得塑料制品不易变形。所述基体可以为平板矩形，其骨架由角钢和直钢条构成，其中角钢嵌入四角，直钢条嵌入四边，角钢和直钢条之间留有间隙。

上述塑料制品可以制成火车敞车下侧门，它是三层结构，第一层底层为工作层，要求耐磨、耐腐蚀，抗冲击，第二层中间层，要求刚性好，强度高，不易变形，第三层为表面层，要求美观，抗老化，耐腐蚀等。

加强层为矿石粉填充塑料，优选石英沙或铸石粉填充塑料。其原料配比为：以塑料原料为100份计(本文以下均指重量份)，添加50—250份石英沙或铸石粉等矿石粉、0.0005-0.001份硅烷偶联剂。

工作层和表面层是改性塑料：优选玻璃微珠、玻璃纤维或玻璃鳞片改性塑料，其原料配比为：以塑料原料为100份计，添加10—30份玻璃微珠、玻璃纤维或玻璃鳞片，0.0005-0.001份硅烷偶联剂。

所述硅烷偶联剂可以是A系列或KH系列，优选KH系列。

为了进一步提高塑料制品的强度和耐冲击能力，可以在中间层加入纤维丝布、纤维丝网等材料。

为了适应不同的视觉要求，表面层可以添加适量的着色剂，比如碳黑、工业颜料等。为了抗老化，也可以在表面层增加抗老化剂，比如紫外吸收剂。当然，表面层也可以是以其它工程塑料添加抗老化剂制备而成。

本发明塑料制品的制备方法是模压工艺，具体包括以下步骤：

a、分别按照配方称取原料，准备中间层和上下两层的塑料原料，并分别密封搅拌均匀备用；

b、依次在模具中铺底层料，中间层料，然后安置四周骨架，最后铺上层料，合模；

c、加热的同时加压：从室温升至塑料原料融化温度，压力不超过50kg/cm²。

d、降温加压：降温的同时继续加压，使得压力达到50kg/cm²，最后脱模、整形即得。

本发明提供的改性塑料制品原材料易得，方法简单易行，不需特殊设备；制备得到得改性塑料制品，耐摩擦，耐腐蚀，吸水率底，且抗弯曲强度高，抗冲击能力好、抗拉伸强度高、尤其低温冲击能力优异。是一种性能优良的塑料制品，特别适用于工况复杂，恶劣的环境下对耐磨、耐腐蚀、抗冲击能力、抗弯曲强度要求高的条件。

附图说明

图1为本发明改性塑料制备的火车敞车下侧门的结构示意图，其中e、f为骨架(e是角钢、f是直钢条)；g为改性塑料。

图2为图1所示火车敞车下侧门的A-A剖面图，其中，a为中间层(强化层)，b为表面层，c为骨架，d为工作层。

图3为本发明下侧门变形测试点布置，其中1-17为测试点。

具体实施方式

本发明提供的改性塑料制品，是由以下方法制备得到：

a、分别按照配方称取原料，准备中间层(或内层)和上下两层(或外层)的塑料原料，并密封搅拌均匀备用；

其中，中间层为矿石粉填充塑料优选石英沙或铸石粉填充塑料。其原料重量配比为：

塑料原料粉100份：矿石粉50-250份：硅烷偶联剂0.0005-0.001份。

所述矿石粉可以是石英沙或铸石粉等。所述塑料原料粉可以是高密度聚乙烯(分子量100万以下)、特高分子量聚乙烯(分子量100万-150万)、超高分子量聚乙烯(分子量150万以上)、改性聚丙烯、尼龙(包括浇铸尼龙)、聚氯乙烯等。

外层为：塑料原料粉100份，玻璃微珠、玻璃纤维或玻璃鳞片10—30份，硅烷偶联剂0.0005-0.001份。如果对耐磨性能要求不高也可以是普通工程塑料。

b、依次在模具中铺底层料(表面层)，中间层料(加强层)，然后四周镶嵌骨架，铺上层料(工作层)，最后整形合模。根据实际情况也可以设置数层。四周镶嵌的骨架可以是金属、玻璃、陶瓷等材料的管、棒等，可以达到增强塑料制品四周的强度，使得塑料制品不易变形。

优选的方案是：基体外沿周边镶嵌有骨架作为加强筋，所述骨架由金属材料、玻璃材料或陶瓷材料构成，中间层为矿石粉填充塑料，上下两层为玻璃微珠、玻璃纤维或玻璃鳞片改性的塑料融合而成的三层结构的平板，更优的方案是平板矩形基体，四角嵌入角钢，四边嵌入直钢条，角钢和直钢条之间留有间隙，如图1、2所示。其中，四边的钢条可以分别是两根平行焊接在一起的钢条，其强度效果更佳。

另外，在中间层加入玻璃丝布或玻璃丝网对刚性、硬度、强度等性能更好。

c、升温加压：加热的同时加压，从室温升至塑料原料融化温度，压力不超过50kg/cm²。

比如，分子量150万-300万的超高分子量聚乙烯，从室温升至250-300℃；耗时大约1-1.5小时左右；

以下通过具体实施例的方式对本发明做进一步详述，但不应理解为是对本发明的限制。凡基于本发明上述思想作出的多种形式的修改、替换、变更均属于本发明。

以下实施例均采用火车敞车下侧门模具制备，制品尺寸：长×宽＝1310×998mm四周厚度22—24mm，中间厚度16-18mm。制备方法为模压工艺，原料分别在密封搅拌机中搅拌均匀，铺料，然后经过加热加压、降温加压工艺，最后脱模整形即得。加热加压条件：1.5小时左右，温度从室温升至280℃，压力从0增至100吨；降温加压条件：采用水降温，压力增至800吨，1.5小时左右结束。

对比实施例1采用纯的超高分子量聚乙烯的塑料下侧门的制备

原料：超高分子量聚乙烯分子量150万-300万。

对比实施例2玻璃纤维改性的塑料下侧门的制备(单层结构)

原料：分子量150万-300万超高分子量聚乙烯与玻璃微珠或玻璃纤维的重量比为＝100：10：0.1。

实施例1本发明改性塑料板下侧门的制备(三层结构)

1、配料：

中间层：分子量为150万-300万的超高分子量聚乙烯：石英沙：KH—550硅烷偶联剂＝100：200：0.1。

表面层和工作层：分子量为150万-300万的超高分子量聚乙烯：玻璃微珠：KH—550硅烷偶联剂＝100：10：0.1。

2、制备过程：

先铺底层料6kg，铺平；

再铺中间层料23kg，铺平；

最后铺上层料6kg，铺平，合模，加热加压，降温加压，脱模整形即得。实施例2金属骨架增强的压型结构塑料火车敞车下侧门的制备

1、配料：

外层：分子量为150万-300万的超高分子量聚乙烯：玻璃微珠：KH—550硅烷偶联剂＝100：10：0.1

内层：分子量为150万-300万的超高分子量聚乙烯：石英沙：KH—550硅烷偶联剂＝100：200：0.1

2、制备过程：

a、铺料

先铺底层料6kg，铺平；

再铺中间层料23kg，铺平；

四周镶嵌骨架：四个角镶嵌3×20×20mm的角钢，四边镶嵌钢条。

最后铺上层料6kg，铺平，合模。

b、加热的同时加压，1.5小时左右，温度从室温升至280℃，压力从0增至100吨；

c、降温加压：采用水降温，压力增至800吨，1.5小时左右结束，进行脱模即得到重45kg的金属骨架增强的压型结构塑料下侧门。车门板厚15mm，中间层(加强层)厚度在10mm，四周的厚度22mm。折页与门板螺栓连接。

该火车敞车下侧门在某车辆厂经过了模拟载荷试验和模拟腐蚀试验。

模拟载荷试验是将门板四周架空，铺一层沙子后受压试验。受压不足1吨时，采用纯的超高分子量聚乙烯的塑料下侧门已经严重变形，漏很多沙子；采用改性玻璃纤维改性的塑料下侧门超过1吨同样变形严重；而采用3层结构的改性塑料板下侧门未到2顿时也变形。采用金属骨架加强的改性塑料下侧门板，3吨左右只有少量漏沙，很少变形。在模拟载荷试验中施加2.7吨的法向压力后，测试门板17个点的变形，下侧门变形测试点布置见图3。

其中钢制门板，本发明金属骨架增强的压型结构塑料门板，玻璃钢门板结果如表1：

表1

上表结果表明：车门在中心部位的变形最大，钢门在9mm，塑料车门在11mm，但是在四周的变形来看塑料车门小于钢门平均2mm；车门均满足车门使用功能。

在模拟腐蚀试验中，采用5％的HCl溶液和1％NaOH溶液分别浸泡9天后法向压力实验结果表明，本发明金属骨架增强的压型结构塑料敞车侧门无明显腐蚀，而且酸的腐蚀对刚度产生了有益的影响。

另外，四周镶嵌骨架为陶瓷棒和陶瓷管的敞车下侧门已经制备好并正在国内一火车的敞车下侧门试用，初步结果显示，抗冲击能力好、抗拉伸强度高，能够适应这种工况。

Claims

1.改性塑料制品，它是由改性塑料为基体，其特征在于：其基体是由多层改性塑料融合而成，基体的外层由玻璃微珠、玻璃纤维或玻璃鳞片改性的塑料融合而成；中间层为加强层，由矿石粉改性塑料制备而成；所述塑料是高密度聚乙烯、特高分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯、改性聚丙烯、尼龙或聚氯乙烯。

2.根据权利要求1所述的改性塑料制品，其特征在于：所述基体由三层结构组成，其中外层为表面层，内层为工作层；其中，

加强层采用石英沙或铸石粉填充塑料，其原料重量配比为：塑料原料100∶石英沙或铸石粉等矿石粉50-250份∶硅烷偶联剂0.0005-0.001份；

表面层和工作层由玻璃珠、玻璃纤维或玻璃鳞片改性塑料制备而成，其原料重量配比为：塑料原料100∶玻璃微珠、玻璃纤维或玻璃鳞片10-30份，硅烷偶联剂0.0005-0.001份。

3.根据权利要求2所述的改性塑料制品，其特征在于：所述基体外沿周边镶嵌有骨架作为加强筋，所述骨架由金属材料、玻璃材料或陶瓷材料构成。

4.根据权利要求3所述的改性塑料制品，其特征在于：所述基体为平板矩形，其骨架由角钢和直钢条构成，其中角钢嵌入四角，直钢条嵌入四边，角钢和直钢条之间留有间隙。

5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的改性塑料制品，其特征在于：加强层加入纤维丝布或纤维丝网。

6.根据权利要求5所述的改性塑料制品，其特征在于：表面层中添加碳黑或工业颜料为着色剂。

7.根据权利要求6所述的改性塑料制品，其特征在于：所述表面层中添加抗老化剂。

8.根据权利要求1-7任一项权利要求所述的改性塑料制品，其特征在于：它是火车敞车下侧门。

9.权利要求1-7任一项所述的改性塑料制品在制备火车敞车下侧门中的用途。