CN102558780A - 一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料及制备方法 - Google Patents

一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料及制备方法，以重量百分比计，由以下组成成分：表面改性的碳纤维5～30%，聚酯类弹性体60%～85%，相容剂1%～10%，加工助剂0.1%～2%；表面改性的碳纤维经过以下表面处理工艺获得：碳纤维采用氧化剂在温度80～150℃下处理2～5小时，对碳纤维的表面进行氧化；滤出处理过的碳纤维，用蒸馏水清洗至水呈中性后，在80～150℃条件下烘干；再用20%～50%浓度的偶联剂在常温下浸润处理5-120分钟。本发明通过改变弹性体材料的配方来实现制备高强度、高韧性、高耐热以及耐磨的重型机车减震元件，使重型机车减震元件具有高刚度、韧性、耐磨及耐热性能。

Description

一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种弹性体复合材料及其制备方法，具体的说是一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料及制备方法。
背景技术
重型机车用减震元件一般可以通过选择不同的弹性体来调整材料的刚度和阻尼，也可以选择改变减震元件的形状和结构来得到一定变形方式下和频率范围内所需的振动传递率。
TPEE具有结构强度高、耐蠕变性好、回弹性优异、抗冲和耐弯曲疲劳、耐磨、尺寸稳定。在低温时具有柔韧性，在高温下也能保持良好的性能等性能。特别是优异的动态力学性能使它在众多的弹性体材料中脱颖而出。除此而外，它还能抵制许多工业化学品、油和溶剂导致的腐蚀。与橡胶相比，TPEE材料的使用寿命更长，而且耐压缩变形能力更强。在-55度至150度的温度范围内性能能保持一致。
由于碳纤维的高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，成为军民两用的主导材料，广泛运用在国防、航空航天、高档体育用品、一般工业用等方面。碳纤维增强热塑性弹性体复合材料在造纸、汽车及其宇航等领域的应用日益增多。特备是在磨耗环境下的应用，碳纤维增强弹性体能提高减震器的强度、模量以及耐热性能。通过碳纤维改性热塑性聚酯类弹性体制备的减震元件能大幅提高动载荷下抵抗变形的能力。
发明内容
本发明的目的在于提出一种碳纤维改性聚酯弹性体复合材料，通过改变弹性体材料的配方来实现制备高强度、高韧性、高耐热以及耐磨的重型机车减震元件，使重型机车减震元件具有高刚度、高韧性、高耐热及耐磨性能；本发明的另一个目的在于提出一种用于制备上述碳纤维改性聚酯弹性体复合材料的制备方法。
本发明实现以上发明目的的技术方案是：
一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，以重量百分比计，由以下成分组成：
表面改性的碳纤维  5%～30%
聚酯弹性体       60%～85%
相容剂            1%～10%
加工助剂        0.1%～2%，
以上各组分之和为100%；
表面改性的碳纤维经过以下表面处理工艺获得：㈠碳纤维在采用氧化剂在温度80～150℃下处理2～5小时，对碳纤维的表面进行氧化；㈡滤出经步骤㈠处理过的碳纤维，用蒸馏水清洗至蒸馏水呈中性后，在80～150℃条件下烘干；再用20%～50%浓度的偶联剂在常温下浸润处理5～120分钟，然后碳纤维取出烘干，浸润处理增加碳纤维表面的含氧官能团，使得与聚酯弹性体的粘结性能增强。
经过处理的碳纤维表面引入大量的含氧极性官能团，如-COOH,-OH,=O等，表面活性官能团的增加，使它与弹性体之间的相互作用增强，两相间的粘结能力变大能更好地发挥各组分的功能。
碳纤维改性聚酯弹性体复合材料制备重型机车减震元件的方法，使用双螺杆挤出捏合法通过剪切力将碳纤维分散在弹性体中，包括以下步骤：
㈠按权利要求1所述组分的比列称取各个组分；
㈡将除了碳纤维以外的组分在高混机内混合2～30分钟；
㈢将混合好的组分加入到双螺杆挤出机内，同时将碳纤维通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机各区工作温度根据聚酯弹性体不同取聚酯弹性体熔化温度以上10～20℃；
㈣将步骤㈢得到的物质经过冷却、拉条、切粒和干燥处理。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，氧化剂为浓硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾、次氯酸钠或次氯酸钾。
前述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃。
前述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，加工助剂为增塑剂、抗氧剂、润滑剂、防老化剂、阻燃剂、着色剂中的一种或几种。
前述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，偶联剂是硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂。
前述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，碳纤维为PAN基碳纤维。
本发明的优点是：本发明通过改变弹性体材料的配方来获得高强度、高模量、高耐热以及耐磨的重型机车减震元件用碳纤维改性弹性体复合材料，本发明制造的重型机车用减震器具有高强度、高模量、高耐热、耐磨的特点。
具体实施方式
实施例1
一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，以重量百分比计，由以下组成成分：表面改性的碳纤维13%，聚酯类弹性体85%，相容剂1.8%，抗氧剂0.2%；
表面改性的碳纤维经过以下表面处理工艺获得：㈠碳纤维用浓度为40%的硝酸在温度150℃下处理2小时，对碳纤维的表面进行氧化；㈡滤出经步骤㈠处理过的碳纤维，用蒸馏水清洗至水呈中性后，在150℃条件下烘干；再用20%浓度的硅烷类偶联剂在常温下浸润处理120分钟，然后碳纤维取出烘干。
碳纤维改性聚酯弹性体复合材料制备重型机车减震元件的方法，使用双螺杆挤出捏合法通过剪切力将碳纤维分散在弹性体中，包括以下步骤：
㈠按以上组分的比列称取各个组分；
㈡将除了碳纤维以外的组分在高混机内混合2分钟；
㈢将混合好的组分加入到双螺杆挤出机内，同时将碳纤维通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机各区工作温度：一区210℃，二区210℃、三区220℃、四区225℃，五区225℃，,六区225℃，,七区230℃，八区230℃；
㈣将步骤㈢得到的物质经过冷却、拉条、切粒和干燥处理。
实施例2
一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，以重量百分比计，由以下组成成分：表面改性的碳纤维8%，聚酯类弹性体82%，相容剂9.5%，润滑剂0.5%；
表面改性的碳纤维经过以下表面处理工艺获得：㈠碳纤维在采用浓度为40%的高锰酸钾在温度80℃下处理5小时，对碳纤维的表面进行氧化；㈡滤出经步骤㈠处理过的碳纤维，用蒸馏水清洗至水呈中性后，在80℃条件下烘干；再用30%浓度的钛酸酯类偶联剂在常温下浸润处理60分钟，然后碳纤维取出烘干。
碳纤维改性聚酯弹性体复合材料制备重型机车减震元件的方法，使用双螺杆挤出捏合法通过剪切力将碳纤维分散在弹性体中，包括以下步骤：
㈠按以上组分的比列称取各个组分；
㈡将除了碳纤维以外的组分在高混机内混合8分钟；
㈢将混合好的组分加入到双螺杆挤出机内，同时将碳纤维通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机各区工作温度：一区210℃，二区210℃、三区220℃、四区225℃，五区225℃，,六区225℃，,七区230℃，八区230℃；
㈣将步骤㈢得到的物质经过冷却、拉条、切粒和干燥处理。
实施例3
一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，以重量百分比计，由以下组成成分：表面改性的碳纤维20%，聚酯类弹性体70%，相容剂8%，防老化剂2%；
表面改性的碳纤维经过以下表面处理工艺获得：㈠碳纤维在浓度为15%次氯酸钠采用氧化剂在温度100℃下处理1小时；㈡滤出经步骤㈠处理过的碳纤维，用蒸馏水清洗至水呈中性后，在100℃条件下烘干；再用35%浓度的钛酸酯类偶联剂在常温下浸润处理100分钟，然后碳纤维取出烘干。
碳纤维改性聚酯弹性体复合材料制备重型机车减震元件的方法，使用双螺杆挤出捏合法通过剪切力将碳纤维分散在弹性体中，包括以下步骤：
㈠按以上组分的比列称取各个组分；
㈡将除了碳纤维以外的组分在高混机内混合20分钟；
㈢将混合好的组分加入到双螺杆挤出机内，同时将碳纤维通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机各区工作温度：一区210℃，二区210℃、三区220℃、四区225℃，五区225℃，,六区225℃，,七区230℃，八区230℃；
㈣将步骤㈢得到的物质经过冷却、拉条、切粒和干燥处理。
实施例4
一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，以重量百分比计，由以下组成成分：表面改性的碳纤维29%，聚酯类弹性体62%，相容剂8%，抗氧剂0.2%，润滑剂 0.8%。
表面改性的碳纤维经过以下表面处理工艺获得：㈠碳纤维采用15%的次氯酸钠和40%的浓硫酸复合氧化剂在温度90℃下处理3小时，对碳纤维的表面进行氧化；㈡滤出经步骤㈠处理过的碳纤维，用蒸馏水清洗至水呈中性后，在120℃条件下烘干；再用50%浓度的硅烷类偶联剂在常温下浸润处理5分钟，然后碳纤维取出烘干。
碳纤维改性聚酯弹性体复合材料制备重型机车减震元件的方法，使用双螺杆挤出捏合法通过剪切力将碳纤维分散在弹性体中，包括以下步骤：
㈠按以上组分的比列称取各个组分；
㈡将除了碳纤维以外的组分在高混机内混合30分钟；
㈢将混合好的组分加入到双螺杆挤出机内，同时将碳纤维通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机各区工作温度：一区210℃，二区210℃、三区220℃、四区225℃，五区225℃，,六区225℃，,七区230℃，八区230℃；
㈣将步骤㈢得到的物质经过冷却、拉条、切粒和干燥处理。
本实施例的机械性能与未使用碳纤维增强的机械性能对比见表1。可见，使用碳纤维增强后的弹性体的机械性能比未使用碳纤维增强的机械性能提高了两倍以上。
表1
Figure 816854DEST_PATH_IMAGE001
。
本发明还可以有其它实施方式，通过剪切力将碳纤维分散在弹性体中的方法可以采用现有的开放式的炼胶机法或密闭捏合法；凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。 

Claims (7)

1.一种重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，其特征在于：以重量百分比计，由以下成分组成：
表面改性的碳纤维  5%～30%
聚酯弹性体       60%～85%
相容剂            1%～10%
加工助剂        0.1%～2%，
以上各组分之和为100%；
所述表面改性的碳纤维经过以下表面处理工艺获得：㈠碳纤维在采用氧化剂在温度80～150℃下处理2～5小时，对碳纤维的表面进行氧化；㈡滤出经步骤㈠处理过的碳纤维，用蒸馏水清洗至蒸馏水呈中性后，在80～150℃条件下烘干，再用20%～50%浓度的偶联剂在常温下浸润处理5～120分钟，然后碳纤维取出烘干。
2.如权利要求1所述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，其特征在于：所述氧化剂为浓硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾、次氯酸钠或次氯酸钾。
3.如权利要求1所述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，其特征在于：所述相容剂是马来酸酐接枝聚烯烃。
4.如权利要求1所述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，其特征在于：所述加工助剂为增塑剂、抗氧剂、润滑剂、防老化剂、阻燃剂、着色剂中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，其特征在于：偶联剂是硅烷类偶联剂或钛酸酯类偶联剂。
6.如权利要求1所述的重型机车减震元件用聚酯弹性体复合材料，其特征在于：所述碳纤维为PAN基碳纤维。
7.采用权利要求1所述聚酯弹性体复合材料制备重型机车减震元件的方法，其特征在于：使用双螺杆挤出捏合法通过剪切力将碳纤维分散在弹性体中，包括以下步骤：
㈠按权利要求1所述组分的比列称取各个组分；
㈡将除了碳纤维以外的组分在高混机内混合2～30分钟；
㈢将混合好的组分加入到双螺杆挤出机内，同时将碳纤维通过侧喂料的方式喂入双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机各区工作温度根据聚酯弹性体不同取聚酯弹性体熔化温度以上10～20℃；
㈣将步骤㈢得到的物质经过冷却、拉条、切粒和干燥处理。
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