一种高速列车卫生间复合材料壳体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高速列车卫生间复合材料壳体及其制备方法,属于铁路车辆卫生设备制造领域。
背景技术
高速列车卫生间是列车内装饰中重要的组成部分,其壳体不但要求质量轻、强度高,而且还要求具有阻燃低烟性能。玻璃纤维增强树脂基复合材料(又名玻璃钢)具有比强度高、耐腐蚀、抗疲劳性能好等优点,被视为高速列车内饰产品的理想材料。然而,现在应用的产品存在两方面的缺陷:一方面由于不饱和聚酯树脂基体固化时收缩率大,产品成型尺寸与设计尺寸存在差异,产品的尺寸精密度较差,在卫生间的组装过程中给操作人员带来不必要的麻烦。由于尺寸的不匹配性,在诸多细节上也影响卫生间的整体美观。另一方面,树脂基体和增强纤维之间的热膨胀系数差异大,列车在运行过程中,由于温度的变化致使增强纤维和树脂基体变形程度差异较大,从而在产品内部产生热应力,使其机械性能下降,降低了产品的使用寿命。
发明内容
为了解决现在不饱和树脂聚酯固化收缩率大和因温差原因在复合材料内部产生热应力致使其性能下降的缺点,本发明提供了一种高速列车卫生间复合材料壳体及其制备方法。
一种高速列车卫生间复合材料壳体的制备方法,按以下方法进行:
(1)根据高速列车卫生间设计要求制作壳体模具;
(2)制备改性不饱和聚酯树脂,步骤如下:
A.取100份不饱和树脂聚酯,向其中加入5~20份的稀释剂,搅拌均匀;
B.取1~15份的钨酸锆和3~18份的氢氧化铝固体粉末,分别研磨并经过200目筛子过筛;
C.用硅烷偶联剂分别对步骤B所述的固体粉末进行表面处理,硅烷偶联剂和固体粉末的质量百分比kg/kg为0.5~2:50;
D.将步骤C处理过的粉末放置在80~120℃的恒温干燥箱中烘干1~3个小时;
E.将步骤D烘干的粉末分别研磨并经200目筛子过筛;
F.将步骤E所得粉末加入到步骤A所述的稀释的树脂基体中并搅拌均匀;
G.取1~6份膨润土加入到步骤F得到的树脂基体中并搅拌均匀;
H.向步骤G得到的树脂基体中顺序缓慢加入质量百分比kg/kg为0.01%~0.2%的促进剂和质量百分比kg/kg为1%~5%的引发剂,边添加边不断搅拌,直至混合均匀,即得所述改性不饱和聚酯树脂;
(3)制备卫生间壳体:
向平铺在模具中的玻璃纤维布和短切玻纤毡滚刷步骤(2)所得改性不饱和聚酯树脂,采用手糊成型工艺,室温固化成高速列车卫生间复合材料壳体;
或:向步骤(2)所得改性不饱和聚酯树脂中均匀混合短切玻璃纤维,将其均匀铺在模具中,通过模压成型工艺制成高速列车卫生间复合材料壳体。
所述的稀释剂为苯乙烯、丙酮、无水乙醇中的一种或任意两种及以上物质的混合物。
所述的硅烷偶联剂选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、六甲基二甲硅基胺、己基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、甲基氢硅氧烷中的一种或任意两种及以上的混合物。
所述的促进剂选自环烷酸钴、环烷酸钒、环烷酸锰、亚油酸钴、二甲基苯胺、二乙基苯胺、二甲基苯甲胺中的一种或任意两种及以上的混合物。
所述的引发剂选自过氧化环己酮、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰中的一种或任意两种及以上物质的混合物。
优选的,所述步骤中的成分及其重量组份为:不饱和树脂聚酯100份、苯乙烯稀释剂15份、钨酸锆10份、氢氧化铝12份;所述硅烷偶联剂为四甲氧基硅烷,其与钨酸锆和氢氧化铝固体粉末的质量百分比为1:50;所述粉末烘干的温度为100℃、时间为2小时;所述的膨润土为3份;所述加入的促进剂为质量百分比kg/kg0.1%的环烷酸钴,加入的引发剂为质量百分比kg/kg3%的过氧化环己酮。
进一步的,所述步骤中的成分及其重量组份为:不饱和树脂聚酯100份、苯乙烯稀释剂12份、钨酸锆11份、氢氧化铝15份;所述硅烷偶联剂为四甲氧基硅烷,其与钨酸锆和氢氧化铝固体粉末的质量百分比kg/kg为1:50;所述粉末烘干的温度为100℃、时间为2小时;所述的膨润土为2.5份;所述加入的促进剂为质量百分比kg/kg0.15%的环烷酸钴,加入的引发剂为质量百分比kg/kg2.5%的过氧化环己酮。
一种根据上述方法制备的高速列车卫生间复合材料壳体。
与现有技术相比,本发明的优点在于:降低了产品固化时的收缩率,保证了尺寸的精密性。能有效的调控树脂基体的热膨胀系数,使其与增强纤维接近,降低甚至消除内部的热应力,提高了产品的使用寿命。提高了卫生间壳体的阻燃性能,降低了燃烧时所产生的烟雾量,并且还进一步降低了产品成本。
具体实施方式
下面结合实施案例对本发明作进一步详细的描述。
实施例1:本实施方式的高速列车卫生间复合材料壳体的制备方法按以下步骤进行:(1)根据高速列车卫生间设计要求制作壳体模具;(2)制备改性不饱和聚酯树脂:A.取100份不饱和树脂聚酯,向其中加入15份的苯乙烯稀释剂,搅拌均匀;B.取10份的钨酸锆和12份的氢氧化铝粉末,分别研磨并经过200目筛子过筛。C.用四甲氧基硅烷分别对钨酸锆和氢氧化铝固体粉末进行表面处理,四甲氧基硅烷和固体粉末的质量百分比为1:50;D.将处理过的粉末放置在100℃的恒温干燥箱中烘干2个小时;E.将烘干的粉末分别研磨并经200目筛子过筛;F.把粉末加入稀释的树脂基体中并搅拌均匀;G.取3份的膨润土加入到树脂基体中并搅拌均匀;H.向树脂基体中顺序加入质量百分比(kg/kg)为0.1%的环烷酸钴和质量百分比(kg/kg)为3%的过氧化环己酮,添加过程应当缓慢,并且边添加边不断搅拌,直至混合均匀;(3)向平铺在模具中的玻璃纤维布和短切玻纤毡滚刷树脂基体,采用手糊成型工艺,室温固化成卫生间复合材料壳。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.05%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR2(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为5.7×10-6/℃(按ASTMD696标准),无机功能粒子在基体中分散均匀,无沉降现象。
实施例2:本实施例与实施例1不同的是,在步骤(2)的A中向100份不饱和树脂聚酯中加入10份的苯乙烯稀释剂,其它步骤与实施例1相同。
实施例3:本实施例与实施例1或2不同的是,在步骤(2)的A中向100份不饱和树脂聚酯中加入10份苯乙烯和5份丙酮,其它步骤与实施例1或相同。
实施例4:本实施方式的高速列车卫生间复合材料壳体的制备方法按以下步骤进行:(1)根据高速列车卫生间设计要求制作壳体模具;(2)制备改性不饱和聚酯树脂:A.取100份不饱和树脂聚酯,向其中加入15份的苯乙烯稀释剂,搅拌均匀;B.取13份的钨酸锆和12份的氢氧化铝粉末,分别研磨并经过200目筛子过筛;C.用四甲氧基硅烷分别对钨酸锆和氢氧化铝固体粉末进行表面处理,四甲氧基硅烷和固体粉末的质量百分比为1:50;D.将处理过的粉末放置在100℃的恒温干燥箱中烘干2个小时;E.将烘干的粉末分别研磨并经200目筛子过筛;F.把粉末加入稀释的树脂基体中并搅拌均匀;G.取3份的膨润土加入到树脂基体中并搅拌均匀;H.向树脂基体中顺序加入质量百分比(kg/kg)为0.1%的环烷酸钴和质量百分比(kg/kg)为3%的过氧化环己酮,添加过程应当缓慢,并且边添加边不断搅拌,直至混合均匀;(3)向平铺在模具中的玻璃纤维布和短切玻纤毡滚刷树脂基体,采用手糊成型工艺,室温固化成卫生间复合材料壳。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.02%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR2(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为5.5×10-6/℃(按ASTMD696标准),无机功能粒子在基体中分散均匀,无沉降现象。
实施例5:本实施例与实施例4不同的是,在步骤(2)的B中取7份钨酸锆和12份氢氧化铝粉末,其它步骤与实施例4相同。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.1%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR2(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为6.5×10-6/℃(按ASTMD696标准),无机功能粒子在基体中分散均匀,无沉降现象。
实施例6:本实施例与实施例4或5不同的是,在步骤(2)的B中取7份钨酸锆和12份氢氧化铝粉末,其它步骤与实施例4或5相同。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.07%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR1(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为5.8×10-6/℃(按ASTMD696标准)。无机功能粒子在基体中分散均匀,无沉降现象。
实施例7:本实施例与实施例4或5不同的是,在步骤(2)的B中取5份钨酸锆和5份氢氧化铝粉末,其它步骤与实施例4或5相同。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.25%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S3和SR1(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为7.1×10-6/℃(按ASTMD696标准),无机功能粒子在基体中分散均匀,无沉降现象。
实施例8:本实施方式的高速列车卫生间复合材料壳体的制备方法按以下步骤进行:(1)根据高速列车卫生间设计要求制作壳体模具;(2)制备改性不饱和聚酯树脂:A.取100份不饱和树脂聚酯,向其中加入15份的苯乙烯稀释剂,搅拌均匀;B.取10份的钨酸锆和12份的氢氧化铝粉末,分别研磨并经过200目筛子过筛;C.用四乙氧基硅烷分别对钨酸锆和氢氧化铝固体粉末进行表面处理,四乙氧基硅烷和固体粉末的质量百分比为1.5:50;D.将处理过的粉末放置在110℃的恒温干燥箱中烘干2个小时;E.将烘干的粉末分别研磨并经200目筛子过筛;F.把粉末加入稀释的树脂基体中并搅拌均匀;G.取3份的膨润土加入到树脂基体中并搅拌均匀;H.向树脂基体中顺序加入质量百分比(kg/kg)为0.1%的环烷酸钴和质量百分比(kg/kg)为3%的过氧化环己酮,添加过程应当缓慢,并且边添加边不断搅拌,直至混合均匀;(3)向平铺在模具中的玻璃纤维布和短切玻纤毡滚刷树脂基体,采用手糊成型工艺,室温固化成卫生间复合材料壳。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.05%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR2(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为5.7×10-6/℃(按ASTMD696标准),无机功能粒子在基体中分散均匀,无沉降现象。
实施例9:本实施例与实施例8不同的是,在步骤(2)的C中用四甲氧基硅烷分别对钨酸锆和氢氧化铝固体粉末进行表面处理,四甲氧基硅烷和固体粉末的质量百分比为0.5:50,其它与实施例8相同。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.08%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR2(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为5.9×10-6/℃(按ASTMD696标准),无机功能粒子在基体中有轻微团聚现象。
实施例10:本实施例与实施例8或9不同的是,在步骤(2)的C中用四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷混合液分别对钨酸锆和氢氧化铝固体粉末进行表面处理,四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷混合液与固体粉末的质量百分比为1:0.5:50,其它与实施例8或9相同。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.06%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR2(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为5.6×10-6/℃(按ASTMD696标准)。无机功能粒子在基体中分散均匀,无沉降现象。
实施例11:本实施方式的高速列车卫生间复合材料壳体的制备方法按以下步骤进行:(1)根据高速列车卫生间设计要求制作壳体模具;(2)制备改性不饱和聚酯树脂:A.取100份不饱和树脂聚酯,向其中加入15份的苯乙烯稀释剂,搅拌均匀;B.取10份的钨酸锆和12份的氢氧化铝粉末,分别研磨并经过200目筛子过筛;C.用四甲氧基硅烷分别对钨酸锆和氢氧化铝固体粉末进行表面处理,四甲氧基硅烷和固体粉末的质量百分比为1:50;D.将处理过的粉末放置在100℃的恒温干燥箱中烘干2个小时;E.将烘干的粉末分别研磨并经200目筛子过筛;F.把粉末加入稀释的树脂基体中并搅拌均匀;G.取4份的膨润土加入到树脂基体中并搅拌均匀;H.向树脂基体中顺序加入质量百分比(kg/kg)为0.1%的环烷酸钒和质量百分比(kg/kg)为3%的过氧化甲乙酮,添加过程应当缓慢,并且边添加边不断搅拌,直至混合均匀;(3)向平铺在模具中的玻璃纤维布和短切玻纤毡滚刷树脂基体,采用手糊成型工艺,室温固化成卫生间复合材料壳。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.05%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR2(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为5.7×10-6/℃(按ASTMD696标准),无机功能粒子在基体中分散均匀,无沉降现象。
实施例12:本实施例与实施例11不同的是,在步骤(2)的G中取1份的膨润土加入到树脂基体中并搅拌均匀,其它与实施例11相同。
经实验,本实施方式改性的不饱和聚酯树脂基体的性能指标为:收缩率0.06%(按ISO2577标准),燃烧等级和冒烟等级分别达到S4和SR2(按DIN5510-2:2009标准),热膨胀系数为5.8×10-6/℃(按ASTMD696标准),无机功能粒子在基体中分散均匀,长时间放置会出现沉降现象。
实施例13:本实施例与实施例11不同的是,在步骤(2)的H中向树脂基体中顺序加入质量百分比为0.1%的环烷酸钴、0.05%环烷酸钒、2%的过氧化环己酮和1%的过氧化甲乙酮,其它与实施例11相同。
实施例14:本实施方式的高速列车卫生间复合材料壳体的制备方法按以下步骤进行:(1)根据高速列车卫生间设计要求制作壳体模具;(2)制备改性不饱和聚酯树脂:A.取100份不饱和树脂聚酯,向其中加入12份的苯乙烯稀释剂,搅拌均匀;B.取11份的钨酸锆和15份的氢氧化铝粉末,分别研磨并经过200目筛子过筛;C.用四甲氧基硅烷分别对钨酸锆和氢氧化铝固体粉末进行表面处理,四甲氧基硅烷和固体粉末的质量百分比为1:50;D.将处理过的粉末放置在100℃的恒温干燥箱中烘干2个小时;E.将烘干的粉末分别研磨并经200目筛子过筛;F.把粉末加入稀释的树脂基体中并搅拌均匀;G.取2.5份的膨润土加入到树脂基体中并搅拌均匀;H.向树脂基体中顺序加入质量百分比(kg/kg)为0.15%的环烷酸钴和质量百分比(kg/kg)为2.5%的过氧化环己酮,添加过程应当缓慢,并且边添加边不断搅拌,直至混合均匀;(3)向树脂基体中均匀混合短切玻璃纤维,将其均匀铺在模具中,通过模压成型工艺制成卫生间复合材料壳体。
经实验,本实施方式制备的改性不饱和聚酯树脂基体固化时收缩率为0,热膨胀系数4.9×10-6/℃,与玻璃纤维的一致,消除了卫生间复合材料壳体在使用过程中内部产生的热应力,提高了产品的使用寿命。同时,由于功能性无机粒子的加入,提高了卫生间壳体的阻燃性能,降低了燃烧时所产生的烟雾量,达到了DIN5510标准中的S4和SR2级,高于高铁对其阻燃性能的要求,并且还进一步降低了产品成本。而且,由此方式制备出的产品表面质量高,外表美观。
部分实施例改性不饱和聚酯树脂与未改性不饱和聚酯树脂性能指标对照见下表。
改性不饱和聚酯树脂与未改性不饱和聚酯树脂性能指标对照表
由性能指标对照表可以看出,本发明的改性树脂大大降低了产品固化时的收缩率,保证了尺寸的精密性;有效的调控树脂基体的热膨胀系数,使其与增强纤维接近,降低甚至消除内部的热应力,提高了产品的使用寿命;提高了卫生间壳体的阻燃性能,降低了燃烧时所产生的烟雾量。
本发明上述实施方案,只是举例说明,不是仅有的,所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。