CN109535542A - 无人机用色母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无人机用色母粒及其制备方法，其中无人机用色母粒，包括以下以重量份数计的组分混合制得：活性碳纤维15‑20份；聚丙烯树脂25‑30份；聚醚酰亚胺22‑27份；无机填料10‑15份；抗氧剂0.5‑1.2份；光稳定剂0.2‑0.7份；其中，活性碳纤维经过以下方法制得，碳纤维在质量分数为65‑68%的浓硝酸中回流1.5‑2h，水洗至中性后烘干，分散于硅烷偶联剂的醇溶液浸泡20‑30min，取出烘干得到活性碳纤维；硅烷偶联剂的醇溶液包括体积比为1：4：0.4的硅烷偶联剂、乙醇和水，调节pH为4‑5。本方案制得的无人机用色母粒其具有强度高、延缓老化、质量轻的优点。

Description

无人机用色母粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及轻质色母粒领域，更具体的说，它涉及一种无人机用色母粒及其制备方法。
背景技术
随科技不断进步，无人机在民用领域逐渐兴起。无人机的机身也逐渐向轻量化、耐冲击、耐磨方向转化。目前无人机机身材料基本的结构材料主要包括聚碳酸酯、聚醚酰亚胺等结构材料。为了进一步增加结构材料的力学性能，通常在结构材料中加入增强纤维。
申请公布号为CN102936412A的专利公开了一种碳纤维增强聚醚酰亚胺/聚苯硫醚复合材料及其制备方法，该专利中预先将聚醚酰亚胺、聚苯硫醚和润滑剂搅拌混合形成预混物，预混物和碳纤维混合加入双螺杆挤出机，二者混合从双螺杆挤出机挤出、切粒。
由于碳纤维表面比较光滑，碳纤维与聚醚酰亚胺、聚苯硫醚的界面结合较弱，碳纤维在聚醚酰亚胺、聚苯硫醚中的分散性能较差，使用时，碳纤维容易出现拔出现象，进而影响聚醚酰亚胺/聚苯硫醚复合材料的强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机用色母粒，其具有强度高、延缓老化、质量轻优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种无人机用色母粒，包括以下以重量份数计的组分混合制得：
其中，活性碳纤维经过以下方法制得，碳纤维在质量分数为65-68％的浓硝酸中回流1.5-2h，水洗至中性后烘干，分散于硅烷偶联剂的醇溶液浸泡20-30min，取出烘干得到活性碳纤维；硅烷偶联剂的醇溶液包括体积比为1:4:0.4的硅烷偶联剂、乙醇和水，调节pH为4-5。
优选地，一种无人机用色母粒，包括以下以重量份数计的组分混合制得：
采用以上技术方案，聚丙烯树脂和聚醚酰亚胺作为基本的结构材料，在结构材料中加入活性碳纤维代替部分结构材料，降低结构材料的重量，同时提高结构材料之间的连接强度。由于活性碳纤维由碳纤维预先经过硝酸氧化处理，其表面的羟基、羧基等含氧官能团含量增加，活性碳纤维与结构材料之间依靠分子间作用力结合，增加活性碳纤维与结构材料之间的连接强度。此外，在结构材料中加入无机填料，一方面降低成本，减少结构材料的使用；另一方面，颗粒状的无机填料在与其他物质熔融混合的过程中，促进各组分之间的混合，进一步提高结构材料的强度。由于无人机通常在室外作业，色母粒还包括抗氧剂和光稳定剂，提高色母粒的结构稳定性。
进一步地，无机填料包括质量比为3:1的补强剂和遮光剂，补强剂为蒙脱土、碳酸钙、云母或者层状沸石中的一种或几种；遮光剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛或者纳米氧化锌。
进一步地，补强剂的粒径为200-400目，遮光剂的粒径为10-100nm。
采用以上技术方案，选用具有层状结构的补强剂加入到色母粒中，层状结构的补强剂在挤出过程中，各层之间发生相对滑移，与活性碳纤维、聚丙烯树脂、聚醚酰亚胺、抗氧剂和光稳定剂混合时，补强剂起到促进各组分之间混合均匀，同时具有提高色母粒强度的效果。选择粒径为10-100nm的遮光剂加入到色母粒中，遮光剂能够遮挡紫外线，延缓色母粒老化。补强剂和遮光剂结合，遮光剂可均匀分散在层状的补强剂或者活性碳纤维中，避免遮光剂团聚。
进一步地，抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1098或抗氧剂1076。
进一步地，光稳定剂包括紫外线吸收剂或受阻胺类光稳定剂。
采用以上技术方案，抗氧剂1010、抗氧剂1098和抗氧剂1076均属于受阻酚类抗氧剂，在高温以及光照条件下，不容易变色，并且具有持续抗氧化的效果。
进一步地，碳纤维采用湿法纺丝制备的碳纤维。
进一步地，碳纤维的直径为7-10微米，长度为0.5-3mm。
本发明中活性碳纤维的前驱体采用碳纤维进行氧化制得，此处碳纤维选择湿法纺丝制备的碳纤维。湿法纺丝制备的碳纤维表面有若干沟槽，利于提供氧化过程中的含氧官能团的锚固位点，增加活性碳纤维与其他组分之间的界面结合作用力。此外，选择直径为7-10微米，长度为0.5-3mm的碳纤维，增加碳纤维的比表面积，提高含氧官能团的锚固点，以免活性碳纤维拔出。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制得的无人机用色母粒具有质量轻的特点，本发明中加入活性碳纤维和无机填料代替部分聚丙烯树脂和聚醚酰亚胺，减轻色母粒的整体质量，并且不影响其整体强度。聚丙烯树脂和聚醚酰亚胺本身为轻质高强的结构材料，有效降低色母粒的整体质量；
2、本发明制得的无人机用色母粒具有较高的强度，活性碳纤维由碳纤维预先氧化，增大活性碳纤维与聚丙烯树脂和聚醚酰亚胺的界面结合强度。同时，活性碳纤维表面的官能团可以为无机填料提供多个锚固位点，增加活性碳纤维与无机填料的连接强度，提高活性碳纤维与无机填料在聚丙烯树脂和聚醚酰亚胺中的分散性；
3、本发明制得的无人机用色母粒具有延缓老化的特点，加入抗氧剂和光稳定剂延缓色母粒老化，无机填料中加入遮光剂，其具有反射紫外线的特点。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明所涉及的原料均为市售，具体型号如表1所示。
表1本发明涉及原料的规格
实施例一：一种无人机用色母粒的制备方法，包括以下步骤：
1、活性碳纤维的制备：称取100g碳纤维，碳纤维放入三口瓶中，加入质量分数为65％的浓硝酸回流1.5h，水洗至中性后烘干备用；
配置硅烷偶联剂的醇溶液：取硅烷偶联剂10mL、乙醇40mL和水4mL混合形成硅烷偶联剂的醇溶液；
将经硝酸氧化的碳纤维浸泡在硅烷偶联剂的醇溶液中20min，取出烘干后得到活性碳纤维备用。
2、预先将25kg聚丙烯树脂、25kg聚醚酰亚胺、5kg200目蒙脱土、2.5kg400目碳酸钙、2.5kg纳米二氧化硅、0.8kg抗氧剂1010、2kg铁铬黑和0.3kg受阻胺光稳定剂HS-508混合加入双螺杆挤出机中，从侧喂口加入18kg活性碳纤维；调节螺杆转速为150r/min，料筒温度为215℃，出口温度为235℃，收集双螺杆挤出机出料口处的挤出原料，冷却切粒后收集。
其余实施例与实施例一的区别在于组分参数和工艺参数不同，所有实施例的组分参数和工艺参数如表2所示。
表2各实施例的组分参数和工艺参数
对比例：
与实施例一相比，各对比例的区别在于组分参数不同，具体如表3所示。
表3各对比例的组分参数和工艺参数
各实施例和对比例制得的色母粒，将其倒入双螺杆挤出机熔融制作为测试样品，按照GB/T1040.2测试拉伸强度，按照GB/T9341测试弯曲强度，按照ISO1183-1测试比重，具体数值如表4所示。
表4实施例和对比例制得色母粒的性能测试结果
由以上数据可知，采用各实施例的配比和工艺条件制备得到的色母粒，其具有较高的拉伸强度和弯曲强度，并且比重均≤1.3g/cm3,可用于制造无人机零件。若降低活性碳纤维的含量，色母粒的拉伸强度和弯曲强度相应降低；若减少活性碳纤维和无机填料的添加量，色母粒的拉伸强度进一步降低。活性碳纤维和无机填料有效提高色母粒强度。无机填料中过量增加补强剂，使得补强剂发生团聚，影响色母粒的拉伸强度；若过量增加活性碳纤维，活性碳纤维分散不均，活性碳纤维容易团聚，影响色母粒的强度性能。
此外，将各实施例和各对比例制得的色母粒在自然环境下放置一年进行老化试验测试，对比例二至对比例四的色母粒明显褪色。由此可知，无机填料中的遮光剂(即纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米氧化锌)在抗老化中起到重要作用。
应该理解的是，本发明实施例所述制备方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种无人机用色母粒，其特征在于，包括以下以重量份数计的组分混合制得：
活性碳纤维 15-20份；
聚丙烯树脂 25-30份；
聚醚酰亚胺 22-27份；
无机填料 10-15份；
抗氧剂 0.5-1.2份；
光稳定剂 0.2-0.7份；
其中，活性碳纤维经过以下方法制得，碳纤维在质量分数为65-68%的浓硝酸中回流1.5-2h，水洗至中性后烘干，分散于硅烷偶联剂的醇溶液浸泡20-30min，取出烘干得到活性碳纤维；硅烷偶联剂的醇溶液包括体积比为1：4：0.4的硅烷偶联剂、乙醇和水，调节pH为4-5。
2.根据权利要求1所述的无人机用色母粒，其特征在于，包括以下以重量份数计的组分混合制得：
活性碳纤维 18-20份；
聚丙烯树脂 25-28份；
聚醚酰亚胺 25-27份；
无机填料 10-12份；
抗氧剂 0.8-1.0份；
光稳定剂 0.3-0.5份。
3.根据权利要求1-2任一项所述的无人机用色母粒，其特征在于：无机填料包括质量比为3：1的补强剂和遮光剂，补强剂为蒙脱土、碳酸钙、云母或者层状沸石中的一种或几种；遮光剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛或者纳米氧化锌。
4.根据权利要求3所述的无人机用色母粒，其特征在于：补强剂的粒径为200-400目，遮光剂的粒径为10-100nm。
5.根据权利要求1-2任一项所述的无人机用色母粒，其特征在于：抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1098或抗氧剂1076。
6.根据权利要求5所述的无人机用色母粒，其特征在于：光稳定剂包括紫外线吸收剂或受阻胺类光稳定剂。
7.根据权利要求1-2任一项所述的无人机用色母粒，其特征在于：碳纤维采用湿法纺丝制备的碳纤维。
8.根据权利要求7所述的无人机用色母粒，其特征在于：碳纤维的直径为7-10微米，长度为0.5-3mm。
9.一种权利要求1-8任一项所述的无人机用色母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
聚丙烯树脂、聚醚酰亚胺、无机填料、抗氧剂和光稳定剂按照权利要求1-8的重量比混合，加入双螺杆挤出机，活性碳纤维从侧喂口加入，螺杆转速为150-210r/min；料筒温度为215-230℃，出口温度为235-240℃。
10.根据权利要求9所述的无人机用色母粒的制备方法，其特征在于：料筒温度为220-225℃。
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