專利名稱：一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈性體復合材料及其制備方法，具體的說是一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料及制備方法。
背景技術(shù)：
重型機車用減震元件一般可以通過選擇不同的彈性體來調(diào)整材料的剛度和阻尼，也可以選擇改變減震元件的形狀和結(jié)構(gòu)來得到一定變形方式下和頻率范圍內(nèi)所需的振動傳遞率。TPEE具有結(jié)構(gòu)強度高、耐蠕變性好、回彈性優(yōu)異、抗沖和耐彎曲疲勞、耐磨、尺寸穩(wěn)定。在低溫時具有柔韌性，在高溫下也能保持良好的性能等性能。特別是優(yōu)異的動態(tài)力學性能使它在眾多的彈性體材料中脫穎而出。除此而外，它還能抵制許多工業(yè)化學品、油和溶劑導致的腐蝕。與橡膠相比，TPEE材料的使用壽命更長，而且耐壓縮變形能力更強。在-55度至150度的溫度范圍內(nèi)性能能保持一致。由于碳纖維的高強度、高模量、耐高溫、抗化學腐蝕、耐輻射、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，成為軍民兩用的主導材料，廣泛運用在國防、航空航天、高檔體育用品、一般工業(yè)用等方面。碳纖維增強熱塑性彈性體復合材料在造紙、汽車及其宇航等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多。特備是在磨耗環(huán)境下的應(yīng)用，碳纖維增強彈性體能提高減震器的強度、模量以及耐熱性能。通過碳纖維改性熱塑性聚酯類彈性體制備的減震元件能大幅提高動載荷下抵抗變形的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種碳纖維改性聚酯彈性體復合材料，通過改變彈性體材料的配方來實現(xiàn)制備高強度、高韌性、高耐熱以及耐磨的重型機車減震元件，使重型機車減震元件具有高剛度、高韌性、高耐熱及耐磨性能；本發(fā)明的另一個目的在于提出一種用于制備上述碳纖維改性聚酯彈性體復合材料的制備方法。本發(fā)明實現(xiàn)以上發(fā)明目的的技術(shù)方案是
一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，以重量百分比計，由以下成分組成
表面改性的碳纖維5% 30%
聚酯彈性體60% 85%
相容劑1% 10%
加工助劑0. 1% 21,
以上各組分之和為100% ；
表面改性的碳纖維經(jīng)過以下表面處理工藝獲得(-)碳纖維在采用氧化劑在溫度80 150°C下處理2 5小時，對碳纖維的表面進行氧化；㈡濾出經(jīng)步驟㈠處理過的碳纖維，用蒸餾水清洗至蒸餾水呈中性后，在80 150°C條件下烘干；再用20% 50%濃度的偶聯(lián)劑在常溫下浸潤處理5 120分鐘，然后碳纖維取出烘干，浸潤處理增加碳纖維表面的含氧官能團，使得與聚酯彈性體的粘結(jié)性能增強。經(jīng)過處理的碳纖維表面引入大量的含氧極性官能團，如-C00H，-OH, =0等，表面活性官能團的增加，使它與彈性體之間的相互作用增強，兩相間的粘結(jié)能力變大能更好地發(fā)揮各組分的功能。碳纖維改性聚酯彈性體復合材料制備重型機車減震元件的方法，使用雙螺桿擠出捏合法通過剪切力將碳纖維分散在彈性體中，包括以下步驟
㈠按權(quán)利要求1所述組分的比列稱取各個組分；㈡將除了碳纖維以外的組分在高混機內(nèi)混合2 30分鐘；
㈢將混合好的組分加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，同時將碳纖維通過側(cè)喂料的方式喂入雙螺桿擠出機擠出，雙螺桿擠出機各區(qū)工作溫度根據(jù)聚酯彈性體不同取聚酯彈性體熔化溫度以上 10 20°C ；
㈣將步驟㈢得到的物質(zhì)經(jīng)過冷卻、拉條、切粒和干燥處理。本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是
前述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，氧化劑為濃硝酸、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、次氯酸鈉或次氯酸鉀。前述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，相容劑為馬來酸酐接枝聚烯烴。前述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，加工助劑為增塑劑、抗氧劑、潤滑劑、防老化劑、阻燃劑、著色劑中的一種或幾種。前述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，偶聯(lián)劑是硅烷類偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑。前述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，碳纖維為PAN基碳纖維。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明通過改變彈性體材料的配方來獲得高強度、高模量、高耐熱以及耐磨的重型機車減震元件用碳纖維改性彈性體復合材料，本發(fā)明制造的重型機車用減震器具有高強度、高模量、高耐熱、耐磨的特點。
具體實施例方式實施例1
一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，以重量百分比計，由以下組成成分表面改性的碳纖維13%，聚酯類彈性體85%，相容劑1. 8%，抗氧劑0. 2% ；
表面改性的碳纖維經(jīng)過以下表面處理工藝獲得㈠碳纖維用濃度為40%的硝酸在溫度150°C下處理2小時，對碳纖維的表面進行氧化；㈡濾出經(jīng)步驟㈠處理過的碳纖維，用蒸餾水清洗至水呈中性后，在150°C條件下烘干；再用20%濃度的硅烷類偶聯(lián)劑在常溫下浸潤處理120分鐘，然后碳纖維取出烘干。碳纖維改性聚酯彈性體復合材料制備重型機車減震元件的方法，使用雙螺桿擠出捏合法通過剪切力將碳纖維分散在彈性體中，包括以下步驟
㈠按以上組分的比列稱取各個組分；㈡將除了碳纖維以外的組分在高混機內(nèi)混合2分鐘；
曰將混合好的組分加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，同時將碳纖維通過側(cè)喂料的方式喂入雙螺桿擠出機擠出，雙螺桿擠出機各區(qū)工作溫度一區(qū)210°C，二區(qū)210°C、三區(qū)220°C、四區(qū)225°C，五區(qū) 225°C，，六區(qū) 225°C，，七區(qū) 230°C，八區(qū) 230°C ；㈣將步驟㈢得到的物質(zhì)經(jīng)過冷卻、拉條、切粒和干燥處理。實施例2
一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，以重量百分比計，由以下組成成分表面改性的碳纖維8%，聚酯類彈性體82%，相容劑9. 5%，潤滑劑0. 5% ；
表面改性的碳纖維經(jīng)過以下表面處理工藝獲得㈠碳纖維在采用濃度為40%的高錳酸鉀在溫度80°C下處理5小時，對碳纖維的表面進行氧化；㈡濾出經(jīng)步驟㈠處理過的碳纖維，用蒸餾水清洗至水呈中性后，在80°C條件下烘干；再用30%濃度的鈦酸酯類偶聯(lián)劑在常溫下浸潤處理60分鐘，然后碳纖維取出烘干。碳纖維改性聚酯彈性體復合材料制備重型機車減震元件的方法，使用雙螺桿擠出捏合法通過剪切力將碳纖維分散在彈性體中，包括以下步驟
㈠按以上組分的比列稱取各個組分；㈡將除了碳纖維以外的組分在高混機內(nèi)混合8分鐘；
曰將混合好的組分加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，同時將碳纖維通過側(cè)喂料的方式喂入雙螺桿擠出機擠出，雙螺桿擠出機各區(qū)工作溫度一區(qū)210°C，二區(qū)210°C、三區(qū)220°C、四區(qū)225°C，五區(qū) 225°C，，六區(qū) 225°C，，七區(qū) 230°C，八區(qū) 230°C ；㈣將步驟㈢得到的物質(zhì)經(jīng)過冷卻、拉條、切粒和干燥處理。實施例3
一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，以重量百分比計，由以下組成成分表面改性的碳纖維20%，聚酯類彈性體70%，相容劑8%，防老化劑21 ；
表面改性的碳纖維經(jīng)過以下表面處理工藝獲得(-)碳纖維在濃度為15%次氯酸鈉采用氧化劑在溫度100°C下處理1小時；㈡濾出經(jīng)步驟㈠處理過的碳纖維，用蒸餾水清洗至水呈中性后，在100°C條件下烘干；再用35%濃度的鈦酸酯類偶聯(lián)劑在常溫下浸潤處理100分鐘，然后碳纖維取出烘干。碳纖維改性聚酯彈性體復合材料制備重型機車減震元件的方法，使用雙螺桿擠出捏合法通過剪切力將碳纖維分散在彈性體中，包括以下步驟
㈠按以上組分的比列稱取各個組分；㈡將除了碳纖維以外的組分在高混機內(nèi)混合20分鐘；
曰將混合好的組分加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，同時將碳纖維通過側(cè)喂料的方式喂入雙螺桿擠出機擠出，雙螺桿擠出機各區(qū)工作溫度一區(qū)210°C，二區(qū)210°C、三區(qū)220°C、四區(qū)225°C，五區(qū) 225°C，，六區(qū) 225°C，，七區(qū) 230°C，八區(qū) 230°C ；㈣將步驟㈢得到的物質(zhì)經(jīng)過冷卻、拉條、切粒和干燥處理。實施例4
一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，以重量百分比計，由以下組成成分表面改性的碳纖維四％，聚酯類彈性體62%，相容劑8%，抗氧劑0. 2%，潤滑劑0. 8%。表面改性的碳纖維經(jīng)過以下表面處理工藝獲得㈠碳纖維采用15%的次氯酸鈉和40%的濃硫酸復合氧化劑在溫度90°C下處理3小時，對碳纖維的表面進行氧化；(二)濾出經(jīng)步驟㈠處理過的碳纖維，用蒸餾水清洗至水呈中性后，在120°C條件下烘干；再用50%濃度的硅烷類偶聯(lián)劑在常溫下浸潤處理5分鐘，然后碳纖維取出烘干。碳纖維改性聚酯彈性體復合材料制備重型機車減震元件的方法，使用雙螺桿擠出捏合法通過剪切力將碳纖維分散在彈性體中，包括以下步驟
㈠按以上組分的比列稱取各個組分；㈡將除了碳纖維以外的組分在高混機內(nèi)混合30分鐘；
曰將混合好的組分加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，同時將碳纖維通過側(cè)喂料的方式喂入雙螺桿擠出機擠出，雙螺桿擠出機各區(qū)工作溫度一區(qū)210°C，二區(qū)210°C、三區(qū)220°C、四區(qū)225°C，五區(qū) 225°C，，六區(qū) 225°C，，七區(qū) 230°C，八區(qū) 230°C ；㈣將步驟㈢得到的物質(zhì)經(jīng)過冷卻、拉條、切粒和干燥處理。本實施例的機械性能與未使用碳纖維增強的機械性能對比見表1。可見，使用碳纖維增強后的彈性體的機械性能比未使用碳纖維增強的機械性能提高了兩倍以上。表 權(quán)利要求
1.一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，其特征在于以重量百分比計，由以下成分組成表面改性的碳纖維5% 30%聚酯彈性體60% 85%相容劑1% 10%加工助劑0. 1% 21,以上各組分之和為100% ；所述表面改性的碳纖維經(jīng)過以下表面處理工藝獲得(-)碳纖維在采用氧化劑在溫度 80 150°C下處理2 5小時，對碳纖維的表面進行氧化；㈡濾出經(jīng)步驟㈠處理過的碳纖維，用蒸餾水清洗至蒸餾水呈中性后，在80 150°C條件下烘干，再用20% 50%濃度的偶聯(lián)劑在常溫下浸潤處理5 120分鐘，然后碳纖維取出烘干。
2.如權(quán)利要求1所述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，其特征在于所述氧化劑為濃硝酸、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、次氯酸鈉或次氯酸鉀。
3.如權(quán)利要求1所述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，其特征在于所述相容劑是馬來酸酐接枝聚烯烴。
4.如權(quán)利要求1所述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，其特征在于所述加工助劑為增塑劑、抗氧劑、潤滑劑、防老化劑、阻燃劑、著色劑中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求1所述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，其特征在于偶聯(lián)劑是硅烷類偶聯(lián)劑或鈦酸酯類偶聯(lián)劑。
6.如權(quán)利要求1所述的重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料，其特征在于所述碳纖維為PAN基碳纖維。
7.采用權(quán)利要求1所述聚酯彈性體復合材料制備重型機車減震元件的方法，其特征在于使用雙螺桿擠出捏合法通過剪切力將碳纖維分散在彈性體中，包括以下步驟㈠按權(quán)利要求1所述組分的比列稱取各個組分；㈡將除了碳纖維以外的組分在高混機內(nèi)混合2 30分鐘；㈢將混合好的組分加入到雙螺桿擠出機內(nèi)，同時將碳纖維通過側(cè)喂料的方式喂入雙螺桿擠出機擠出，雙螺桿擠出機各區(qū)工作溫度根據(jù)聚酯彈性體不同取聚酯彈性體熔化溫度以上 10 20°C ；㈣將步驟㈢得到的物質(zhì)經(jīng)過冷卻、拉條、切粒和干燥處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重型機車減震元件用聚酯彈性體復合材料及制備方法，以重量百分比計，由以下組成成分表面改性的碳纖維5～30%，聚酯類彈性體60%～85%，相容劑1%～10%，加工助劑0.1%～2%；表面改性的碳纖維經(jīng)過以下表面處理工藝獲得碳纖維采用氧化劑在溫度80～150℃下處理2～5小時，對碳纖維的表面進行氧化；濾出處理過的碳纖維，用蒸餾水清洗至水呈中性后，在80～150℃條件下烘干；再用20%～50%濃度的偶聯(lián)劑在常溫下浸潤處理5-120分鐘。本發(fā)明通過改變彈性體材料的配方來實現(xiàn)制備高強度、高韌性、高耐熱以及耐磨的重型機車減震元件，使重型機車減震元件具有高剛度、韌性、耐磨及耐熱性能。
文檔編號C08K3/04GK102558780SQ201210035530
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者吳建國, 李蘭軍, 盛靜 申請人:南京聚隆科技股份有限公司