【技術實現步驟摘要】
本申請涉及聚氨酯，具體涉及一種高鐵用聚氨酯復合材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著我國高速鐵路的快速發展，高鐵運營里程不斷增加。高鐵具有速度快、運量大、節能舒適等優點，是解決城市交通問題的最佳選擇。但是高鐵的運行給鐵路沿線帶來了諸多環境問題，尤其是振動、噪聲等問題，嚴重影響乘客和軌道沿線人們的正常生活。另一方面，噪聲和振動還可能引起機車本身設備及周邊建筑物的疲勞，縮短使用壽命。
2、為了減弱振動的影響，通常在機車底部設置有減振裝置，現有的減振裝置的材料為鋼鐵、鋁合金，不僅重量重，強度低，而且絕緣性和耐腐蝕性差。
3、使用高分子材料可以提升減振裝置的彈性和絕緣性等性能，比如橡膠材料替代合金可以提高材料彈性從而提升減振效果，但是橡膠材料的粘性大、耐油性差、工藝操作困難，同時產品的耐沖擊性能以及抗疲勞性能也不能得到滿足，此外高分子材料還會由于材料阻燃性差而存在火災隱患。
技術實現思路
1、本申請旨在至少克服現有技術的缺陷之一，提供一種高鐵用聚氨酯復合材料及其制備方法和應用，通過選用特定原料進行搭配，制成的聚氨酯復合材料，在提升一般高分子材料力學性能的同時，具有良好的耐腐蝕性和阻燃性能。
2、第一方面，本申請實施例提供一種高鐵用聚氨酯復合材料，通過以下技術方案實現：
3、一種高鐵用聚氨酯復合材料，包括以下重量份的制備原料：
4、阻燃聚醚多元醇8-12份，異氰酸酯6-8份，改性納米氧化鋅1-2份，催化劑0.02-0.04份，
5、其中，所述混合纖維包括芳綸纖維和玄武巖纖維；
6、所述阻燃聚醚多元醇的制備方法為：
7、s1.取異佛爾酮二異氰酸酯(簡稱ipdi)，加入二月桂酸二丁基錫，加熱至30-40℃，在25-35min內逐步滴加聚乙二醇單甲醚，用二正丁氨滴定法測定-nco含量，反應至nco％穩定時，在溫度為90-105℃下減壓蒸餾，得到中間產物；
8、s2.取雙酚a型環氧樹脂加熱至85-95℃，在保護氣氛圍下，在18-25min內逐步滴加苯基膦酸，加料完畢后反應2-3個小時，加入芐基氯化三乙胺和所述中間產物，反應至nco％＜0.1％，在90-105℃下減壓蒸餾，得到阻燃聚醚多元醇；
9、步驟s1中所述聚乙二醇單甲醚和所述異佛爾酮二異氰酸酯的摩爾比為1:(1-1.3)；
10、步驟s2中所述雙酚a型環氧樹脂與所述苯基膦酸的摩爾比為(4-5):2。
11、根據本申請實施例的一種高鐵用聚氨酯復合材料，至少具有如下有益效果：
12、本申請的聚氨酯復合材料通過選用不同組分進行搭配，混合纖維中的芳綸纖維具有良好的機械特性，優異的阻燃、耐熱性能和穩定的化學性質，混合纖維中的玄武巖纖維具有良好的耐腐蝕性、耐高溫和熱震穩定性、高彈性模量和抗拉強度，將聚氨酯與混合纖維進行共混，使混合纖維能夠有效填充到聚氨酯材料的空隙中，同時加入n,n-亞甲基雙丙烯酰胺進行交聯，提高聚氨酯材料的強度和穩定性。
13、本申請通過對聚醚多元醇進行改性處理，引入磷元素和氮元素，氮磷協同提高聚氨酯復合材料的阻燃性能，同時引入多個苯環，進一步增強其阻燃性和耐腐蝕性，提高材料的韌性。以二月桂酸二丁基錫作為催化劑時，ipdi分子中兩個-nco基團的活性差異很大，直接連接在環己烷上的-nco受取代基及空間位阻的影響小，活性高出另一個-nco基團10倍以上，因此，將聚乙二醇單甲醚滴加至ipdi中，并使ipdi始終過量，使活性高的-nco優先反應，可得到含單異氰酸酯的中間產物。
14、雙酚a型環氧樹脂與苯基膦酸的摩爾比大于2:1，制得含端環氧基的苯基膦酸，該端環氧基與中間產物的-nco反應，使分子中引入親水的聚乙二醇鏈段。由于苯基膦酸具有兩個活潑氫，可以與兩個雙酚a型環氧樹脂發生反應，被兩個環氧基封端，因此可在一個聚醚多元醇分子中接入兩個聚乙二醇鏈段，親水性更好，可有效降低分子中親水鏈段的長度，同時這種枝化結構能減少分子的流體力學體積，提高流動性，提高制備的聚氨酯材料的彈性。
15、根據本申請的一些實施方式，步驟s1中所述二月桂酸二丁基錫的摩爾數為所述聚乙二醇單甲醚摩爾數的0.8-1.2％。
16、根據本申請的一些實施方式，步驟s2中所述保護氣選自氮氣、氦氣、氖氣、氬氣中的一種，例如所述保護氣為氮氣。氮氣來源廣泛，生產成本較低，可以形成無氧環境，防止環氧基團、異氰酸酯等被氧化破壞，減少副反應的發生。氦氣、氖氣、氬氣等稀有氣體性質穩定，不易參與化學反應，可以減少副反應的生成。
17、根據本申請的一些實施方式，步驟s2中所述中間產物與所述苯基膦酸的摩爾比為(1.9-2.1):1；控制中間產物與含端環氧基的苯基膦酸的摩爾比為2:1附近，便于反應的充分進行，提高原料利用率。
18、根據本申請的一些實施方式，步驟s2中所述芐基氯化三乙胺的摩爾數為所述苯基膦酸摩爾數的2-4％。
19、根據本申請的一些實施方式，所述改性納米氧化鋅的制備方法為：
20、a1.將納米氧化鋅超聲分散在無水乙醇和去離子水(8-9):1的質量比配置的混合溶液中，并在攪拌條件下加入偶聯劑kh-550，升高溫度至70-80℃，恒溫磁力攪拌5-8h，經離心、洗滌、干燥后得到有機硅改性的納米氧化鋅；
21、a2.石墨烯預處理：石墨烯置于硫酸和硝酸的混合溶液中超聲分散，隨后在80℃條件下回流4h，反應結束后干燥研磨；
22、a3.將步驟a2預處理后的石墨烯加入到乙醇中超聲分散，加入步驟a1制得的有機硅改性納米氧化鋅，25-35℃下快速攪拌使其充分反應，離心，用無水乙醇洗滌數次后真空干燥，研磨得改性納米氧化鋅。
23、聚氨酯復合材料中使用改性納米氧化鋅作為填料，納米材料由于其較大的比表面積和高吸附性能，可以增強聚氨酯的力學性能；氧化鋅則能有效提高抗氧化和耐腐蝕性能；有機硅可以增加納米氧化鋅在聚氨酯基體中的分散程度，提高聚氨酯復合材料的彈性、耐磨、耐腐蝕性能和阻燃性能；石墨烯進行酸化后，表面會氧化成羧基，與有機硅改性的納米氧化鋅結合，減少了石墨烯易團聚的問題，石墨烯的層狀結構使得填料與樹脂之間混合更加充分，提升聚氨酯復合材料的耐高溫性能和拉伸強度。
24、進一步地，所述納米氧化鋅、所述無水乙醇和所述偶聯劑kh-550的質量比為1:(8-10):(0.1-0.2)。
25、根據本申請的一些實施方式，所述芳綸纖維和所述玄武巖纖維的質量比為(2-3):(1-2)。
26、根據本申請的一些實施方式，所述混合纖維的直徑為10μm-1000μm。
27、根據本申請的一些實施方式，所述混合纖維的長度為0.5cm-2cm。
28、小直徑、短長度的纖維進行共混，能夠更加有效地填充到聚氨酯材料的空隙中，進本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，包括以下重量份的制備原料：
2.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，所述芳綸纖維和所述玄武巖纖維的重量比為(2-3):(1-2)。
3.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，所述混合纖維的直徑為10μm-1000μm，和/或所述混合纖維的長度為0.5cm-2cm。
4.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，所述中間產物與所述苯基膦酸的摩爾比為(1.9-2.1):1。
5.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，步驟S1中所述二月桂酸二丁基錫的摩爾數為所述聚乙二醇單甲醚摩爾數的0.8-1.2％，和/或步驟S2中所述芐基氯化三乙胺的摩爾數為所述苯基膦酸摩爾數的2-4％。
6.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，所述改性納米氧化鋅的制備方法包括：
7.根據權利要求6所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，步驟A1中所述納米氧化鋅、所述無水乙醇和所述偶聯劑KH-550的質
8.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，所述異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯中的至少一種，和/或所述催化劑包括有機錫、有機鉍中的至少一種。
9.一種如權利要求1至8任一項所述的高鐵用聚氨酯復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.如權利要求1至8任一項所述的高鐵用聚氨酯復合材料在制作高鐵減震裝置中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，包括以下重量份的制備原料：
2.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，所述芳綸纖維和所述玄武巖纖維的重量比為(2-3):(1-2)。
3.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，所述混合纖維的直徑為10μm-1000μm，和/或所述混合纖維的長度為0.5cm-2cm。
4.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，所述中間產物與所述苯基膦酸的摩爾比為(1.9-2.1):1。
5.根據權利要求1所述的一種高鐵用聚氨酯復合材料，其特征在于，步驟s1中所述二月桂酸二丁基錫的摩爾數為所述聚乙二醇單甲醚摩爾數的0.8-1.2％，和/或步驟s2中所述芐基氯化三乙胺的摩爾數為所述苯基膦酸摩爾數的2-4％...
【專利技術屬性】
技術研發人員：容七英，章慧芹，蔡志強，習明星，
申請(專利權)人：江西龍正科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。