本发明涉及轨道交通材料
技术领域：
，具体为一种高铁车皮用玻璃纤维增强pet材料及其制备方法。
背景技术：
：工业铝型材是高铁产业的重要组成部分，也就是高铁车皮的主要材料，这是由于铝合金的密度大约是钢材密度的三分之一，而添加一定元素形成的合金具有比钢合金更高的强度，所以，在强度刚性满足高铁车厢安全要求的同时，使用铝合金可以大大减轻高铁列车车厢的自重，使高铁实现轻量化，进而能够有效地提高高铁的运行速度。但是，高铁列车车厢无法通过使用铝合金进一步地减轻其自重，使高铁进一步地实现轻量化。目前，玻璃纤维增强热固性塑料的拉伸强度可达100mpa，与一般钢材相接近，其相对密度仅为钢材的1/4，且玻纤增强塑料具有比强度高、耐腐蚀性能强、隔热性能好、容易成型等优点。若采用玻璃纤维增强热固性塑料材料制作高铁列车车厢，则玻璃纤维增强热固性塑料材料能够进一步地减轻高铁列车车厢的自重，使高铁能够进一步地实现轻量化，进而能够进一步地提高高铁的运行速度。本发明提供一种高铁车皮用玻璃纤维增强pet材料及其制备方法，旨在解决现有技术中的高铁车皮材料，在强度刚性满足高铁车厢安全要求的同时，无法使高铁实现进一步轻量化的技术问题。技术实现要素：(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种高铁车皮用玻璃纤维增强pet材料及其制备方法，解决了现有技术中的高铁车皮材料，在强度刚性满足高铁车厢安全要求的同时，无法使高铁实现进一步轻量化的技术问题。(二)技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高铁车皮用玻璃纤维增强pet材料，包括以下重量份数配比的原料：pet树脂50-100份、苯酚30-70份、四氯乙烷30-70份、过氧化二异丙苯0.2-0.5份、抗氧剂0.51-1.37份、玻璃纤维25-50份、马来酸酐单体5-12份；所述玻璃纤维增强pet材料的比重为0.629-0.687，比强度为5.35×106-5.84×106n·m/kg，比刚度为8.91×108-9.59×108。优选的，所述玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂50份、苯酚30份、四氯乙烷30份、过氧化二异丙苯0.2份、抗氧剂0.51份、玻璃纤维25份、马来酸酐单体5份，该玻璃纤维增强pet材料的比重为0.651，比强度为5.67×106n·m/kg，比刚度为9.49×108n·m/k。优选的，所述玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂60份、苯酚40份、四氯乙烷40份、过氧化二异丙苯0.3份、抗氧剂0.75份、玻璃纤维30份、马来酸酐单体7份，该玻璃纤维增强pet材料的比重为0.667，比强度为5.58×106n·m/kg，比刚度为8.99×108n·m/k。优选的，所述玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂80份、苯酚50份、四氯乙烷40份、过氧化二异丙苯0.3份、抗氧剂0.88份、玻璃纤维35份、马来酸酐单体9份，该玻璃纤维增强pet材料的比重为0.629，比强度为5.81×106n·m/kg，比刚度为9.59×108n·m/k。优选的，所述玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂80份、苯酚50份、四氯乙烷50份、过氧化二异丙苯0.4份、抗氧剂0.93份、玻璃纤维40份、马来酸酐单体11份，该玻璃纤维增强pet材料的比重为0.687，比强度为5.35×106n·m/kg，比刚度为8.91×108n·m/k。优选的，所述玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂90份、苯酚60份、四氯乙烷60份、过氧化二异丙苯0.3份、抗氧剂1.22份、玻璃纤维45份、马来酸酐单体12份，该玻璃纤维增强pet材料的比重为0.635，比强度为5.84×106n·m/kg，比刚度为9.35×108n·m/k。优选的，所述玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂100份、苯酚70份、四氯乙烷70份、过氧化二异丙苯0.5份、抗氧剂1.37份、玻璃纤维50份、马来酸酐单体12份，该玻璃纤维增强pet材料的比重为0.654，比强度为5.63×106n·m/kg，比刚度为9.01×108n·m/k。一种高铁车皮用玻璃纤维增强pet材料的制备方法，包括以下步骤：s1.改性pet溶液的制备将50-100质量份的pet树脂、30-70质量份的苯酚、30-70质量份的四氯乙烷、0.2-0.5质量份的过氧化二异丙苯、0.41-0.87质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度110-150℃、转速600-850r/min下，高速混合共聚60-90min，制备得到改性pet溶液；s2.改性玻璃纤维的制备将25-50质量份的玻璃纤维加入到高温电炉中，于350-380℃下，加热处理8-13s后，置于由10质量份的硅烷偶联剂、36质量份的乙醇和4质量份的去离子水组成的浸渍溶液中，浸泡60-90min，取出置于真空干燥箱内，于105-120℃下，真空干燥1-2h，制备得到改性玻璃纤维；s3.玻璃纤维/pet共聚物的制备将步骤s1中制备的改性pet溶液、步骤s2中制备的改性玻璃纤维与5-12质量份的马来酸酐单体和0.1-0.5质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度255-280℃、转速600-800r/min下，高速混合共聚90-120min，制备得到玻璃纤维/pet共聚物；s4.玻璃纤维增强pet材料的制备将步骤s3中制备的玻璃纤维/pet共聚物加入到双螺杆挤出机中，在一区温度255-270℃、二区温度265-280℃、三区温度270-280℃、四区温度270-285℃、机头温度285℃下，熔融后挤出造粒，制备得到玻璃纤维增强pet材料。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：1、该玻璃纤维增强pet材料，经测试，其比重为0.629-0.687，与纯铝的比重2.7相比，仅为纯铝比重的1/4.29-1/3.93，与镍铬钢的比重7.9相比，仅为镍铬钢比重的1/12.56-1/11.50；其比强度为5.35×106-5.84×106n·m/kg，与镍铬钢的比强度2.25×105n·m/kg相比，为镍铬钢比强度的23.79-25.94倍；其比刚度为8.91×108-9.59×108n·m/kg，与镍铬钢的比刚度2.608×107n·m/kg相比，为镍铬钢比刚度的34.15-36.77倍；这一技术方案，在显著提高高铁车皮的比强度与比刚度的同时，显著降低了高铁车皮的比重，取得了使高铁实现进一步轻量化的技术效果。2、该制备方法，通过先对pet树脂和玻璃纤维分别进行改性，再将改性的pet树脂和玻璃纤维进行高速混合共聚，最后熔融挤出，制备得到玻璃纤维增强pet材料，制备出的玻璃纤维增强pet材料不仅取得了优异的机械力学性能，而且这一技术方案的制备方法简单，能够有效地降低生产成本。具体实施方式实施例一：玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂50份、苯酚30份、四氯乙烷30份、过氧化二异丙苯0.2份、抗氧剂0.51份、玻璃纤维25份、马来酸酐单体5份。上述玻璃纤维增强pet材料的制备方法包括以下步骤：s1.将50质量份的pet树脂、30质量份的苯酚、30质量份的四氯乙烷、0.2质量份的过氧化二异丙苯、0.41质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度110℃、转速600r/min下，高速混合共聚60min，制备得到改性pet溶液；s2.将25质量份的玻璃纤维加入到高温电炉中，于350℃下，加热处理8s后，置于由10质量份的硅烷偶联剂、36质量份的乙醇和4质量份的去离子水组成的浸渍溶液中，浸泡60min，取出置于真空干燥箱内，于105℃下，真空干燥1h，制备得到改性玻璃纤维；s3.将步骤s1中制备的改性pet溶液、步骤s2中制备的改性玻璃纤维与5质量份的马来酸酐单体和0.1质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度255℃、转速600r/min下，高速混合共聚90min，制备得到玻璃纤维/pet共聚物；s4.将步骤s3中制备的玻璃纤维/pet共聚物加入到双螺杆挤出机中，在一区温度255℃、二区温度265℃、三区温度270℃、四区温度270℃、机头温度285℃下，熔融后挤出造粒，制备得到玻璃纤维增强pet材料。实施例二：玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂60份、苯酚40份、四氯乙烷40份、过氧化二异丙苯0.3份、抗氧剂0.75份、玻璃纤维30份、马来酸酐单体7份。上述玻璃纤维增强pet材料的制备方法包括以下步骤：s1.将60质量份的pet树脂、40质量份的苯酚、40质量份的四氯乙烷、0.3质量份的过氧化二异丙苯、0.5质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度120℃、转速700r/min下，高速混合共聚70min，制备得到改性pet溶液；s2.将30质量份的玻璃纤维加入到高温电炉中，于360℃下，加热处理10s后，置于由10质量份的硅烷偶联剂、36质量份的乙醇和4质量份的去离子水组成的浸渍溶液中，浸泡80min，取出置于真空干燥箱内，于110℃下，真空干燥2h，制备得到改性玻璃纤维；s3.将步骤s1中制备的改性pet溶液、步骤s2中制备的改性玻璃纤维与7质量份的马来酸酐单体和0.25质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度270℃、转速700r/min下，高速混合共聚110min，制备得到玻璃纤维/pet共聚物；s4.将步骤s3中制备的玻璃纤维/pet共聚物加入到双螺杆挤出机中，在一区温度270℃、二区温度280℃、三区温度280℃、四区温度285℃、机头温度285℃下，熔融后挤出造粒，制备得到玻璃纤维增强pet材料。实施例三：玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂80份、苯酚50份、四氯乙烷40份、过氧化二异丙苯0.3份、抗氧剂0.88份、玻璃纤维35份、马来酸酐单体9份。上述玻璃纤维增强pet材料的制备方法包括以下步骤：s1.将80质量份的pet树脂、50质量份的苯酚、40质量份的四氯乙烷、0.3质量份的过氧化二异丙苯、0.6质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度150℃、转速850r/min下，高速混合共聚90min，制备得到改性pet溶液；s2.将35质量份的玻璃纤维加入到高温电炉中，在380℃，加热处理13s后，置于由10质量份的硅烷偶联剂、36质量份的乙醇和4质量份的去离子水组成的浸渍溶液中，浸泡90min，取出置于真空干燥箱内，于120℃下，真空干燥2h，制备得到改性玻璃纤维；s3.将步骤s1中制备的改性pet溶液、步骤s2中制备的改性玻璃纤维与9质量份的马来酸酐单体和0.28质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度280℃、转速800r/min下，高速混合共聚120min，制备得到玻璃纤维/pet共聚物；s4.将步骤s3中制备的玻璃纤维/pet共聚物加入到双螺杆挤出机中，在一区温度270℃、二区温度280℃、三区温度280℃、四区温度285℃、机头温度285℃下，熔融后挤出造粒，制备得到玻璃纤维增强pet材料。实施例四：玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂80份、苯酚50份、四氯乙烷50份、过氧化二异丙苯0.4份、抗氧剂0.93份、玻璃纤维40份、马来酸酐单体11份。上述玻璃纤维增强pet材料的制备方法包括以下步骤：s1.将80质量份的pet树脂、50质量份的苯酚、50质量份的四氯乙烷、0.4质量份的过氧化二异丙苯、0.55质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度120℃、转速750r/min下，高速混合共聚80min，制备得到改性pet溶液；s2.将40质量份的玻璃纤维加入到高温电炉中，在370℃，加热处理11s后，置于由10质量份的硅烷偶联剂、36质量份的乙醇和4质量份的去离子水组成的浸渍溶液中，浸泡80min，取出置于真空干燥箱内，于115℃下，真空干燥2h，制备得到改性玻璃纤维；s3.将步骤s1中制备的改性pet溶液、步骤s2中制备的改性玻璃纤维与11质量份的马来酸酐单体和0.38质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度270℃、转速700r/min下，高速混合共聚100min，制备得到玻璃纤维/pet共聚物；s4.将步骤s3中制备的玻璃纤维/pet共聚物加入到双螺杆挤出机中，在一区温度260℃、二区温度270℃、三区温度280℃、四区温度285℃、机头温度285℃下，熔融后挤出造粒，制备得到玻璃纤维增强pet材料。实施例五：玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂90份、苯酚60份、四氯乙烷60份、过氧化二异丙苯0.3份、抗氧剂1.22份、玻璃纤维45份、马来酸酐单体12份。上述玻璃纤维增强pet材料的制备方法包括以下步骤：s1.将90质量份的pet树脂、60质量份的苯酚、60质量份的四氯乙烷、0.3质量份的过氧化二异丙苯、0.75质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度140℃、转速650r/min下，高速混合共聚65min，制备得到改性pet溶液；s2.将45质量份的玻璃纤维加入到高温电炉中，在365℃，加热处理9s后，置于由10质量份的硅烷偶联剂、36质量份的乙醇和4质量份的去离子水组成的浸渍溶液中，浸泡70min，取出置于真空干燥箱内，于120℃下，真空干燥1h，制备得到改性玻璃纤维；s3.将步骤s1中制备的改性pet溶液、步骤s2中制备的改性玻璃纤维与12质量份的马来酸酐单体和0.47质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度260℃、转速800r/min下，高速混合共聚120min，制备得到玻璃纤维/pet共聚物；s4.将步骤s3中制备的玻璃纤维/pet共聚物加入到双螺杆挤出机中，在一区温度260℃、二区温度265℃、三区温度270℃、四区温度270℃、机头温度285℃下，熔融后挤出造粒，制备得到玻璃纤维增强pet材料。实施例六：玻璃纤维增强pet材料包括以下重量份数配比的原料：pet树脂100份、苯酚70份、四氯乙烷70份、过氧化二异丙苯0.5份、抗氧剂1.37份、玻璃纤维50份、马来酸酐单体12份。上述玻璃纤维增强pet材料的制备方法包括以下步骤：s1.将100质量份的pet树脂、70质量份的苯酚、70质量份的四氯乙烷、0.5质量份的过氧化二异丙苯、0.87质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度120℃、转速800r/min下，高速混合共聚70min，制备得到改性pet溶液；s2.将50质量份的玻璃纤维加入到高温电炉中，在370℃，加热处理11s后，置于由10质量份的硅烷偶联剂、36质量份的乙醇和4质量份的去离子水组成的浸渍溶液中，浸泡70min，取出置于真空干燥箱内，于105℃下，真空干燥2h，制备得到改性玻璃纤维；s3.将步骤s1中制备的改性pet溶液、步骤s2中制备的改性玻璃纤维与12质量份的马来酸酐单体和0.5质量份的抗氧剂1010一起加入到高速混合机中，在温度280℃、转速800r/min下，高速混合共聚120min，制备得到玻璃纤维/pet共聚物；s4.将步骤s3中制备的玻璃纤维/pet共聚物加入到双螺杆挤出机中，在一区温度270℃、二区温度280℃、三区温度280℃、四区温度285℃、机头温度285℃下，熔融后挤出造粒，制备得到玻璃纤维增强pet材料。性能测试：一、依据gb1033-70塑料比重试验方法的规定，测试上述实施例中制备的玻璃纤维增强pet材料的比重，并计算其密度与表观密度，测试与计算结果，见表1；二、依据gb/t228-2002的规定，测试上述实施例中制备的玻璃纤维增强pet材料的抗拉强度，并计算其比强度，测试与计算结果，见表2；三、采用共振法测试上述实施例中制备的玻璃纤维增强pet材料的弹性模量，并计算上述实施例中制备的玻璃纤维增强pet材料的比刚度，测试与计算结果，见表3。表1实施例比重密度(kg/m3)表观密度(kg/m3)实施例一0.651651651实施例二0.667667667实施例三0.629629629实施例四0.687687687实施例五0.635635635实施例六0.654654654表2实施例表观密度(kg/m3)抗拉强度(mpa)比强度(n·m/kg)实施例一65136915.67×106实施例二66737255.58×106实施例三62936575.81×106实施例四68736785.35×106实施例五63537065.84×106实施例六65436825.63×106表3实施例密度(kg/m3)弹性模量(mpa)比刚度(n·m/kg)实施例一6516.175×1059.49×108实施例二6675.993×1058.99×108实施例三6296.031×1059.59×108实施例四6876.118×1058.91×108实施例五6355.934×1059.35×108实施例六6545.894×1059.01×108判断标准：纯铝的比重为2.7；镍铬钢的比重为7.9；镍铬钢的比强度为2.25×105n·m/kg、比刚度为2.608×107n·m/kg。本发明的有益效果是：上述实施例中制备的玻璃纤维增强pet材料的比重为0.629-0.687，与纯铝的比重2.7相比，仅为纯铝比重的1/4.29-1/3.93，与镍铬钢的比重7.9相比，仅为镍铬钢比重的1/12.56-1/11.50，所以，本发明取得了显著减轻高铁车皮的重量的技术效果；上述实施例中制备的玻璃纤维增强pet材料的比强度为5.35×106-5.84×106n·m/kg，与镍铬钢的比强度2.25×105n·m/kg相比，为镍铬钢比强度的23.79-25.94倍，所以，本发明取得了显著提高高铁车皮的比强度的技术效果；上述实施例中制备的玻璃纤维增强pet材料的比刚度为8.91×108-9.59×108n·m/kg，与镍铬钢的比刚度2.608×107n·m/kg相比，为镍铬钢比刚度的34.15-36.77倍，所以，本发明取得了显著提高高铁车皮的比刚度的技术效果。当前第1页12