1.本发明涉及玻璃纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种应用于轨道交通的高强度玻纤复合材料的制备方法。
背景技术：
2.玻璃纤维(英文原名为：fibreglass)是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石六种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20
‑
1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。
3.尼龙用于轨道交通紧固件领域，可以有效解决机车抖动、噪音大等问题，并能确保轴距稳定，减少维修次数，特别是它具备良好的抗震性，对保障铁路机车的平稳运行至关重要。随着铁路机车的不断提速，相应的对铁路产品的性能要求也越来越高，尤其是常年低温的寒冻区对其要求极其严格。国内外普通铁路、高铁、地铁上的紧固件(包括尼龙套管、轨距块、挡板座)均使用尼龙作为主原料，其低温韧性差、耐磨性低、生产成本高，所以利用改性的玻纤/尼龙复合材料取代其已成必然趋势。
4.目前市场上的玻纤/尼龙复合材料虽然在其低温韧性、耐磨性、耐老化等性能方面有显著提升，但是我国东北、内蒙古、新疆等地区的轨道交通用的复合材料需要不断在低温、高温下循环使用，故有必要研究一种应用于轨道交通的可以适应高低温变换的高强度玻纤复合材料。
技术实现要素：
5.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种应用于轨道交通的高强度玻纤复合材料。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种应用于轨道交通的高强度玻纤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8.a、将尼龙6在110
‑
120℃下烘干4
‑
5小时；
9.b、将增韧剂马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯进行共混，共混时间为5
‑
8分钟，得到复合增韧剂；
10.c、将干燥的尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂放入高速混合机内，在常温下搅拌5
‑
10分钟；
11.d、将步骤c制备的混合物料投入到挤出机中进行熔融挤出造粒并以侧喂料的方式加入玻璃纤维，经熔融共混挤出、牵引，冷却，得到玻纤复合材料坯料；
12.e、将玻纤复合材料坯料在低于
‑
50℃的条件下冷冻16
‑
24小时，然后在10
‑
12小时缓慢升温至40
‑
50℃，并保温48
‑
60小时，即可。
13.优选的，所述的步骤b中，所述的马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯的质量比为(3
‑
5)：1。
14.优选的，所述的步骤b中，所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
15.优选的，所述的步骤c中，各原料(尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂)的重量比为100：(8
‑
15)：(0.5
‑
1.2)：(2
‑
5)：(1
‑
2)。
16.优选的，所述的步骤c中，改性纳米材料为氧化铋包覆纳米氧化锌。
17.优选的，所述的步骤c中，所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂和受阻酚抗氧剂的混合物。
18.进一步优选的，所述的亚磷酸酯抗氧剂和受阻酚抗氧剂的质量比为(1
‑
3)：(2
‑
5)。
19.优选的，所述的步骤d中，挤出机的挤出温度为250
‑
300℃，其转速为400
‑
450rpm。
20.优选的，所述的步骤d中，所述的玻纤复合材料坯料中，玻璃纤维的重量百分比含量为70
‑
75％。
21.本发明的有益之处在于：本发明的应用于轨道交通的高强度玻纤复合材料的制备方法，包括以下步骤：将尼龙6烘干，然后将增韧剂马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯进行共混，到复合增韧剂；将干燥的尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂搅拌均匀；然后投入到挤出机中进行熔融挤出造粒并加入玻璃纤维，经熔融共混挤出、牵引，冷却，得到玻纤复合材料坯料；最后进行超低温冷冻、缓慢升温和保温熟化，即可。本发明的高强度玻纤复合材料，在玻璃纤维的基础上加入了尼龙6、聚烯烃弹性体、异氰酸酯和改性纳米材料，可以显著提升玻璃纤维材料的韧性和耐高低温性能。为了进一步提升复合材料适应高低温变换的性能，本发明还采用了超低温冷冻、缓慢升温和保温熟化的方式对复合材料的坯料进行处理，效果更佳。
具体实施方式
22.实施例1
23.一种应用于轨道交通的高强度玻纤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
24.a、将尼龙6在114℃下烘干4.5小时；
25.b、将增韧剂马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯进行共混，共混时间为7分钟，得到复合增韧剂；
26.c、将干燥的尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂放入高速混合机内，在常温下搅拌8分钟；
27.d、将步骤c制备的混合物料投入到挤出机中进行熔融挤出造粒并以侧喂料的方式加入玻璃纤维，经熔融共混挤出、牵引，冷却，得到玻纤复合材料坯料；
28.e、将玻纤复合材料坯料在低于
‑
50℃的条件下冷冻22小时，然后在11小时缓慢升温至48℃，并保温50小时，即可。
29.所述的步骤b中，所述的马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯的质量比为4：1。
30.所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
31.所述的步骤c中，各原料(尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂)的重量比为100：12：0.9：4：1.6。
32.所述的步骤c中，改性纳米材料为氧化铋包覆纳米氧化锌；所述纳米氧化锌，包覆
前的粒径为60
‑
80nm；所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂和受阻酚抗氧剂的混合物；所述的亚磷酸酯抗氧剂和受阻酚抗氧剂的质量比为2：3。
33.所述的步骤d中，挤出机的挤出温度为285℃，其转速为420rpm。
34.所述的步骤d中，所述的玻纤复合材料坯料中，玻璃纤维的重量百分比含量为72％。
35.实施例2
36.一种应用于轨道交通的高强度玻纤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
37.a、将尼龙6在120℃下烘干4小时；
38.b、将增韧剂马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯进行共混，共混时间为8分钟，得到复合增韧剂；
39.c、将干燥的尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂放入高速混合机内，在常温下搅拌5分钟；
40.d、将步骤c制备的混合物料投入到挤出机中进行熔融挤出造粒并以侧喂料的方式加入玻璃纤维，经熔融共混挤出、牵引，冷却，得到玻纤复合材料坯料；
41.e、将玻纤复合材料坯料在低于
‑
50℃的条件下冷冻24小时，然后在10小时缓慢升温至50℃，并保温48小时，即可。
42.所述的步骤b中，所述的马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯的质量比为5：1。
43.所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
44.所述的步骤c中，各原料(尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂)的重量比为100：8：1.2：2：2。
45.所述的步骤c中，改性纳米材料为氧化铋包覆纳米氧化锌；所述纳米氧化锌，包覆前的粒径为60
‑
80nm；所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂和受阻酚抗氧剂的混合物；所述的亚磷酸酯抗氧剂和受阻酚抗氧剂的质量比为1：5。
46.所述的步骤d中，挤出机的挤出温度为250℃，其转速为450rpm。
47.所述的步骤d中，所述的玻纤复合材料坯料中，玻璃纤维的重量百分比含量为70％。
48.实施例3
49.一种应用于轨道交通的高强度玻纤复合材料的制备方法，包括以下步骤：
50.a、将尼龙6在110℃下烘干5小时；
51.b、将增韧剂马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯进行共混，共混时间为5分钟，得到复合增韧剂；
52.c、将干燥的尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂放入高速混合机内，在常温下搅拌10分钟；
53.d、将步骤c制备的混合物料投入到挤出机中进行熔融挤出造粒并以侧喂料的方式加入玻璃纤维，经熔融共混挤出、牵引，冷却，得到玻纤复合材料坯料；
54.e、将玻纤复合材料坯料在低于
‑
50℃的条件下冷冻16小时，然后在12小时缓慢升温至40℃，并保温60小时，即可。
55.所述的步骤b中，所述的马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和异氰酸酯的质量比为3：1。
56.所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
57.所述的步骤c中，各原料(尼龙6、复合增韧剂、改性纳米材料、丙三醇和抗氧剂)的重量比为100：15：0.5：5：1。
58.所述的步骤c中，改性纳米材料为氧化铋包覆纳米氧化锌；所述纳米氧化锌，包覆前的粒径为60
‑
80nm；所述的抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂和受阻酚抗氧剂的混合物；所述的亚磷酸酯抗氧剂和受阻酚抗氧剂的质量比为3：2。
59.所述的步骤d中，挤出机的挤出温度为300℃，其转速为400rpm。
60.所述的步骤d中，所述的玻纤复合材料坯料中，玻璃纤维的重量百分比含量为75％。
61.对比例1
62.将实施例1中的氧化铋包覆纳米氧化锌替换为未改性的纳米氧化锌，粒径均为60
‑
80nm，其余配比和制备方法不变。
63.对比例2
64.将实施例1中的改性纳米材料，其余配比和制备方法不变。
65.对比例3
66.将实施例1中的步骤e去除，其余配比和制备方法不变。
67.以下对实施例1
‑
3和对比例1
‑
3制备的复合材料进行检测(测试样品分别为3个，结果为平均值)，具体检测数据如表1所示。
68.检测标准：
69.缺口冲击强度iso179；
70.拉伸强度iso527(5mm/分钟)；
71.完全强度iso178(3mm/分钟)；
72.弯曲模量iso178(3mm/分钟)；
73.摩擦系数gb/t 3960。
74.表1：实施例1
‑
3和对比例1
‑
3制备的复合材料检测结果；
[0075] 实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3缺口冲击强度j/m35.237.335.031.429.835.1拉伸强度mpa112.6118.3111.4103.895.7112.9弯曲强度mpa134.5137.2133.5125.4113.5135.8弯曲模量mpa587359825724472242955904摩擦系数0.270.270.270.280.280.27
[0076]
将实施例1和对比例1
‑
3的样品进行高低温缺口冲击强度测试，具体方法如下：升温至250℃，每24小时后常温下降温至常温，然后在1小时内降温至
‑
50℃，保持12小时，按照高温
‑
低温
‑
高温的周期反复进行；3个月后取出测试其高低温缺口冲击强度，测试结果如表2所示(测试样品分别为3个，结果为平均值)。
[0077]
表2：复合材料高低温缺口冲击强度对比测试结果；
[0078] 实施例1对比例1对比例2对比例3缺口冲击强度j/m33.818.815.925.2
[0079]
由以上测试数据可以知道，采用本发明的方法制备的玻纤复合材料，不但具备高强度，而且具有非常好的耐高低温冲击性能，非常适合低温地区的轨道交通使用。
[0080]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。