本发明涉及轨道交通用涂层材料领域，具体涉及一种轨道交通用车车顶防电弧涂层及制备方法。
背景技术：
随着中国铁路网规模的扩大，以及城市轨道交通建设的蓬勃兴起，电力机车(包括地铁、动车等)的需求出现高速增长。在此过程中，对现有电力机车安全性能的提升的研究不断深入。
现有电力机车运行时，电力牵引机车通过安装在机车车顶上的电气设备从接触网取得电能，负荷电流通过接触网的接触线与机车电气设备的受电弓滑板接触传输进入机车电力牵引系统。在此过程中，接触线和受电弓滑板间的接触面的接触压力、过渡电阻、接触面积等参数决定了电流传输的流畅程度对传输流程的安全性。近年来，因受电弓故障导致电力机车的安全事故屡见不鲜，例如2012年11月19日广州地铁8号线就发生了一起列车因车顶受电弓(电压1500v)发生故障，其部件与车顶发生接触短路，产生响声和烟雾，同时电弧击穿列车顶部，烟雾从洞口(直径约4cm)进入车内的安全事故。因此，如能在车顶增加具备环保、阻燃效果好、电性能优异等特征的轨道交通车顶防电弧涂层，将大大提升电力机车的安全性能。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种轨道交通用车车顶防电弧涂层，同时具备环保、阻燃效果好和优异的电性能，可防止轨道交通用车车顶电弧击穿车顶，提升电力机车的运行安全。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种轨道交通用车车顶防电弧涂层，按质量份，所述轨道交通用车车顶防电弧涂层包括5份a组分和1份b组分；按质量份，所述a组分包括10-30份多元醇，10-30份特殊改性蓖麻油多元醇，10-25份阻燃增塑剂，0.3-2份紫外线吸收剂，0.3-2份粘接促进剂，0.1-1份催化剂，35-60份阻燃无机填料，3-15份分子筛；所述b组份为二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种。
在上述技术方案的基础上，所述的多元醇包括聚酯多元醇和聚醚多元醇，所述多元醇的相对分子质量为300-2000，羟值为20-500mgkoh/g。
在上述技术方案的基础上，所述阻燃增塑剂为不含卤素的磷酸酯类阻燃增塑剂，包括磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三乙酯、甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三异丙基苯酯中的至少一种。
在上述技术方案的基础上，所述粘接促进剂为改性环氧基硅烷偶联剂。
在上述技术方案的基础上，紫外线吸收剂为水杨酸酯类紫外线吸收剂、苯酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、取代丙烯腈类紫外线吸收剂、三嗪类紫外线吸收剂、受阻胺类紫外线吸收剂中的至少一种。
在上述技术方案的基础上，催化剂为脂肪族胺类催化剂、有机金属催化剂中的至少一种。
在上述技术方案的基础上，阻燃无机填料为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑中的至少一种。
在上述技术方案的基础上，所述分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐。
在上述技术方案的基础上，所述特殊改性蓖麻油多元醇的官能结构为：
其相对分子质量为300-1000，羟值为100-500mgkoh/g。
本发明还提供一种轨道交通用车车顶防电弧涂层的制备方法，包括以下步骤：
制备a组分：按质量份计，在三口烧瓶中加入多元醇10-30份、特殊改性蓖麻油多元醇10-30份、阻燃增塑剂10-25份，加热至100-120℃，并在真空下状态搅拌脱水1-2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入紫外线吸收剂0.3-2份，粘接促进剂0.3-3份，催化剂0.1-1份、阻燃无机填料35-60份、分子筛3-15份，在真空状态下搅拌2小时，出料；
制备b组分：取二苯基甲烷二异氰酸酯或多亚甲基多苯基多异氰酸酯，混合均匀；
混合：将a组分和b组分按质量比5：1混合均匀。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明中的轨道交通用车车顶防电弧涂层加入了特殊改性蓖麻油，该特殊改性蓖麻油为羟基末端蓖麻醇酸酯衍生物，具有优良的电学性能、低蒸气危害、耐低温，耐湿热老化性能，其与环保阻燃增塑剂、阻燃填料等配合作用，使本发明防电弧涂层同时具备环保、阻燃效果好、电性能优异等特征，提升电力机车的运行安全。
(2)本发明中的轨道交通用车车顶防电弧涂层使45°角阻燃性能满足铁道行业标准tb/t3138机车车辆阻燃材料技术条件的难燃级别、防火性能满足bs6853:1999英国轨道车辆材料防火测试标准的性能要求。
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。
本发明实施例提供一种轨道交通用车车顶防电弧涂层，按质量份，该轨道交通用车车顶防电弧涂层包括5份a组分和1份b组分；按质量份，a组分包括10-30份多元醇，10-30份特殊改性蓖麻油多元醇，10-25份阻燃增塑剂，0.3-2份紫外线吸收剂，0.3-2份粘接促进剂，0.1-1份催化剂，35-60份阻燃无机填料，3-15份分子筛；b组份为二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种。
在实际使用中，各组分的配比可根据实际需求，在上述范围内进行选择，在本发明中，可在以下范围内进行选择：按质量份，该轨道交通用车车顶防电弧涂层包括5份a组分和1份b组分；按质量份，a组分包括10-30份多元醇，10-30份特殊改性蓖麻油多元醇，10-25份阻燃增塑剂，0.3-2份紫外线吸收剂，0.3-2份粘接促进剂，0.1-1份催化剂，35-60份阻燃无机填料，3-15份分子筛；b组份为二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的至少一种。
经发明人实验获得的最优配比为：按质量份，该轨道交通用车车顶防电弧涂层包括5份a组分和1份b组分；按质量份，a组分包括26.26份多元醇，10.74份特殊改性蓖麻油多元醇，11.93份阻燃增塑剂，0.48份紫外线吸收剂，0.48份粘接促进剂，0.6份催化剂，39.38份阻燃无机填料，9.55份分子筛；b组份为按质量份计75份二苯基甲烷二异氰酸酯和份25多亚甲基多苯基多异氰酸酯的混合物。
其中使用的多元醇包括聚酯多元醇和聚醚多元醇，可中当多元醇的相对分子质量为300-2000，羟值为20-500mgkoh/g时，使最终产物中软硬段比例适中，具备较好的效果，羟值过大时互溶性较差，反应不充分，造成涂层开裂、强度降低等问题；羟值过低时反应活性过低、会使涂层出现气孔分布不均，影响绝缘性能。
本发明中使用的阻燃增塑剂为不含卤素的磷酸酯类阻燃增塑剂，包括磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三乙酯、甲基磷酸二甲酯、乙基磷酸二乙酯、磷酸三异丙基苯酯中的至少一种。
粘接促进剂为改性环氧基硅烷偶联剂。
紫外线吸收剂为水杨酸酯类紫外线吸收剂、苯酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、取代丙烯腈类紫外线吸收剂、三嗪类紫外线吸收剂、受阻胺类紫外线吸收剂中的至少一种。
催化剂为脂肪族胺类催化剂、有机金属催化剂中的至少一种。
阻燃无机填料为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑中的至少一种。
分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐。
本发明中特殊改性蓖麻油多元醇的官能结构为：
由于蓖麻油的主要成分为甘油三蓖麻油酯，改性过程中国主要利用蓖麻油酸分子位于12位碳原子上羟基进行改性；在改性过程中，每个甘油三蓖麻油酯中1-3个羟基发生反应，导致每个特殊改性蓖麻油多元醇分子中含有1-3个上述官能结构，本发明中的特殊改性蓖麻油多元醇是上述多种分子的混合物，其相对分子质量为300-2000，羟值为20-500mgkoh/g。
下面通过7个具体实施例进行说明：
实施例1
在三口烧瓶中加入聚酯多元醇(羟值为105mgkoh/g、分子量为1000)23.46份、特殊改性蓖麻油多元醇(羟值为400mgkoh/g、分子量为420)13.86份、阻燃增塑剂磷酸三甲苯酯10.66份，加热至120℃，并在真空下状态脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入水杨酸酯类紫外线吸收剂0.43份、粘接促进剂0.43份、脂肪族胺类催化剂0.1份、氢氧化铝46.91份、结晶态的硅酸盐3.2份等在真空状态下搅拌2小时，出料，即为a组分。b组分为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。按照a：b＝5:1(质量比)充分混合后即可使用。
实施例2
在三口烧瓶中加入聚酯多元醇(羟值为58mgkoh/g、分子量为2000)19.46份、特殊改性蓖麻油多元醇(羟值为400mgkoh/g、分子量为420)18.16份、阻燃增塑剂磷酸三异丙基苯酯14.27份，加热至120℃，并在真空下状态脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入苯酮类紫外线吸收剂0.52份、粘接促进剂0.52份、有机金属催化剂0.6份、氢氧化镁25.04份、氢氧化铝14.27份、结晶态的硅酸盐6.49份等在真空状态下搅拌2小时，出料，即为a组分。b组分为按质量份计多亚甲基多苯基多异氰酸酯75份和二苯基甲烷二异氰酸酯25份的混合物。按照a：b＝5:1(质量比)充分混合后即可使用。
实施例3
在三口烧瓶中加入聚醚多元醇(羟值为112mgkoh/g、分子量为1000)26.26份、特殊改性蓖麻油多元醇(羟值为400mgkoh/g、分子量为420)10.74份、阻燃增塑剂磷酸三异丙基苯酯11.93份，加热至120℃，并在真空下状态脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入苯并三唑类紫外线吸收剂0.48份、粘接促进剂0.48份、有机金属催化剂0.6份、氢氧化镁39.38份、结晶态的硅酸盐9.55份等在真空状态下搅拌2小时，出料，即为a组分。b组分为按质量份计多亚甲基多苯基多异氰酸酯25份和二苯基甲烷二异氰酸酯75份的混合物。按照a：b＝5:1(质量比)充分混合后即可使用。
实施例4
在三口烧瓶中加入聚醚多元醇(羟值为240mgkoh/g、分子量为1000)13.45份、特殊改性蓖麻油多元醇(羟值为400mgkoh/g、分子量为420)14.17份、阻燃增塑剂乙基磷酸二乙酯6.91份，加热至120℃，并在真空下状态脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入取代丙烯腈类紫外线吸收剂0.48份、粘接促进剂0.48份、有机金属催化剂0.6份、氢氧化铝17.72份、氢氧化镁29.77份、结晶态的硅酸盐10.86份等在真空状态下搅拌2小时，出料，即为a组分。b组分为二苯基甲烷二异氰酸酯。按照a：b＝5:1(质量比)充分混合后即可使用。
实施例5
在三口烧瓶中加入聚醚多元醇(羟值为160mgkoh/g、分子量为1000)25.5份、特殊改性蓖麻油多元醇(羟值为400mgkoh/g、分子量为420)11.59份、阻燃增塑剂甲基磷酸二甲酯11.59份，加热至120℃，并在真空下状态脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入三嗪类紫外线吸收剂0.46份、粘接促进剂0.46份、有机金属催化剂0.6份、氢氧化铝37.66份、结晶态的硅铝酸盐11.59份等在真空状态下搅拌2小时，出料，即为a组分。b组分为按质量份计多亚甲基多苯基多异氰酸酯33.33份和二苯基甲烷二异氰酸酯66.67份的混合物。按照a：b＝5:1(质量比)充分混合后即可使用。
实施例6
在三口烧瓶中加入聚醚多元醇(羟值为100mgkoh/g、分子量为300)10份、特殊改性蓖麻油多元醇(羟值为400mgkoh/g、分子量为420)10份、阻燃增塑剂磷酸三苯酯10份，加热至120℃，并在真空下状态脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入受阻胺类紫外线吸收剂0.3份、粘接促进剂0.3份、脂肪族胺类催化剂0.1份、三氧化二锑35份、结晶态的硅酸盐3份等在真空状态下搅拌2小时，出料，即为a组分。b组分为按质量份计多亚甲基多苯基多异氰酸酯33.33份和二苯基甲烷二异氰酸酯66.67份的混合物。按照a：b＝5:1(质量比)充分混合后即可使用。
实施例7
在三口烧瓶中加入聚醚多元醇(羟值为500mgkoh/g、分子量为2000)30份、特殊改性蓖麻油多元醇(羟值为500mgkoh/g、分子量为1000)30份、阻燃增塑剂磷酸三乙酯15份、磷酸三苯酯10份，加热至120℃，并在真空下状态脱水2小时，然后降温至60℃，加入到行星搅拌动混机中，再加入紫外线吸收剂2份、粘接促进剂3份、脂肪族胺类催化剂0.3份、有机金属催化剂0.7份、氢氧化铝30份、三氧化二锑30份、结晶态的硅酸盐15份等在真空状态下搅拌2小时，出料，即为a组分。b组分为按质量份计多亚甲基多苯基多异氰酸酯33.33份和二苯基甲烷二异氰酸酯66.67份的混合物。按照a：b＝5:1(质量比)充分混合后即可使用。
其中紫外线吸收剂为按质量份计1份苯酮类紫外线吸收剂和1份取代丙烯腈类紫外线吸收剂的混合物；
在制备对各实施例中获得的轨道交通用车车顶防电弧涂层进行下述性能测试：
拉伸强度和断裂伸长率按照gb/t528进行测试；
体积电阻率、电气强度按照gb/t1410进行测试；
耐压试验按照gb/t1408进行测试；
相比电痕化指数按照gb/t4207进行测试；
45°角燃烧按照tb/t3138进行测试；
防火性能按照bs6853进行测试。
性能测试的结果如下表所示：
表1本发明各实施例样品性能测试结果
由上表可知，本发明轨道交通用防电弧涂层的电绝缘性能满足体积电阻率≥1×1011ω.m、电气强度≥18kv/mm、耐压试验达到1min、相比电痕化指数≥600，阻燃性能满足45°角达到难燃级别、防火性能满足bs6853的要求。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。