一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202410362607.8 申请日 2024-03-28
公开(公告)号 CN118063955A 公开(公告)日 2024-05-24
申请人 长春工业大学; 申请人类型 学校
发明人 王世伟; 孙中梁; 张钰婷; 袁瑞泽; 张栋秀; 第一发明人 王世伟
权利人 长春工业大学 权利人类型 学校
当前权利人 长春工业大学 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:吉林省 城市 当前专利权人所在城市:吉林省长春市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:吉林省长春市朝阳区延安大街2055号 邮编 当前专利权人邮编:130012
主IPC国际分类 C08L75/04 所有IPC国际分类 C08L75/04C08L75/08C08L75/06C08L97/00C08K7/06C08K9/06C08K7/14
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 6 专利文献类型 A
专利代理机构 专利代理人
摘要 本 发明 公开了一种 纤维 复合材料 轴瓦及其制备方法,包括以下步骤:将将一定量经过高温灼烧处理的不同尺寸 碳 纤维与一定量经过 硅 烷 偶联剂 表面处理 的不同尺寸其它纤维按一定比例均匀混合溶于所制备的预聚体,置于70~85℃下搅拌共混均匀,向体系中加入扩链剂和交联剂;预热模具并涂抹 脱模剂 ,倒入预热好的模具中,加热 固化 一定时间后,将其置于100~115℃烘箱下后熟化10~24 h,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。本发明采用上述方法制备的纤维复合材料轴瓦,提高了纤维复合材料轴瓦的性能。
权利要求

1.一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
负压后低分子多元醇与二异氰酸酯按如下比例混合均匀,放入三口反应器中,并置于75 ℃ 95 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌2 3小时,制备得到预聚体,所述预聚~ ~
体,按原料质量份数计,包括:
低分子多元醇 100 重量份
二异氰酸酯 10 100 重量份;
~
将一定量经过高温灼烧处理的短切纤维与一定量经过偶联剂表面处理的其它纤维按一定比例均匀混合,溶于上述所制备的预聚体,在70 85 ℃下搅拌共混均匀,向体系~
中加入扩链剂和交联剂;预热模具并涂抹脱模剂,将上述混合液倒入预热好的模具中,加热固化一定时间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦,其特征在于:所述扩链剂和交联剂,按原料质量份数计,包括:
预聚体 100 重量份
扩链剂 10 40 重量份;
~
碳纤维 0 10 重量份;
~
其它纤维 0 15 重量份。
~
2.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法,其特征在于:所述其它纤维可以为玻璃纤维、木质素纤维、碳纤维中的一种或多种;
所述的其它纤维直径尺寸为0.1‑100微米;
所述的其它纤维在总体系中的含量为0.1 wt%‑15 wt%。
3.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法,其特征在于,预聚体所用的低分子多元醇为聚四氢呋喃醚多元醇、聚化乙烯多元醇、聚丙二醇、聚氧化丙烯三醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇、聚己二酸‑3‑甲基‑1,5戊二醇中的一种或多种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法,其特征在于:预聚体所用的二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、4,4’‑二环已基甲烷二异氰酸酯、液化MDI、甲苯二异氰酸酯、1,5‑二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、二甲基二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔二异氰酸酯中的一种或者多种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法,其特征在于: 所述扩链剂为1,4丁二醇、乙二醇、1,6‑己二醇、对苯二酚二羟乙基醚、甘油、二乙乙醇、3,3’‑二氯‑4,4‑二苯基甲烷二胺、4,4’‑亚甲基‑双‑(3‑氯‑2,6‑二乙二基苯胺)、4,4‑亚甲基双(2,6‑二乙基)苯胺、3,5‑二甲硫基甲苯二胺、甲苯二胺、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、乙二胺、伯胺聚醚胺、氮丙啶、端羟基聚环氧丙烷醚交联剂中的一种或多种的混合。
6.根据权利要求1所述的一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法,其特征在于:所述加热固化时间为18 24 h,加热固化温度为40 55 ℃,烘箱下后熟化时间为10 24 h,烘箱下后熟~ ~ ~
化温度为100 115 ℃。
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说明书全文

一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高分子复合材料技术领域,特别是涉及一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法。

背景技术

[0002] 高分子材料轴瓦具有弹性高,寿命长,噪音小、摩擦特性优异等优点,广泛应用在船舶水轮机等众多领域。它要求高分子材料具有较为优异的耐摩擦性能的同时,还要求其具有较为优异的学特性,为其使用提供安全性和可靠性。专利号CN202210582145.1采用聚酯预聚物、补强材料和增摩助剂混合均匀方法提高聚合物轴瓦的耐磨特性,但其相聚合物轴瓦的力学性能有待提升,因此,采用一种简单的加工工艺,制备一种兼具优异耐磨特性,并优异力学性能的聚合物轴瓦材料,具有十分广泛的应用前景和市场需求。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法,提高聚合物轴瓦的综合力学性能及耐摩擦性能。
[0004] 为实现上述目的,本发明提供了一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法,包括以下步骤:将负压脱水后低分子多元醇与二异氰酸酯按如下比例混合均匀,放入三口反应器
中,并将三口反应器放入75 ℃ 95 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌2 3小时,制备得到预~ ~
聚体;
将一定量经过高温灼烧处理的短切纤维与一定量经过偶联剂表面处理
其它纤维按一定比例均匀混合,溶于上述所制备的预聚体,在70 85 ℃下搅拌共混均匀,向~
体系中加入扩链剂;预热模具并涂抹脱模剂,将上述混合液倒入预热好的模具中,加热固化一定时间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦;
优选的,所述预聚体,按原料质量份数计,包括:
低分子多元醇 100 重量份;
二异氰酸酯 10 100 重量份;
~
优选的,所述扩链剂,按原料质量份数计,包括:
预聚体 100 重量份;
扩链剂 10 40 重量份;
~
碳纤维 0 10 重量份;
~
其它纤维 0 15 重量份。
~
[0005] 优选的,所述其它纤维包括:玻璃纤维、木质素纤维、碳纤维中的一种或多种;所述的其它纤维直径为0.1‑100微米;
所述的其它纤维在总体系中的含量为0.1 wt%‑15 wt%;
优选的,所述低分子多元醇为聚四氢呋喃醚多元醇、聚化乙烯多元醇、聚丙二
醇、聚氧化丙烯三醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇、聚己二酸‑3‑甲基‑1,5戊二醇中的一种或多种的混合;
所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、4,4’‑二环已基甲烷二异氰酸酯、液化MDI、甲苯二异氰酸酯、1,5‑二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、二甲基二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔二异氰酸酯中的一种或者多种的混合;
优选的,所述扩链剂为1,4丁二醇、乙二醇、1,6‑己二醇、对苯二酚二羟乙基醚、甘油、二乙氨基乙醇、3,3’‑二氯‑4,4‑二苯基甲烷二胺、4,4’‑亚甲基‑双‑(3‑氯‑2,6‑二乙二基苯胺)、4,4‑亚甲基双(2,6‑二乙基)苯胺、3,5‑二甲硫基甲苯二胺、甲苯二胺、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、乙二胺、伯胺聚醚胺、氮丙啶、端羟基聚环氧丙烷醚交联剂中的一种或多种的混合。
[0006] 本发明的有益效果:预聚体与扩链剂,在加热条件下发生交联化学反应,形成纤维/弹性体复合轴瓦材料,短切纤维与其它纤维按照一定比例混合均匀,共同增强了纤维轴瓦的力学性能和耐磨性能。
[0007] 本发明方法简单、操作简便、无需引入其它复杂模具和加工工艺,也不经过繁琐的化学方法,适合大批量生产。
[0008] 本发明不仅解决了聚氨酯弹性体生产过程中部分产品力学性能不符合国家标准的问题,而且简单可操作,提高了聚氨酯弹性体产品合格率。
[0009] 下面通过附图实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0010] 图1是本发明一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法实施例1的时间与摩擦系数关系图;图2是本发明一种纤维复合材料轴瓦及其制备方法实施例1纤维形貌的扫描电镜
图。

具体实施方式

[0011] 下面结合实施例,对本发明进一步描述,实施例中所用各种化学品和试剂如无特别说明均为市售购买。
[0012] 实施例1(1)制备预聚体
将负压脱水后15g的聚四氢呋喃醚二醇(Mn=2000),75g的聚碳酸酯二醇(Mn=
2000),22.20g 甲苯二异氰酸酯混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0013] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入玻璃纤维(长径比为0.5:1),进行超声处
理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为10:1)的1wt% 与改性玻璃纤维(长
径比为0.5:1)的0.5wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 23.60g 扩链剂 MOCA 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加热固化一定时间~
后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0014] 实施例1测试方法:采用GB/T 528‑2009标准或方法测试其拉伸强度,采用GB/T 528‑2009标准或方法测试其断裂伸长率,采用GB3960‑1983标准或方法测试其摩擦系数。
[0015] 实施例2(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚四氢呋喃醚二醇(Mn=2000),23.72g 异氟尔酮二异氰酸酯混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0016] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入木质素纤维(长径比为0.2:1),进行超声处理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为12:1)的3wt% 与改性木质素纤维
(长径比为0.2:1)的0.1wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 27.57g 扩链剂 MOCA 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加热固化一定时~
间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0017] 实施例3(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚碳酸酯二醇(Mn=2000),24.69g 六亚甲基二异氰酸酯混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0018] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入玻璃纤维(长径比为0.8:1),进行超声处
理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为10:1)的5wt% 与改性玻璃纤维(长
径比为0.5:1)的0.3wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 26.29g 扩链剂 M‑CDEA 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加热固化一定时~
间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0019] 测试方法同实施例1。
[0020] 实施例4(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚碳酸酯二醇(Mn=2000),23.26g 甲苯二异氰酸酯混合均
匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0021] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入碳纤维(长径比为1.5:1),进行超声处理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将改性碳纤维(长径比为1.5:1)的 0.5wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 18.60g 
扩链剂 MOCA 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的~
模具中,加热固化一定时间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0022] 测试方法同实施例1。
[0023] 实施例5(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚己内酯二醇(Mn=2000),23.72g 1,5‑萘二异氰酸酯混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0024] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入玻璃纤维(长径比为1.2:1),进行超声处
理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为20:1)的9wt% 与改性玻璃纤维(长
径比为1.2:1)的0.1wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 27.57g 扩链剂 1,4丁二醇混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加热固化一~
定时间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0025] 测试方法同实施例1。
[0026] 实施例6(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚丙二醇(Mn=2000),14.56g 甲苯二异氰酸酯,13.79g 1,5‑萘二异氰酸酯混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0027] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入木质素纤维(长径比为1.8:1),进行超声处理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为25:1)的0.5wt% 与改性木质素纤维
(长径比为1.8:1)的5wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 32.51g 扩链剂 对苯二酚二羟乙基醚 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加~
热固化一定时间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0028] 测试方法同实施例1。
[0029] 实施例7(1)制备预聚体
将负压脱水后50g的聚己内酯二醇(Mn=1000),50g聚四氢呋喃醚二醇(Mn=2000), 
25.63g 六亚甲基二异氰酸酯混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0030] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入玻璃纤维(长径比为2.5:1),进行超声处
理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为30:1)的0.1wt% 与改性玻璃纤维
(长径比为2.5:1)的10wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 21.26g 扩链剂 M‑CDEA 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加热固化一~
定时间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0031] 测试方法同实施例1。
[0032] 实施例8(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚四氢呋喃醚二醇(Mn=2000),13.09g 甲苯二异氰酸酯,
11.43g 液化MDI混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0033] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入玻璃纤维(长径比为10:1),进行超声处理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为10:1)的3wt% 与改性玻璃纤维(长
径比为10:1)的10wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 29.65g 扩链剂 1,6‑己二醇 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加热固化一~
定时间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0034] 测试方法同实施例1。
[0035] 实施例9(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚碳酸酯二醇(Mn=2000),14.89g 液化MDI混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0036] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入木质素纤维(长径比为5:1),进行超声处
理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为15:1)的0.5wt% 与改性木质素纤维
(长径比为5:1)的14wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 18.36g 扩链剂 甘油 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加热固化一定时间~
后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0037] 测试方法同实施例1。
[0038] 实施例10(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚四氢呋喃醚二醇(Mn=2000),24.6g 甲苯二异氰酸酯混合
均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0039] (2)其它纤维改性处理将硅烷偶联剂溶解在无水乙醇中,加入木质素纤维(长径比为10:1),进行超声处
理,离心分离后放入60 ℃烘箱24小时并备用;
(3)制备纤维复合材料轴瓦
将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为20:1)的10wt% 与改性木质素纤维
(长径比为10:1)的5wt% 混合均匀的聚氨酯预聚体和 26.29g 扩链剂 乙二醇 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入预热好的模具中,加热固化一定时~
间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0040] 测试方法同实施例1。
[0041] 对比例1(1)制备预聚体
将负压脱水后100g的聚四氢呋喃醚二醇(Mn=2000),22.20g 甲苯二异氰酸酯混合均匀,放入三口反应器中,并将三口反应器放入85 ℃油浴锅中,氮气保护条件下搅拌3小时,制备得到预聚体。
[0042] (2)制备纤维复合材料轴瓦将经过高温灼烧处理的短切碳纤维(长径比为10:1)的1wt% 聚氨酯预聚体和 
23.60g 扩链剂 MOCA 混合均匀,放入三口烧瓶中75 85 ℃油浴锅中反应,负压脱泡,倒入~
预热好的模具中,加热固化一定时间后,最后将其置于烘箱后熟化,脱模,得到纤维复合材料轴瓦。
[0043] 测试方法同实施例1。
[0044] 对比例2与现有市场上采购轴瓦力学性能作对比,测试方法同实施例1。
[0045] 对实施例1‑10和对比例1‑2制得的样品进行性能检测。
[0046] 采用GB/T 528‑2009标准或方法测试其拉伸强度,采用GB/T 528‑2009标准或方法测试其断裂伸长率,采用GB3960‑1983标准或方法测试其摩擦系数,测试结果见表1。
[0047] 表1 样品的测试结果数据拉伸强度(MPa)GB/T 528‑2009 断裂伸长率(%)GB/T 528‑2009 摩擦系数GB3960‑1983实施例1 54 298% 0.12
实施例2 42 235% 0.19
实施例3 38 238% 0.23
实施例4 34 233% 0.29
实施例5 43 236% 0.28
实施例6 40 237% 0.25
实施例7 38 233% 0.31
实施例8 39 235% 0.21
实施例9 47 237% 0.27
实施例10 46 233% 0.26
对比例1 32 233% 0.607
对比例2 34 210% 0.439
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制,
尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
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