本發(fā)明涉及復(fù)合材料，具體為一種輕量化軌道交通橋架用復(fù)合材料及其成型工藝。

背景技術(shù)：

1、軌道交通橋架是城市軌道交通系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，主要用于支撐和保護(hù)電纜、電線等，確保電力和信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。隨著國(guó)內(nèi)外電纜橋架布線技術(shù)的不斷發(fā)展，除了傳統(tǒng)的鋼制電纜橋架外.其它材質(zhì)的電纜橋架也不斷得到研發(fā)，如不銹鋼、鋁合金、玻璃鋼、彩鋼板等。

2、近年來(lái)，一種采用高分子合金材料的新型橋架逐漸進(jìn)入市場(chǎng)。高分子合金橋架是在傳統(tǒng)電纜橋架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造升級(jí)，改變傳統(tǒng)電纜橋架單層結(jié)構(gòu)，結(jié)合塑料擠出工藝，采用高分子樹(shù)脂及多種精細(xì)化工助劑，經(jīng)過(guò)塑料改性和特制設(shè)備、模具的擠制工藝制造而成。這種新型橋架不僅保留了傳統(tǒng)電纜橋架的承載能力，還具備了塑料制品的優(yōu)良絕緣、阻燃性能和耐腐蝕性，延長(zhǎng)了使用壽命。然而，現(xiàn)有的高分子合金橋架在強(qiáng)度和剛度方面已能夠滿足使用需求，但其脆性較大，在面對(duì)瞬間沖擊時(shí)，能量吸收能力不夠，導(dǎo)致韌性存在短板；同時(shí)高分子材料的加工性能較差，合金材料體系中不同相界面的差異也進(jìn)一步增加了加工難度；此外，在特殊工況下，這種材料的耐高溫性能不足，也限制了高分子合金橋架的進(jìn)一步發(fā)展。

3、因此，我們提出一種輕量化軌道交通橋架用復(fù)合材料及其成型工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種輕量化軌道交通橋架用復(fù)合材料及其成型工藝，以解決現(xiàn)有技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種輕量化軌道交通橋架用復(fù)合材料的成型工藝，包括如下步驟：

4、步驟s1：將改性碳纖維、耐熱劑和光引發(fā)劑混合均勻，經(jīng)紫外光照后，得到復(fù)合物；

5、步驟s2：將聚氯乙烯樹(shù)脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、復(fù)合物、增塑劑、抗氧劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑混合均勻，在密煉機(jī)中進(jìn)行密煉，密煉溫度為165-175℃，得共混物；

6、步驟s3：將s2所得的共混物加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，得復(fù)合材料。

7、進(jìn)一步的，所述步驟s1中，復(fù)合物包括以下重量組分：改性碳纖維3-8份、耐熱劑2-7份、光引發(fā)劑0.5-1.0份。

8、進(jìn)一步的，所述改性碳纖維的制備方法如下：

9、步驟(1)：將碳纖維置于丙酮中，抽提44-48h，經(jīng)洗滌、干燥后，得到預(yù)處理碳纖維；

10、步驟(2)：調(diào)節(jié)tris-hcl緩沖液ph＝8.5，加入鹽酸多巴胺和聚乙烯亞胺混合均勻，再加入預(yù)處理碳纖維混合均勻，反應(yīng)22-24h，經(jīng)洗滌、干燥后，得到氨基化碳纖維；

11、步驟(3)：在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、2,2’-二烯丙基雙酚a和四丁基溴化銨混合均勻，在75-85℃下反應(yīng)22-24h，冷卻至室溫，經(jīng)溶解、分層、旋蒸、干燥后，得到超支化環(huán)氧樹(shù)脂；

12、步驟(4)：將氨基化碳纖維和超支化環(huán)氧樹(shù)脂混合均勻，在30-40℃下反應(yīng)8-10h，得到改性碳纖維。

13、進(jìn)一步的，所述步驟(1)中，碳纖維和丙酮的質(zhì)量比為1：(20-40)。

14、進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，tris-hcl緩沖液的濃度為0.01mol/l，鹽酸多巴胺、聚乙烯亞胺和tris-hcl緩沖液的質(zhì)量比為1：(1-2)：(300-500)。

15、進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，預(yù)處理碳纖維的質(zhì)量為鹽酸多巴胺質(zhì)量的6-8倍。

16、進(jìn)一步的，所述步驟(3)中，三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、2,2’-二烯丙基雙酚a和四丁基溴化銨的質(zhì)量比為1：(1.2-1.5)：(0.1-0.3)。

17、進(jìn)一步的，所述步驟(4)中，氨基化碳纖維和超支化環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為1：(1-2)。

18、進(jìn)一步的，所述耐熱劑的制備方法如下：

19、將l-半胱氨酸、1,2,4-環(huán)己烷三甲酸酐和冰乙酸混合均勻，在室溫下攪拌22-24h，升溫至110-120℃回流反應(yīng)4-6h，經(jīng)減壓蒸餾、洗滌、干燥后，得到中間體；將中間體、2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和四丁基溴化銨混合均勻，升溫至50-70℃，加入亞磷酸三苯酯和苯胺，繼續(xù)升溫至110-120℃，反應(yīng)1-2h，經(jīng)沉淀、過(guò)濾、干燥后，得到耐熱劑。

20、在上述技術(shù)方案中，通過(guò)l-半胱氨酸中的氨基和1,2,4-環(huán)己烷三甲酸酐的酸酐基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，先在室溫下形成酰胺酸，再回流反應(yīng)去水完成酰亞胺化，得到含酰亞胺的二酸單體，即中間體；接著通過(guò)中間體與2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷的兩個(gè)氨基發(fā)生反應(yīng)，并以苯胺作單官能封端劑調(diào)節(jié)分子量，得到含巰基的聚酰胺酰亞胺，即耐熱劑。

21、進(jìn)一步的，所述l-半胱氨酸、1,2,4-環(huán)己烷三甲酸酐和冰乙酸的質(zhì)量比為1：(1.6-1.8)：(40-50)。

22、進(jìn)一步的，所述中間體、2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和四丁基溴化銨的質(zhì)量比為1：(1.0-1.5)：(2.0-2.2)。

23、進(jìn)一步的，所述亞磷酸三苯酯的質(zhì)量為中間體質(zhì)量的3.0-3.5倍，苯胺的質(zhì)量為中間體質(zhì)量的2-3倍。

24、進(jìn)一步的，所述步驟s1中，光引發(fā)劑為2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。

25、進(jìn)一步的，所述步驟s1中，紫外光照射工藝條件為：經(jīng)360-400nm紫外線照射20-50min，輻照強(qiáng)度20-35mw/cm2。

26、進(jìn)一步的，所述復(fù)合材料包括以下重量組分：

27、聚氯乙烯樹(shù)脂80-100份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10-20份、復(fù)合物5-15份、增塑劑2-10份、抗氧劑0.2-0.5份、穩(wěn)定劑5-15份、潤(rùn)滑劑0.5-1.0份。

28、進(jìn)一步的，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯。

29、進(jìn)一步的，所述抗氧劑為抗氧劑1010。

30、進(jìn)一步的，所述穩(wěn)定劑為復(fù)合鈣鋅穩(wěn)定劑。

31、進(jìn)一步的，所述潤(rùn)滑劑為硬脂酸。

32、進(jìn)一步的，所述步驟s2中，擠出造粒的工作溫度為170-180℃。

33、一種輕量化軌道交通橋架用復(fù)合材料的應(yīng)用，包括如下步驟：將復(fù)合材料送入注塑機(jī)中，在165-175℃下熔融，注入模具，冷卻，得到輕量化軌道交通橋架。

34、進(jìn)一步的，所述模具的工藝條件為：模溫180-185℃，模壓10-30mpa。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

36、1、本發(fā)明的一種輕量化軌道交通橋架用復(fù)合材料及其成型工藝，利用多巴胺自聚反應(yīng)生成聚多巴胺并附著在碳纖維表面，聚多巴胺可以作為二次反應(yīng)的平臺(tái)，通過(guò)共聚反應(yīng)將聚乙烯亞胺接枝到碳纖維表面，碳纖維表面被接枝聚合物覆蓋，顯著增加了表面的活性氨基基團(tuán)，提升了表面粗糙度；

37、接著采用三羥甲基丙烷三縮水甘油醚和2,2’-二烯丙基雙酚a作為反應(yīng)單體，以四丁基溴化銨作為反應(yīng)催化劑，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成具有端烯丙基的超支化環(huán)氧樹(shù)脂。其中，三羥甲基丙烷三縮水甘油醚具有三個(gè)官能度的環(huán)氧基團(tuán)，同時(shí)主鏈較短，支鏈偏多，從而賦予分子鏈良好的柔韌性，不僅能夠有效增韌碳纖維，還能夠改善其力學(xué)性能，增強(qiáng)材料的抗沖擊性和耐用性；2,2’-二烯丙基雙酚a不僅具有兩個(gè)官能度的端烯丙基，同時(shí)含有兩個(gè)苯環(huán)的共軛對(duì)稱分子，增強(qiáng)了分子鏈的剛性，提升了材料的熱性能；

38、最后，通過(guò)氨基化碳纖維與超支化環(huán)氧樹(shù)脂的環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，形成了強(qiáng)有力的化學(xué)交聯(lián)，不僅提高了碳纖維與樹(shù)脂基體之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度，還提高了材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。

39、2、本發(fā)明的一種輕量化軌道交通橋架用復(fù)合材料及其成型工藝，通過(guò)l-半胱氨酸中的氨基和1,2,4-環(huán)己烷三甲酸酐的酸酐基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，得到含酰亞胺的二酸單體，即中間體；接著通過(guò)中間體與2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷的兩個(gè)氨基發(fā)生反應(yīng)，得到含巰基的聚酰胺酰亞胺，即耐熱劑，可以進(jìn)一步與改性碳纖維中的雙鍵發(fā)生巰基-烯點(diǎn)擊化反應(yīng)，形成復(fù)合物。將該復(fù)合物添加到復(fù)合材料的制備過(guò)程中，顯著提升了復(fù)合材料的韌性和強(qiáng)度，從而滿足軌道交通橋架對(duì)輕量化和高強(qiáng)度的需求。同時(shí)，該復(fù)合材料的優(yōu)良耐熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性，使其在極端工況下的使用壽命大大延長(zhǎng)，為軌道交通系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性提供了有效保障。