1.本发明属于农业新材料技术领域，具体涉及一种抗紫外碳纤维的新型推杆材料及其制备方法和应用。
背景技术：
2.随着机械、材料的不断发展，越来越多的科技产品从科研走向生产第一线。实现高度机械化、智能化的农业操作不仅能提高单位面积上的产量，也是对人力的一种解放，使之发挥更大的价值。特别是随着许多机械化产品的引入，各种电机取代了传统的家畜劳动力，大大提升了农业生产的效率。值得一提的是，在这些机械化生产的场景中，电动推杆都是不可或缺的。电动机经齿轮或蜗轮蜗杆减速后，把电机的旋转运动变成直线运动，利用电动机正反转完成推杆动作。通过各种杠杆、摇杆或连杆等机构可完成转动、摇动等复杂动作。如在播种机、收割机、喷撒机等方面均有重要用途。
3.目前市场上的推杆品种复杂，材质上主要有不锈钢材质和碳纤维高性能塑料两大类，其中，不锈钢材质具有承载力大的特点，通常用于大型机械设备，大型选矿设备等，价格适中，但使用过程中磨损较大，寿命比较短。碳纤维高性能塑料具有轻便，牢固的特点，韧性强，通常用于精密类仪器仪表，可保证其精确度，然而，由于农业推杆传动部件需长时间暴露于紫外辐照下，容易形成光老化，导致碳纤维高性能塑料的性能不稳定，限制其更广泛的应用。因此，改善碳纤维高性能塑料的耐候性成为研究热点。
技术实现要素：
4.发明目的：为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有良好的光学稳定性和耐久性的抗紫外碳纤维农业推杆材料及其制备方法和应用。
5.本发明的技术方案：一种抗紫外碳纤维农业推杆材料，制备所述推杆材料的原料包括以下组分：pc粒料、硅硼改性酚醛树脂、紫外屏蔽剂、抗老化剂、硅烷偶联剂及碳纤维。
6.进一步地，按重量份计，制备所述推杆材料的原料包括以下组分：pc粒料20-30份、硅硼改性酚醛树脂60-70份、紫外屏蔽剂5-15份、抗老化剂1-3份、硅烷偶联剂为1-5份及改性碳纤维10-20份。
7.所述硅硼改性酚醛树脂的制备过程如下：（1）将硅烷单体与由乙二醇和去离子水组成的混合溶剂进行混合，超声分散得硅烷单体分散液，备用；（2）向步骤（1）制备的硅烷单体分散液中加入酚醛树脂，并加入无机碱，进行回流反应，反应完毕后，然后减压蒸馏，得到硅烷改性酚醛树脂；（3）将步骤（2）制被的硅烷改性酚醛树脂溶于乙醇中，加入硼酸，升温回流反应，反应完毕后冷却至室温，真空干燥，即得所述硅硼改性酚醛树脂。
8.进一步地，所述硅烷单体与酚醛树脂中羟基的摩尔比为1：5-20。
9.进一步地，所述紫外屏蔽剂选自氧化锌和氧化硅的一种或更多种。
10.进一步地，所述抗老化剂选自抗氧化剂bht、抗氧化剂ca、抗氧化剂tnp、抗氧化剂tpp中的一种或更多种。所述抗老化剂用于消耗和捕获因紫外线引起的自由基，防止高分子链段被打断，提高材料的长期寿命。
11.进一步地，所述硅烷偶联剂选自硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂a151、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或更多种。
12.进一步地，所述改性碳纤维的直径为10-200nm，所述改性碳纤维的制备方法如下：将芳纶粒料经过高温熔融喷丝，制备直径为10-500nm的超细纳米纤维丝束，然后将所制备的纳米纤维丝束放置于马弗炉中，在惰性气体的保护气氛下，于1200~1500℃的条件下进行碳化，即得改性碳纤维。
13.另一方面，本发明还提供了上述抗紫外碳纤维农业推杆材料的制备方法，包含如下步骤：按照重量比进行共混，螺杆挤出到模具后，热压干燥成型，热压温度为150-250℃，热压压力为1-10mpa，热压时间为2-30分钟。
14.再一方面，本发明还提供了上述抗紫外碳纤维农业推杆材料在农业推杆传动部件中应用。
15.有益效果：本发明通过对基体材料的结构进行改良，提高了抗氧化剂、紫外屏蔽剂等助剂在基体材料中的分散性，进而改善了所得复合材料的耐候性和稳定性；另外，基体材料在力学性能方面并未退化，甚至有所优化，将其应用于农业推杆中传动部件时可满足300mpa以上的力学载荷。
具体实施方式
16.以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
17.实施例1硅硼改性酚醛树脂的制备：（1）将二甲基二氯硅烷与由乙二醇和去离子水按3:1的体积组成的混合溶剂进行混合，超声分散得二甲基二氯硅烷分散液，备用；（2）向步骤（1）制备的二甲基二氯硅烷分散液中加入酚醛树脂（其中，二甲基二氯硅烷与酚醛树脂中羟基的摩尔比为1：10），并加入酚醛树脂总质量10%的氢氧化钠，进行回流反应，反应2h后，减压蒸馏，得到硅烷改性酚醛树脂；（3）将步骤（2）制被的硅烷改性酚醛树脂溶于乙醇中，加入酚醛树脂2倍质量的硼酸，升温回流反应5h，反应完毕后冷却至室温，真空干燥，即得所述硅硼改性酚醛树脂。
18.实施例2改性碳纤维的制备：将芳纶粒料于70℃的温度下预处理10h，然后将芳纶粒料加入到熔融纺丝机中，于80℃预热，以220℃熔融压缩，熔融后挤出，以2500m/min的速度收卷，得到直径为10-500nm
的超细纳米纤维丝束，然后将所制备的纳米纤维丝束放置于马弗炉中，在纯氩气的保护气氛下，于1200~1500℃的条件下进行碳化，即得改性碳纤维。
19.实施例3一种抗紫外碳纤维农业推杆材料，按重量份计，制备其的原料包含：pc粒料20份、实施例1制备得到的硅硼改性酚醛树脂60份、氧化锌5份、抗氧化剂bht 1份、硅烷偶联剂kh550 1份及实施例2制备得到的碳纤维13份。
20.制备方法：按照重量比将上述原料进行共混，螺杆挤出到推杆传动部件模具后，热压干燥成型，热压温度为220℃，热压压力为8mpa，热压时间为20分钟。
21.实施例4一种抗紫外碳纤维农业推杆材料，按重量份计，制备其的原料包含，pc粒料20份、实施例1制备得到的硅硼改性酚醛树脂50份、氧化锌10份、抗氧化剂ca3份、硅烷偶联剂kh550 2份及实施例2制备得到的碳纤维15份。
22.制备方法：按照重量比将上述原料进行共混，螺杆挤出到推杆传动部件模具后，热压干燥成型，热压温度为210℃，热压压力为8mpa，热压时间为15分钟。
23.实施例5一种抗紫外碳纤维农业推杆材料，按重量份计，制备其的原料包含：pc粒料20份、实施例1制备得到的硅硼改性酚醛树脂70份、氧化锌15份、抗氧化剂tnp3份、硅烷偶联剂a151 5份及实施例2制备得到的碳纤维20份。
24.制备方法：按照重量比将上述原料进行共混，螺杆挤出到推杆传动部件模具后，热压干燥成型，热压温度为220℃，热压压力为10mpa，热压时间为20分钟。
25.实施例6一种抗紫外碳纤维农业推杆材料，按重量份计，制备其的原料包含：pc粒料30份、实施例1制备得到的硅硼改性酚醛树脂60份、氧化硅10份、抗氧化剂tpp 3份、硅烷偶联剂3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷3份及实施例2制备得到的碳纤维20份。
26.制备方法：按照重量比将上述原料进行共混，螺杆挤出到推杆传动部件模具后，热压干燥成型，热压温度为220℃，热压压力为10mpa，热压时间为20分钟。
27.实施例7一种抗紫外碳纤维农业推杆材料，按重量份计，制备其的原料包含：pc粒料25份、实施例1制备得到的硅硼改性酚醛树脂70份、氧化硅15份、抗氧化剂bht 3份、硅烷偶联剂3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷3份及实施例2制备得到的碳纤维20份。
28.制备方法：按照重量比将上述原料进行共混，螺杆挤出到推杆传动部件模具后，热压干燥成型，热压温度为220℃，热压压力为10mpa，热压时间为20分钟。
29.对比例1一种推杆材料，按重量份计，制备其的原料包含：pc粒料20份、酚醛树脂60份、氧化锌5份、抗氧化剂bht 1份、硅烷偶联剂kh550 1份及碳纤维13份。
30.制备方法同实施例3。
31.对比例2一种推杆材料，按重量份计，制备其的原料包含：pc粒料20份、实施例1制备得到的硅硼改性酚醛树脂60份、氧化锌5份、抗氧化剂bht 1份、硅烷偶联剂kh550 1份及碳纤维13
份。
32.制备方法同实施例3。
33.性能测试根据gb/t 18830-2009规定的标准，对上述实施例3-7及对比例1-2制备的材料的抗紫外性进行测试，按照gb/t14344-2008规定的标准，对材料的光老化前后的力学性能进行了评价，结果见表1。
34.表1样品upft
uva
断裂强度（前）断裂强度（前）实施例360.31.5%6.17gpa6.12gpa实施例460.61.9%6.68gpa6.22gpa实施例555.12.1%6.95gpa6.53gpa实施例658.21.6%6.33gpa6.21gpa实施例757.61.8%6.53gpa6.32gpa对比例125.310.5%5.89gpa4.18gpa对比例235.48.3%6.52gpa5.34gpa由上表1可知，本发明制备的复合材料在紫外老化试验前后，样品的性能无明显改变，基本保持一致，表明具有良好的抗紫外性，且表现出良好的力学性能。
35.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。