CN101899211B - 高铁钢轨固件用的一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

高铁轨枕固件用一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，是属有机高分子材料，其特征在于包括由下列原材料组成与组份(重量％)，以尼龙(PA)的PA66、PA6或PA66/PA6为基料，加入成核剂、增强剂、偶联剂、增韧剂、抗氧剂流变剂和增白剂，经称重、配料、共混、250～280℃熔融，与无碱玻璃纤维复合挤出，造粒而成。该复合材料，具有容易注塑加工成型，冲、拉、弯、强度高。满足高铁钢轨与枕板固件所需原料的技术指标。具有质量轻、强度高、韧性好、承重大、易成型，成本低的特点。

Description

高铁钢轨固件用的一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机高分子材料，属于聚酰胺(俗称尼龙，代号PA)类的PA66、PA6或PA66/PA为基料，经加入成核剂、玻纤增强剂和助剂共混、熔融挤出，造粒而成。一种强、韧尼龙复合工程材料及其制备方法，特别是一种高强度工程塑料的配方及其制作方法，即高铁轨枕固件用一种强、韧尼龙复合工程塑料及其制备方法。
背景技术
传统的铁路轨枕固件通常采用金属材料制作，重量大，能耗高，成型加工困难，常有爬串性，弹性低，不绝缘等问题，在现代化高速铁路铺设、使用和维护中，受到限制并有安全隐患，不能满足现代高速铁路发展需要。
因此急需开发重量轻、持轨能力强、减震性能好、绝缘性好、防爬串能力高、零件精度高且可靠性优良，并具有易加工成型、生产能耗低、成本低的工程塑料材料替代传统的金属材料，以满足高铁轨枕固件需要。
南京聚隆工程塑料有限公司，已经完成“高速铁路钢轨扣件用尼龙工程塑料及制作方法”的专利。其所用的高档原材料，相对成本较高，本发明一种强、韧尼龙复合工程塑料树脂采用加入成核剂，增加晶种数量、降低晶球尺寸、应力分散，提高材料的物理机械性能，既满足高铁枕轨技术要求又降低成本。
发明内容
本发明的目的是满足高铁钢轨固件所用工程塑料技术要求，同时降低其成本，采用的组分2)无机成核剂为大于3000目硫酸镁(MgSO4)、滑石粉(或纳米级)、规整四角氧化锌(T-ZnO)晶须，蒙脱土(MMT)或超微插层蒙脱土、碳酸钙和硅灰石中的一种或以上的组合，其用量在0.5～2.0w％范围。提高体系晶种数量，降低结晶尺寸，应力分散好，如加入超微插层蒙脱土，同时降低成本，可为生产高铁轨枕工程塑料固件提供质优价廉的强、韧工程塑料树脂。
本发明配方设计的技术方案如下：
一种高铁钢轨固件用的工程塑料(强、韧尼龙复合工程材料及其制备方法)，其特征在于它由下列原料组成与组份(重量％)：1)PA66，PA6或PA66/PA655～75、2)成核剂0.5～2.0(按组分1用量)、3)增强剂20～45、4)增韧剂3.0～15、5)偶联剂0.3～4.0、6)抗氧剂0.3～3.0、7)流变剂0.2～2.0、8)增白剂0.001～0.01和9)光稳定剂0.001～0.01。
一种高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合工程材料及其制备方法实施过程，其特征在于它由步骤一和步骤二实施完成：
步骤一：配混物料：
该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作：
操作一：称量备料
该操作是以如下步骤为特征，包括如下操作：
一、称取配方中液体组分：组分5)偶联剂重量或体积(kg或ml)备用。
二、称取物料：组分1)尼龙66EPR32树脂重量和4)增韧剂重量(kg)备用。
三、称取助剂：组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)
光稳定剂合计重量(kg)合计[重量百分数1.0～5.0(w％)]备用。
四、备料：组分3)增强剂—无碱无捻长丝备用于熔融挤出过程中。
操作二：配料
将按配方称取重量的组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂混合，为避免微量组分难分散均匀，进行粉体预分散性混合生成粉体混合物A备用。
操作三：混料
将称取的组分：1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均匀分散到物料表面后，继续搅拌5～10分钟，然后按加入助剂组分A)后，低速搅拌5分钟后，转高速搅拌5～10分钟，搅拌均匀后的混合物料B)备用。
步骤二：用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒：将操作二的混合物料B)加入双螺杆挤出机料斗中。在如下工艺条件：料筒温度250～280℃，熔体温度220～250℃，主机转数100～400rpm，喂料速度2～6，停留时间1～10min。在挤出同时，加入预处理的组分3)无碱玻璃纤维长丝，切粒机250～500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合工程材料。
本发明具有的效果
本发明利用尼龙树脂，加入增强剂、增韧剂、成核剂和提高相关性能的助剂，制得强韧尼龙工程塑料树脂，经注塑成型可制成高铁轨枕固件。强韧尼龙固件具有能耗低、成本低、易加工成型、重量轻、固件精度高、固持轨道能力强、减震效果好、绝缘性能好，综合性能可靠等优点。尼龙工程塑料因具有如此特点，已获铁路相关部门认可，并应用于高铁建设中。
利用本专利制备强韧尼龙树脂满足高铁轨枕固件技术指标要求，是成本低，性能优异的尼龙复合工程材料，用此材料制备的轨距块、轨距挡板和预埋套管，重量轻、易成型加工，具有高强、高模和高抗冲，而且制备的树脂成本低，而预埋套管的拉力大于15吨，大于18吨，破坏性实验达25吨以上。本发明所制备工程塑料树脂尚可应用于汽车制造等领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步阐述说明。
实施例1：
按一种重量为45kg的高铁轨枕固件用强、韧尼龙复合工程材料，其组份和组成(重量％)计算，称取组分重量：
一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，其特征包括如下步骤：
步骤一：配混物料：该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作：
操作一：称量
一、称取配方中液体组分：组分5)偶联剂200ml备用。
二、称取物料：1)尼龙66 EPR32树脂25公斤和4)增韧剂(EPDM-g-MAH)5公斤备用。
三、称取助剂组分：2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合计1.0公斤。
四、备料：组分3)增强剂—无碱无捻长丝备，用于挤出过程中。
操作二：配料
按配方组分重量百分比(w％)，称取相应组分的对应重量后，将2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂混合，为避免微量组分难分散均匀，进行粉体预分散性混合生成粉体混合物A备用。
将称取的组分：1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均匀分散到物料表面后，继续搅拌5～10分钟，然后按加入助剂组分A)后，低速搅拌5分钟后，转高速搅拌5～10分钟，搅拌均匀后的混合物料B)备用。
步骤二：用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒：将操作二的混合物料B)加入双螺杆挤出机料斗中。在如下工艺条件：料筒温度250～280℃，熔体温度220～250℃，主机转数100～400rpm，喂料速度2～6，停留时间1～10min。在挤出同时，加入预处理的组分3)无碱玻璃纤维长丝，切粒机250～500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合工程材料。
实施例2：
按一种重量为90kg的高铁轨枕固件用的强、韧尼龙复合工程材料，其组份和组成(重量％)计算，称取组分重量：
一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，其特征包括如下步骤：
步骤一：配混物料：该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作：
操作一：称量
一、称取配方中液体组分：组分5)偶联剂400ml备用。
二、称取物料：组分1)尼龙66EPR27树脂50公斤、PA6树脂8公斤和组分4)增韧剂(POE-g-MAH)3公斤备用。
三、称取助剂组分：2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合计-2.8公斤。
四、备料：组分3)增强剂—无碱无捻长丝备，用于出过程中。
操作二：配料
按配方组分称取重量后，将2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂混合，为避免微量组分难分散均匀，进行粉体预分散性混合生成粉体混合物A备用。
将称取的组分：1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均匀分散到物料表面后，继续搅拌5～10分钟，然后按加入粉体助剂混合物A)后，低速搅拌5分钟后，转高速搅拌5～10分钟，搅拌均匀后的混合物料B)备用。
步骤二：用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒：将操作二的混合物料B)加入双螺杆挤出机料斗中。在如下工艺条件：料筒温度250～280℃，熔体温度220～250℃，主机转数100～400rpm，喂料速度2～6，停留时间1～10min。在挤出同时，加入预处理的组分3)无碱玻璃纤维长丝，切粒机250～500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合工程材料。
实施例3：
按一种重量为90kg的高铁轨枕固件用强、韧尼龙复合工程材料，其组份(重量)和组成(重量％)计算，称取组分(重量)：
一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，其特征包括如下步骤：
步骤一：配混物料；
该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作：
操作一：称量
一、称取配方中液体组分：组分5)偶联剂400ml备用。
二、称取物料：1)尼龙66ST27树脂50公斤、PA6树脂10公斤备用。
三、称取助剂组分：2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合计2.8公斤。
四、备料：组分3)增强剂—无碱无捻长丝备用鱼挤出过程中。
操作二：配料
按配方组分重量百分比(w％)，称取相应组分的对应重量后，将2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂混合，为避免微量组分难分散均匀，进行粉体预分散性混合生成粉体混合物A备用。
将称取的组分：1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均匀分散到物料表面后，继续搅拌5～10分钟，然后按加入助剂组分A)后，低速搅拌5分钟后，转高速搅拌5～10分钟，搅拌均匀后的混合物料B)备用。
步骤二：用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒：将操作二的混合物料B)加入双螺杆挤出机料斗中。在如下工艺条件：料筒温度250～280℃，熔体温度220～250℃，主机转数100～400rpm，喂料速度2～6，停留时间1～10min。在挤出同时，加入预处理的组分3)无碱玻璃纤维长丝，切粒机250～500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合工程材料。
附表1：本发明高铁轨枕固件用强、韧尼龙复合工程材料，实施例的主要性能
Figure GSA00000100660200041
附表2：高铁钢轨固件所用工程塑料技术指标
Figure GSA00000100660200051

Claims (8)

1.高铁钢轨固件用的一种强、韧尼龙复合材料，是属有机高分子材料，其特征在于由下列组份与组成，
以重量百分数w％表示，经配料、共混、250～280℃熔融、加入增强剂复合挤出，造粒操作，制备
该复合树脂材料，满足高铁轨枕固件所需原料的技术指标，所述技术指标如下：
Figure FSB00000840846400011
原材料组份与组成：1)尼龙PA：PA66、聚己内酰胺PA6、和二者组合(PA66+PA6)的基料，用量在55～75w％；2)成核剂0.5～2.0w％；3)增强剂15～45w％；4)增韧剂3.0～15w％；5)液体偶联剂0.3～4.0w％；6)抗氧剂0.3～3.0w％；7)流变剂0.2～2.0w％；8)增白剂0.001～0.01w％；9)光稳定剂0.001～0.01w％；其中，以上组分之和100％，除液体偶联剂外，粉体助剂：组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合计1～5w％，所述的增强剂为预处理的无碱无捻长纱，成核剂为大于3000目硫酸镁、纳米级滑石粉、规整四角氧化锌晶须、蒙脱土、碳酸钙和硅灰石中的一种或以上的组合。
2.根据权利要求1所述的高铁钢轨固件用的一种强、韧尼龙复合材料，所述蒙脱土为超微插层蒙脱土。
3.根据权利要求1所述的高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所述的组分4)增韧剂包括POE-g-MAH、EPDM-g-MAH、PE-g-MAH、PP-g-MAH、EVA和SEBS中的一种或以上的组合，其用量在3.0～15.0w％范围。
4.根据权利要求1所述的高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所述的组分6)抗氧剂：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯JY-1010、N，N′-1，6-亚己基-双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺]、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯JY-168、双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯JY-626中的一种或以上的组合，其用量在0.3～2.0w％范围。
5.根据权利要求1所述的高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所述的7)流变剂：N，N’-双乙撑硬脂肪酸酰胺的改性产品TAF、高分子硅酮SG-100，其用量在0.2～2.0w％范围。
6.根据权利要求1所述的高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所述的增白剂为2，2-(4，4-二苯乙烯基-)双苯并噁唑OB-1、4，4-双(5-甲基-2-苯并唑基)二苯乙烯KSN中的一种或以上的组合，其用量在0.001～0.01w％范围。
7.根据权利要求1所述的高铁钢轨固件用强、韧尼龙复合材料，其特征在于所述的组分9)光稳定剂：光稳定剂944和光稳定剂783中的一种或以上的组合，其用量在0.001～0.01w％范围。
8.一种权利要求1所述的高铁钢轨固件用强、韧尼龙复合材料制备方法，其特征包括如下步骤：
步骤一：配混物料：该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作；
操作一：称量备料
该操作是以如下步骤为特征，包括如下操作：
一、按重量％，称取液体组分5)偶联剂相应重量备用；
二、按重量％，称取物料组分1)尼龙66EPR32树脂相应重量和4)增韧剂相应重量备用；
三、按重量％，称取助剂：组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂各自相应重量，合计重量％在1.0～5.0w％备用；
四、备料：组分3)增强剂-预处理的尼龙增强用的无碱无捻长丝备用，在熔融挤出过程中加入；
操作二：配料
将称取重量的组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂混合，为避免微量组分难分散均匀，进行粉体预分散性混合生成粉体混合物A备用；
操作三：混料
将称取的组分：1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均匀分散到物料表面后，继续搅拌5～10分钟，然后加入助剂组分A后，低速搅拌5分钟后，转高速搅拌5～10分钟，搅拌均匀后的混合物料B备用；
步骤二：用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒：将操作三的混合物料B加入双螺杆挤出机料斗中，在如下工艺条件：料筒温度250～280℃，熔体温度220～250℃，主机转数100～400rpm，喂料速度2～6，停留时间1～10min，在挤出同时，加入预处理的组分3)预处理无碱玻璃纤维长丝，切粒机250～500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合工程材料。
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