CN101544821A - 铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料及其制备方法，所述材料组成按质量份数配比如下：尼龙树脂100份；增韧剂1～20份；玻璃纤维20～50份；其它助剂0.1～3份。生产工艺是以多种尼龙树脂基体材料，经增韧、增强改性制备出高强度、高刚性尼龙复合材料，采用注塑成型法生产铁路轨距挡板。所得成品在60KN压力下，挤压3次不变形，耐500万次疲劳试验。该材料还具有优良的耐低温冲击性能、优异的耐腐蚀性、优良的绝缘性能。
Description
技术领域
本发明属于一种铁路用的材料及其制作方法，具体涉及到一种铁路轨距挡板专用高性能尼龙复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料领域。
背景技术
铁路轨距挡板是铁路扣件的重要部件，主要作用是固定钢轨，阻止钢轨的纵向和横向位移，防止钢轨倾翻，对铁路安全运行至关重要。近年来随着我国铁路高速发展，对铁路的技术及装备水平要求也随之提高。铁路弹条I、II型轨距挡板在国内铁路干线得到广泛应用，目前主要采用金属材质，由于金属中含有硫化物长期户外使用容易引起点腐蚀和应力腐蚀裂纹，在应力集中的地方裂纹容易延伸，锈蚀也会沿着裂纹向内延伸，造成大面积锈蚀。我国弹条I、II金属轨距挡板存在使用寿命较短、更换频率高、绝缘性差、减震效果不理想等问题。
近年来，国内有厂家使用玻纤涂覆环氧树脂采用模压成型生产玻璃钢轨距挡板。但是，该产品在力学性能、电性能、尺寸稳定性、工艺操作性、生产效率及环保方面的诸多不足，不能全面满足广大铁路市场的需求。欧洲国家采用了非金属材料制作的轨距挡板，并且在高速铁路上推广应用。随着环保观念的深入人心，技术含量高、可回收再利用的产品日益受到铁路市场的亲睐。可预计高性能专用尼龙轨距挡板在铁路上的应用将具有广泛的发展前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型铁路轨距挡板专用尼龙复合材料及制备方法。该材料具有强度高、韧性好、绝缘性好、防污染、耐腐蚀、耐低温、耐疲劳性能良好等优越性能，且产品制作方法简单、成本低廉，并且可回收再利用。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现：
一种铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料，所述的专用高性能尼龙材料包含以下组分(按质量份数配比)：
尼龙树脂 100份
增韧剂 1～20份
玻璃纤维 20～50份
助剂 0.1～3份
所述的尼龙树脂选自于尼龙6树脂、尼龙66树脂、尼龙612树脂、尼龙610树脂、尼龙46树脂中的两种或几种树脂。
所述的增韧剂采用非极性高分子与不饱和酸或酸酐接枝物。非极性高分子为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶中的一种；不饱和酸为丙烯酸或甲基丙烯酸；酸酐为马来酸酐或乙烯与丙烯酸酯共聚物。
所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维，可以是长玻纤或短玻纤，或长玻纤与短玻纤并用。
所述助剂：包括硅烷偶联剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂等助剂。所述的硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，所述热稳定剂为金属皂类热稳定剂，所述光稳定剂为2-(2H-苯并三唑-2)-4，6-二(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚或BASF公司生产的Uvinul系列新型塑料光稳定剂，分别为Uvinul3034、Uvinul5062H和Uvinul4092H；所述润滑剂为N，N’-亚乙基双硬脂酰胺，微晶石蜡。
其制备过程如下：以多种尼龙树脂为基体材料，经增韧、增强改性制备出高强度、高刚性尼龙复合材料，采用注塑成型法生产铁路轨距挡板。至少包括以下步骤：
1、尼龙复合材料的制备
1.1 按照配方组分配比称各种材料，将所有除玻璃纤维外的各种材料，在混料机中混合3～5分钟(尼龙原料混合前需烘干)，然后将混合均匀的各种物料放入双螺杆挤出机，并在第一个排气口加入玻璃纤维，经双螺杆挤出造粒、冷却、烘干切粒包装。
1.2 挤出工艺：挤出成型温度为240～300℃，且自喂料口到双螺杆挤出模头的螺杆挤出机各段的温度分别为240～270℃，250～280℃，250～290℃，260～300℃，260～300℃，260～300℃，260～300℃，260～300℃，260～300℃，主机转速为250～300转/分钟。
2、轨距挡板的生产
2.1 将造好粒的改性材料烘干后，用注塑机进行成型加工。注塑成型工艺条件为：温度230～320℃、压力100～150MPa、保压时间5～30秒。
2.2 产品成型后进行20分钟～4小时的水煮调湿处理，得到轨距挡板。
本发明所述铁路弹条I、II型轨距挡板以塑代钢专用高性能尼龙复合材料具有高强度、高韧性、绝缘好、耐低温、耐疲劳性能优良，同时材料可以回收利用，易于生产等等优点，是铁路轨距挡板的理想材料。该类产品以前采用钢铁材料，最近有用环氧树脂材料生产，而用尼龙这种工程塑料生产该产品尚属首次，上述的这些优点是尼龙材料固有和改性后所特有的性能。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明的技术特征。
实施例1
分别选取尼龙6树脂的质量份为10份，尼龙66树脂的质量份为90份，马来酸酐接枝POE的质量份为12份，复合抗氧剂1098或168质量份分别为0.3或0.2份，润滑剂EBS或TAF质量份为0.2或0.5份，光稳定剂T234或C944质量份为0.2或0.2份，偶联剂KH550的质量份为0.3份，在高速混料机中室温下混合均匀，玻璃纤维质量份为35份，从第一个排气口加入。其加工温度(从加料口至模头)分别为270℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，270℃，270℃，主机转速为300转或分钟，检测结果在表一中列出。
将造好粒的改性材料烘干后放入注塑机进行成型加工，在注塑成型过程中：温度280℃、压力150MPa、保压时间30秒。产品成型后进行20分钟的水煮调湿工艺。检测结果在表二中列出。
实施例2
尼龙66树脂的质量份为80，尼龙612树脂的质量份为20，马来酸酐接枝POE的质量份为12，抗氧剂1098或168质量份为0.3或0.2，润滑剂EBS或TAF质量份为0.2或0.3，光稳定剂T234或C944质量份为0.2或0.3，偶联剂KH550的质量份为0.3，在高速混料机中室温下混合均匀，用南京富亚生产的FY35试验双螺杆挤出机生产，玻璃纤维质量份为40从第一个排气口加入。其加工温度(从加料口至模头)分别为270℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，270℃，270℃，主机转速为300转或分钟，检测结果在表一中列出。
将造好粒的改性材料烘干后放入注塑机进行成型加工，在注塑成型过程中：温度280℃、压力150MPa、保压时间30秒。产品成型后进行20分钟的水煮调湿工艺。检测结果在表二中列出。
实施例3
尼龙6树脂的质量份为60，尼龙612质量份为40，马来酸酐接枝POE的质量份为12，抗氧剂1098或168质量份为0.3或0.2，润滑剂EBS或TAF质量份为0.2或0.5，光稳定剂T234或C944质量份为0.2或0.3，偶联剂KH550的质量份为0.3，在高速混料机中室温下混合均匀，用南京富亚生产的FY35试验双螺杆挤出机生产，玻璃纤维质量份为35从第一个排气口加入。其加工温度(从加料口至模头)分别为270℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，270℃，270℃，主机转速为300转/分钟，检测结果在表一中列出。
将造好粒的改性材料烘干后放入注塑机进行成型加工，在注塑成型过程中：温度280℃、压力150MPa、保压时间30秒。产品成型后进行20分钟的水煮调湿工艺。检测结果在表二中列出。
实施例4
尼龙66树脂的质量份为60，尼龙46质量份为40，马来酸酐接枝POE的质量份为12，抗氧剂1098或168质量份为0.3或0.2，润滑剂EBS或TAF质量份为0.2或0.5，光稳定剂T234或C944质量份为0.1或0.2，偶联剂KH550的质量份为0.3，在高速混料机中室温下混合均匀，用南京富亚生产的FY35试验双螺杆挤出机生产，玻璃纤维质量份为40从第一个排气口加入。其加工温度(从加料口至模头)分别为270℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，270℃，270℃，主机转速为300转/分钟，检测结果在表一中列出。
将造好粒的改性材料烘干后放入注塑机进行成型加工，在注塑成型过程中：温度280℃、压力150MPa、保压时间30秒。产品成型后进行20分钟的水煮调湿工艺。检测结果在表二中列出。
实施例5
尼龙66树脂的质量份为60，尼龙610质量份为40，马来酸酐接枝POE的质量份为12，抗氧剂1098或168质量份为0.3或0.2，润滑剂EBS或TAF质量份为0.2或0.5，光稳定剂T234或C944质量份为0.2或0.3，偶联剂KH550的质量份为0.3，在高速混料机中室温下混合均匀，用南京富亚生产的FY35试验双螺杆挤出机生产，玻璃纤维质量份为35从第一个排气口加入。其加工温度(从加料口至模头)分别为270℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，270℃，270℃，主机转速为300转/分钟，检测结果在表一中列出。
将造好粒的改性材料烘干后放入注塑机进行成型加工，在注塑成型过程中：温度280℃、压力150MPa、保压时间30秒。产品成型后进行20分钟的水煮调湿工艺。检测结果在表二中列出。
实施例6
尼龙66树脂的质量份为60，尼龙610质量份为40，马来酸酐接枝POE的质量份为15，抗氧剂1098或168质量份为0.3或0.2，润滑剂EBS或TAF质量份为0.2或0.5，光稳定剂T234或C944质量份为0.2或0.3，偶联剂KH550的质量份为0.3，在高速混料机中室温下混合均匀，用南京富亚生产的FY35试验双螺杆挤出机生产，玻璃纤维质量份为35从第一个排气口加入。其加工温度(从加料口至模头)分别为270℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，270℃，270℃，主机转速为300转/分钟，检测结果在表一中列出。
将造好粒的改性材料烘干后放入注塑机进行成型加工，在注塑成型过程中：温度280℃、压力150MPa、保压时间30秒。产品成型后进行20分钟的水煮调湿工艺。检测结果在表二中列出。
实施例7
尼龙66树脂的质量份为60，尼龙610质量份为40，马来酸酐接枝EPDM的质量份为15，抗氧剂1098或168质量份为0.3或0.2，润滑剂EBS或TAF质量份为0.5或0.5，光稳定剂T234或C944质量份为0.2或0.4，偶联剂KH550的质量份为0.3，在高速混料机中室温下混合均匀，用南京富亚生产的FY35试验双螺杆挤出机生产，玻璃纤维质量份为30从第一个排气口加入。其加工温度(从加料口至模头)分别为270℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，270℃，270℃，主机转速为300转/分钟，检测结果在表一中列出。
将造好粒的改性材料烘干后放入注塑机进行成型加工，在注塑成型过程中：温度280℃、压力150MPa、保压时间30秒。产品成型后进行20分钟的水煮调湿工艺。检测结果在表二中列出。
实施例8
尼龙66树脂的质量份为60，尼龙610质量份为40，乙烯或丙烯酸酯共聚物的质量份为15，抗氧剂1098或168质量份为0.3或0.2，润滑剂EBS或TAF质量份为0.2或0.5，光稳定剂T234或C944质量份为0.2或0.3，偶联剂KH550的质量份为0.3，在高速混料机中室温下混合均匀，用南京富亚生产的FY35试验双螺杆挤出机生产，玻璃纤维质量份为40从第一个排气口加入。其加工温度(从加料口至模头)分别为270℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，280℃，270℃，270℃，主机转速为300转/分钟，检测结果在表一中列出。
将对实施例2造好粒的改性材料烘干后放入注塑机进行成型加工，在注塑成型过程中：温度280℃、压力150MPa、保压时间30秒。产品成型后进行20分钟的水煮调湿工艺。检测结果在表二中列出。
性能测试
简支梁缺口、无缺口冲击强度按GB/T1043标准执行，拉伸强度按GB/T1447标准执行，弯曲强度按GB/T9341标准执行，硬度按GB/T9343标准执行，密度按GB/T1033标准执行，体积电阻率按GB/T1410标准执行，抗压强度按企业标准执行，摩擦系数检测委外检测；疲劳试验按铁道部部颁标准检测。
附：表一
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 尼龙6 | 10 | 60 | ||||||
| 尼龙66 | 90 | 80 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | |
| 尼龙612 | 20 | 40 | ||||||
| 尼龙610 | 40 | 40 | 40 | 40 | ||||
| 尼龙46 | 40 | |||||||
| 马来酸酐接枝POE | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 15 | ||
| 马来酸酐接枝EPDM | 15 | |||||||
| 乙烯或丙烯酸酯共聚物 | 15 | |||||||
| 1098 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 168 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| TAF | 0.5 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| EBS | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.5 | 0.2 |
| T234 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.1 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| C944 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| KH550 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 玻璃纤维 | 35 | 40 | 35 | 40 | 35 | 35 | 30 | 40 |
| 简支梁缺口冲击强度(KJ/m2) | 17.9 | 21.2 | 21.8 | 22.3 | 23.9 | 25.4 | 19.5 | 23.8 |
| 简支梁无缺口冲击强度(KJ/m2) | 76 | 80 | 83 | 86 | 93 | 93 | 96 | 96 |
| 拉伸强度MPa | 142 | 135 | 157 | 168 | 136 | 131 | 140 | 170 |
| 弯曲强度Mpa | 190 | 185 | 202 | 210 | 198 | 186 | 185 | 221 |
| 硬度(洛氏) | 118 | 116 | 117 | 120 | 115 | 117 | 115 | 120 |
| 体积电阻Ω.CM | 1.5×1015 | 1.4×1015 | 1.5×1015 | 2.1×1015 | 2×1015 | 2.3×1015 | 23×1015 | 2×1015 |
附：表二
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 冲击试验(常温) | 6次不破裂 | 6次不破裂 | 6次不破裂 | 6次不破裂 | 6次不破裂 | 6次不破裂 | 6次不破裂 | 6次不破裂 |
| 冲击试验(低温-50℃) | 2次不破裂 | 2次不破裂 | 2次不破裂 | 2次不破裂 | 2次不破裂 | 2次不破裂 | 2次不破裂 | 2次不破裂 |
| 硬度(洛氏) | 118 | 116 | 117 | 118 | 115 | 117 | 120 | 120 |
| 抗压强度60KN，3次不破坏 | 不破坏 | 不破坏 | 不破坏 | 不破坏 | 不破坏 | 不破坏 | 不破坏 | 不破坏 |
| 体积电阻Ω | 1.5×1015 | 1.4×1015 | 1.5×1015 | 2.1×1015 | 2×1015 | 2.3×1015 | 2.3×1015 | 2×1015 |
| 密度 | 1.2 | 1.2 | 1.17 | 1.17 | 1.16 | 1.16 | 1.36 | 1.36 |
| 摩擦系数 | 0.72 | 0.71 | 0.48 | 0.48 | 0.45 | 0.45 | 0.43 | 0.42 |
| 疲劳试验140-20KN | 500万次无破坏 | 500万次无破坏 | 500万次无破坏 | 500万次无破坏 | 500万次无破坏 | 500万次无破坏 | 500万次无破坏 | 500万次无破坏 |
Claims (8)
1、铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料，其特征在于：所述材料组成按质量份数配比如下：
尼龙树脂 100份
增韧剂 1～20份
玻璃纤维 20～50份
其它助剂 0.1～3份。
2、根据权利要求1所述的铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料，其特征在于：所述的尼龙树脂选自于尼龙6树脂、尼龙66树脂、尼龙612树脂、尼龙610树脂、尼龙46树脂中的两种或多种树脂的复合物。
3、根据权利要求1所述的铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料，其特征在于：所述的增韧剂采用非极性高分子与不饱和酸、酸酐的接枝物。
4、根据权利要求3所述的铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料，其特征在于：所述的非极性高分子为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶中的一种；不饱和酸为丙烯酸或甲基丙烯酸；酸酐为马来酸酐或乙烯与丙烯酸酯共聚物。
5、根据权利要求1所述的铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维。
6、根据权利要求5所述的铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维是长玻纤或短玻纤，或长玻纤与短玻纤并用。
7、根据权利要求1所述的铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料，其特征在于：所述的助剂为硅烷偶联剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂。
8、一种铁路弹条轨距挡板专用高性能尼龙复合材料制备方法，其特征在于：以多种尼龙树脂为基体材料，经增韧、增强改性制备出高强度、高刚性尼龙复合材料，再采用注塑成型法注塑成型铁路轨距挡板；至少包括以下步骤：
A、尼龙复合材料的制备
(1)将尼龙树脂、增韧剂、助剂加入高速搅拌机中混合3～5分钟后，加入双螺杆挤出机料斗；
(2)双螺杆挤出机共混造粒，将玻纤从玻纤口加入或从侧喂料口加入，产品经水冷却后，烘干切粒包装备用；
(3)双螺杆共混挤出工艺：挤出温度为240～300℃；
主机转速为250～300转/分钟
B、轨距挡板成型加工
将双螺杆挤出造粒料烘干后，用注塑成型机成型加工；成品经水煮调湿处理后包装出厂；其成型工艺为：注射温度230～320℃；注射压力100～150Mpa；保压时间5～30秒。
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