CN101608063B - 客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料及其制备方法 - Google Patents

客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料及其制备方法 Download PDF

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唐志才
邓凯桓
黄安民
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Abstract

本发明公开了一种客运专线尼龙件耐低温专用材料及制备方法。该材料按质量份计由以下组分组成，尼龙树脂50～100份、特种树脂1～50份、弹性体5～30份、增韧剂5～30份、玻璃纤维30～40份、其它助剂0.1～3份，采用注塑成型生产客运专线尼龙件；该材料具有强度高、韧性好、绝缘性好、耐低温等优良性能，所生产的制品在-40℃环境下保持常温下的各项性能指标。产品制造简单，可回收再利用。

Description

客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料及其制备方法。
背景技术
客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料，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。近年来我国铁路高速发展，客运专线的运载能力和速度不断提升，对客运专线尼龙扣件质量要求随之提高。随着我国铁路线的延伸，不同地域的温差较大，特别是冬天，北方的气候寒冷，最低可达-40℃左右，为保证在低温环境下铁路塑料制品正常使用不受影响，需要进一步提高该材料的低温力学性能。
铁道部对与铁路扣件配套的塑料产品进行了材料类别及常温下材料和制品的力学性能要求(详见铁道部2007年12月发布的《客运专线扣件组装件暂行技术条件》)，对产品低温性能没有进行强制要求。国内没有厂家生产客运专线尼龙件耐低温专用材料及其制品方面的文献资料及报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料，具有耐低温，高强度等特点。同时还提供了这种专用材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料，包括以下重量份数的成分：
尼龙树脂        50～100份        特种树脂      1～50份
弹性体          5～30份          增韧剂        5～30份
无碱玻璃纤维    30～40份         其它助剂      0.1～3份；
其中：所述尼龙树脂选自尼龙6树脂、尼龙66树脂、尼龙612树脂、尼龙610树脂、尼龙12树脂、尼龙11树脂中的一种或多种；
所述特种树脂选自线性低密度聚乙烯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚苯醚树脂、超高分子量聚乙烯树脂中的一种或多种；
所述弹性体选自聚酯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、橡胶弹性体中的一种或多种；
所述增韧剂选自非极性高分子与不饱和酸或酸酐的接枝物；
所述其它助剂为硅烷偶联剂、抗氧剂、润滑剂中的一种或多种。
其中，所述非极性分子为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶；所述不饱和酸为丙烯酸或甲基丙烯酸；所述酸酐为马来酸酐或用乙烯/丙烯酸酯共聚物。
所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷；所述抗氧剂为四〔β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、N，N’-六亚甲基双(3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺)、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯；所述润滑剂为N，N’-亚乙基双硬脂酰胺、微晶石、硅酮母粒。
如上所述的客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将尼龙树脂、特种树脂、弹性体、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，同时从喂料口加入无碱玻璃纤维，挤出温度为240～300℃；主机转速为250～300转/分钟，得到产品。
其中，将双螺杆挤出机上从喂料口至出口的温度分别设为220～270℃，230～280℃，240～290℃，250～300℃，250～300℃，250～300℃，250～300℃，250～300℃，250～300℃。
还可对得到的产品做进一步处理：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120MPa、保压时间10秒，得到该专用材料。
本发明具有的优点：该材料具有强度高、韧性好、绝缘性好、耐低温等优良性能，所生产的制品在-40℃环境下保持常温下的各项性能指标。产品制造简单，可回收再利用。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的内容不限于所举的实施例。
实施例1
尼龙6树脂的质量份为50，尼龙12树脂的质量份为50，马来酸酐接枝POE的质量份为15，马来酸酐接枝EPDM的质量份为3，乙烯-辛基共聚物的质量份为5，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.3/0.1，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例2
尼龙6树脂的质量份为50，尼龙12树脂的质量份为50，马来酸酐接枝POE的质量份为15，马来酸酐接枝EPDM的质量份为3，三元乙丙橡胶的质量份为5，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.3/0.05，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例3
尼龙6树脂的质量份为50，尼龙12树脂的质量份为50，马来酸酐接枝POE的质量份为15，马来酸酐接枝EPDM的质量份为3，聚酯弹性体的质量份为5，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.5/0.1，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例4
尼龙6树脂的质量份为50，尼龙12树脂的质量份为50，马来酸酐接枝POE的质量份为15，乙烯/丙烯酸酯共聚物质量份为3，乙烯-辛基共聚物的质量份为5，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.5/0.05，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例5
尼龙66树脂的质量份为100，马来酸酐接枝POE的质量份为12，马来酸酐接枝EPDM的质量份为5，聚四氟乙烯的质量份为5，聚苯醚的质量份为50，乙烯-辛基共聚物的质量份为3，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.5/0.1，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例6
尼龙6树脂的质量份为50，尼龙66树脂的质量份为50，马来酸酐接枝POE的质量份为12，马来酸酐接枝EPDM的质量份为5，聚四氟乙烯的质量份为5，乙烯-辛基共聚物的质量份为3，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.5/0.05，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例7
尼龙66树脂的质量份为80，尼龙610树脂的质量份为20，马来酸酐接枝POE的质量份为12，马来酸酐接枝EPDM的质量份为5，聚四氟乙烯的质量份为5，乙烯-辛基共聚物的质量份为3，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.5/0.1，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例8
尼龙66树脂的质量份为60，尼龙11树脂的质量份为40，马来酸酐接枝POE的质量份为12，马来酸酐接枝EPDM的质量份为5，聚四氟乙烯的质量份为5，乙烯-辛基共聚物的质量份为3，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.5/0.1，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例9
尼龙66树脂的质量份为60，尼龙612树脂的质量份为40，马来酸酐接枝POE的质量份为12，马来酸酐接枝EPDM的质量份为5，超高分子量聚乙烯的质量份为5，乙烯-辛基共聚物的质量份为3，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.2/0.5/0.1，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
实施例10
尼龙66树脂的质量份为60，尼龙612树脂的质量份为40，马来酸酐接枝POE的质量份为12，马来酸酐接枝EPDM的质量份为5，聚四氟乙烯的质量份为5，乙烯-辛基共聚物的质量份为3，抗氧剂1098/168质量份为0.2/0.1，润滑剂EBS/TAF/硅酮母粒质量份为0.5/0.5/0.1，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，检测结果在表一实施例中列出。
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120MPa、保压时间10秒。产品成型后进行4小时的水煮调湿工艺。检测结果在表二对比例中列出。
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，体积电阻率按GB/T1410标准执行，落槌冲击实验按企业标准执行，抗压强度按企业标准执行，剪切强度按企业标准执行。
附：表一
  实施例   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  尼龙6   50   50   50   50   50   -   -   -   -
  尼龙66   -   -   -   -   100   50   80   60   60   60
  尼龙612   -   -   -   -   -   -   -   -   40   40
  尼龙610   -   -   -   -   -   -   20   -   -   -
  尼龙11   -   -   -   -   -   -   -   40   -   -
  尼龙12   50   50   50   50   -   -   -   -   -   -
  马来酸酐接枝POE   15   15   15   15   12   12   12   12   12   12
  马来酸酐接枝EPDM   3   3   3   -   5   5   5   5   5   5
  乙烯/丙烯酸酯共聚物   -   -   -   3   -   -   -   -   -   -
  超高分子量聚乙烯   -   -   -   -   -   -   -   -   5   -
  聚四氟乙烯   -   -   -   -   5   5   5   5   -   5
  聚苯醚   -   -   -   -   50   -   -   -   -   -
  乙烯-辛烯共聚物   5   -   -   5   3   3   3   3   3   3
  三元乙丙橡胶   -   5   -   -   -   -   -   -   -   -
  聚酯弹性体   -   -   5   -   -   -   -   -   -   -
  1098   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
  168   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1   0.1
  TAF   0.3   0.3   0.5   0.5   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   0.2   0.2   0.2   0.5
  硅酮母粒   0.1   0.05   0.1   0.05   0.1   0.05   0.1   0.1   0.1   0.1
  实施例   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  KH550   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3
  玻璃纤维   30±2   30±2   30±2   30±2   30±2   30±2   30±2   30±2   30±2   30±2
  简支梁缺口冲击强度(KJ/m2) 28 25 25 27 30 25 24 28 27 26
  简支梁缺口冲击强度(KJ/m2)-40℃ 14 15 13 14 20 14 13 16 15 15
  拉伸强度MPa   135   132   128   138   151   138   135   124   130   131
  弯曲强度Mpa   195   192   183   194   217   189   191   183   194   192
  硬度(洛氏)   108   109   108   108   110   110   115   110   113   112
附：表二
  对比例   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  落槌冲击实验4.5KG 450mm   6次不破坏   6次不破坏   6次不破坏   6次不破坏   6次不破坏   6次不破坏   6次不破坏   6次不破坏   6次不破坏   6次不破坏
  落槌冲击实验4.5KG 450mm-40℃冷冻24h 1次不破坏 1次不破坏 1次不破坏 1次不破坏 1次不破坏 1次不破坏 1次不破坏 1次不破坏 1次不破坏 1次不破坏
  剪切强度KN-40℃冷冻24h 6.92 6.87 7.01 6.85 7.82 8.42 8.87 7.56 8.26 8.34
  抗拔实验KN-40℃冷冻24h   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏   150KN保压1min无破坏
  硬度(洛氏)   105   106   105   105   106   107   106   105   106   105
  排水率％   0.66   0.67   0.64   0.68   0.68   0.66   0.67   0.70   0.68   0.67
  体积电阻率Ω.CM 3.1×1015 2.8×1015 3.5×1015 3.1×1015 2.9×1015 2.3×1015 2.7×1015 3.2×1015 3.0×1015 3.5×1015
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本专业的技术人员，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料，包括以下重量份数的成分：
尼龙树脂50～100份       特种树脂1～50份
弹性体5～30份           增韧剂5～30份
无碱玻璃纤维30～40份    其它助剂0.1～3份；
其中：所述尼龙树脂选自尼龙6树脂、尼龙66树脂、尼龙612树脂、尼龙610树脂、尼龙12树脂、尼龙11树脂中的一种或多种；
所述特种树脂选自线性低密度聚乙烯树脂、聚四氟乙烯树脂、超高分子量聚乙烯树脂中的一种或多种；
所述弹性体选自聚酯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、橡胶弹性体中的一种或多种；
所述增韧剂选自非极性高分子与不饱和酸或酸酐的接枝物；
所述其它助剂为硅烷偶联剂、抗氧剂、润滑剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的专用材料，其特征在于：所述非极性分子为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶；所述不饱和酸为丙烯酸或甲基丙烯酸；所述酸酐为马来酸酐或用乙烯/丙烯酸酯共聚物。
3.根据权利要求1所述的专用材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷；所述抗氧剂为四〔β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、N，N’-六亚甲基双(3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺)、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯；所述润滑剂为N，N’-亚乙基双硬脂酰胺、微晶石、硅酮母粒。
4.如权利要求1所述的客运专线扣件系统尼龙件耐低温专用材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将尼龙树脂、特种树脂、弹性体、增韧剂、其它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，同时从喂料口加入无碱玻璃纤维，挤出温度为240～300℃；主机转速为250～300转/分钟，得到产品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机上从喂料口至出口的温度分别设为220～270℃，230～280℃，240～290℃，250～300℃，250～300℃，250～300℃，250～300℃，250～300℃，250～300℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：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120MPa、保压时间10秒，得到该专用材料。
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