CN102040829A - 高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速铁路材料，高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料及制备方法。现有技术难以使铁路运输速度进一步提高和保障高速运输的安全。本发明材料由以下重量比的原料组成：尼龙树脂45-64份、玻璃纤维30-35、相容剂5-20、抗氧剂0.1-0.5、成核剂0.1-0.5。制备方法为：按重量比准确称取原料；将尼龙树脂、相容剂、抗氧剂和成核剂均匀混合后置入双螺杆挤出机；添加玻璃纤维；温度控制：230-285℃；时间1-3分钟；主机转速350-450转/分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。本发明的优点是：玻璃纤维增强尼龙材料密度小、质量轻；减振和降噪效果明显；生产加工方便，易于成型，成本低廉。

Description

高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高速铁路材料，具体地说是一种高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展、铁路运输速度的提升，对铁路系统使用的材料提出了新的要求。已有技术使用金属材料难以适应铁路工业的需要，难以使铁路运输速度进一步提高，难以保证铁路高速运输的质量和安全。例如铁道轨道扣件，已有技术采用金属材料制成，其缺点是重量大、弹性差、电阻率低、铺设和维护不方便。再如铁路机车系统，高速度要求现代机车车辆高质量、轻重量，机车车辆用材料需满足重量轻、强度大、韧性好的要求，金属材料已无法满足高速机车车辆的要求。

玻璃纤维增强尼龙材料与金属材料相比较，具有密度小、重量轻、弹性形变和绝缘性优良、易于加工成型、能降低噪声、减小振动、成本低、方便维修、降低维修时间等优点。

充分发挥玻璃纤维增强尼龙材料的优点，发明一种重量小、弹性好、电阻率低、能够降低噪声、减小振动、生产容易、施工方便、有利于进一步提高铁路运输速度的高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料是铁路发展的迫切需要解决的问题。

经广泛检索专利文件和查阅国内外公开出版物，未见有与本发明材料完全相同的高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料，本发明具有新颖性和创造性，本发明已在高速铁路系统应用，具有实用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种重量小、弹性好、电阻率低、能够降低噪声、减小振动、生产容易、施工方便、有利于进一步提高铁路运输速度的高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料，由以下重量比的原料组成：

尼龙树脂      45-64份

玻璃纤维      30-35份

相容剂        5-20份

抗氧剂        0.1-0.5份

成核剂        0.1-0.5份。

上面所述的尼龙树脂为下述三种中的一种或几种混合物：尼龙6树脂、尼龙66树脂、尼龙610树脂；相对粘度2.7-2.9；

玻璃纤维为经过偶联剂改性处理的无碱玻纤，直径6-17微米；

相容剂由以下重量比的原料制成：

乙烯-辛烯共聚物           60-80份

聚乙烯                    15-35份

顺丁烯二酸酐              1-10份

1，4-双叔丁基过氧异丙基苯 0.1-0.5份。

抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；

成核剂为长碳链饱和羧酸钠盐。

高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料的制备方法，步骤如下：

(1)按重量比准确称取原料；

(2)将尼龙树脂、相容剂、抗氧剂和成核剂均匀混合后置入双螺杆挤出机；在双螺杆挤出机专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维；

(3)温度控制：双螺杆挤出机一区温度230-285℃，二区温度230-285℃，三区温度230-285℃，四区温度240-285℃，五区温度240-285℃，六区温度250-285℃，七区温度250-285℃，八区温度240-285℃，九区温度240-285℃；停留时间1-3分钟；主机转速350-450转/分钟；

(4)出料：挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

本发明的要点在于在玻璃纤维增强尼龙材料中添加一定比例的自制相容剂，通过抗氧剂、成核剂以及合理的加工工艺的综合作用，制备出性能优良，尤其是力学性能，绝缘性能和耐磨性能，既满足高速铁路系统用材料的要求，又降低了成本。本发明材料在高速铁路中的应用，保证了高速铁路的安全运行。

本发明材料在铁路系统的运用分为两类，一类为铁道轨道扣件系统；另一类为铁路机车车辆系统。对于铁道轨道扣件系统，本发明材料成功地解决了传统的金属材料的重量大、弹性差、电阻率低、铺设和维护不方便的缺点。对于铁路机车车辆系统，本发明材料成功地使轴承保持架强度大、韧性好，保证了高速铁路的安全运行。

本发明的优点是：

1、玻璃纤维增强尼龙材料综合性能优良、密度小、质量轻；有利于进一步提高铁路运输速度。

2、减振和降噪效果明显，保证高速列车安全运行。

3、本发明材料生产方便，易于成型，成本低廉。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步详细说明：

在本发明实施例复合材料配方中，尼龙6树脂牌号为PA6M32800，广东新汇美达公司提供；尼龙66树脂牌号为PA66EPR27，河南神马集团提供；尼龙610树脂牌号为PA610宜兴化学试剂厂提供。玻璃纤维牌号为ER11-4.5-560A，巨石集团提供。相容剂自制，属马来酸酐接枝弹性体和聚乙烯共聚物MPOE，牌号为XR-1。制备方法为：相容剂配方由以下重量比的原料制成：POE 70％、聚乙烯25％、顺丁烯二酸酐4.7％、1，4-双叔丁基过氧异丙基苯0.3％。其制备工艺为：将弹性体乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯、马来酸酐和过氧化物在高速混料机中混合均匀后，经双螺杆共混挤出制得。加工工艺如下：一区温度150-170℃，二区温度160-180℃，三区温度160-180℃，四区温度170-190℃，五区温度180-200℃，六区温度180-200℃，七区温度180-200℃，八区温度170-190℃，九区温度160-180℃；停留时间1-3分钟，主机转速200-250转/分钟，制得相容剂。

抗氧剂选用化学名称为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，商品名Irganox 1010，瑞士汽巴精化公司提供。

成核剂选用化学名称是长碳链饱和羧酸钠盐，科莱恩公司提供。

本发明高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料的制备采用长径比为40的瑞亚公司生产的75D双螺杆挤出机生产。加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度230-285℃，二区温度230-285℃，三区温度230-285℃，四区温度240-285℃，五区温度240-285℃，六区温度250-285℃，七区温度250-285℃，八区温度240-285℃，九区温度240-285℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例1：

将63％的PA6M32800，31.4％的ER11-4.5-560A，5％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，然后在双螺杆挤出机中生产。加工条件为：一区温度230℃，二区温度230℃，三区温度240℃，四区温度240℃，五区温度250℃，六区温度250℃，七区温度255℃，八区温度245℃，九区温度240℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例2：

将58％的PA6M32800，31.4％的ER11-4.5-560A，10％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度230℃，二区温度230℃，三区温度240℃，四区温度240℃，五区温度250℃，六区温度250℃，七区温度255℃，八区温度245℃，九区温度240℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例3：

将53％的PA6M32800，31.4％的ER11-4.5-560A，15％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度230℃，二区温度230℃，三区温度240℃，四区温度240℃，五区温度250℃，六区温度250℃，七区温度255℃，八区温度245℃，九区温度240℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例4：

将48％的PA6M32800，31.4％的ER11-4.5-560A，20％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度230℃，二区温度230℃，三区温度240℃，四区温度240℃，五区温度250℃，六区温度250℃，七区温度255℃，八区温度245℃，九区温度240℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例5：

将63％的PA66EPR27，31.4％的ER11-4.5-560A，5％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度280℃，二区温度280℃，三区温度275℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，七区温度275℃，八区温度275℃，九区温度275℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例6：

将58％的PA66EPR27，31.4％的ER11-4.5-560A，10％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度280℃，二区温度280℃，三区温度275℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，七区温度275℃，八区温度275℃，九区温度275℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例7：

将53％的PA66EPR27，31.4％的ER11-4.5-560A，15％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度280℃，二区温度280℃，三区温度275℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，七区温度275℃，八区温度275℃，九区温度275℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例8：

将48％的PA66EPR27，31.4％的ER11-4.5-560A，20％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度280℃，二区温度280℃，三区温度275℃，四区温度270℃，五区温度270℃，六区温度270℃，七区温度275℃，八区温度275℃，九区温度275℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例9：

将53％的PA66EPR27，10％的PA6M32800，31.4％的ER11-4.5-560A，5％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度270℃，二区温度270℃，三区温度265℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度265℃，八区温度265℃，九区温度265℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例10：

将48％的PA66EPR27，10％的PA6M32800，31.4％的ER11-4.5-560A，10％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度270℃，二区温度270℃，三区温度265℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度265℃，八区温度265℃，九区温度265℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例11：

将43％的PA66EPR27，10％的PA6M32800，31.4％的ER11-4.5-560A，15％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度270℃，二区温度270℃，三区温度265℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度265℃，八区温度265℃，九区温度265℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例12：

将38％的PA66EPR27，10％的PA6M32800，31.4％的ER11-4.5-560A，20％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度270℃，二区温度270℃，三区温度265℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度265℃，八区温度265℃，九区温度265℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例13：

将58％的PA66EPR27，5％的PA6610，31.4％的ER11-4.5-560A，5％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产，加工条件为：一区温度270℃，二区温度270℃，三区温度265℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度265℃，八区温度265℃，九区温度265℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例14：

将53％的PA66EPR27，5％的PA610，31.4％的ER11-4.5-560A，10％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度270℃，二区温度270℃，三区温度265℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度265℃，八区温度265℃，九区温度265℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例15：

将48％的PA66EPR27，5％的PA610，31.4％的ER11-4.5-560A，15％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度270℃，二区温度270℃，三区温度265℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度265℃，八区温度265℃，九区温度265℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例16：

将43％的PA66EPR27，5％的PA610，31.4％的ER11-4.5-560A，20％的XR-1，0.3％的1010，0.3％的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混匀，之后在双螺杆挤出机生产。加工条件为：一区温度270℃，二区温度270℃，三区温度265℃，四区温度260℃，五区温度260℃，六区温度260℃，七区温度265℃，八区温度265℃，九区温度265℃；主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。

实施例17：

实施例1——16制备的高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料力学性能测试：

将制备好的粒料放入鼓风烘箱中，在120℃条件下烘干6小时；然后将干燥好的粒料在注射成型机中进行注射成型制备样条；注射成型模温70℃。

拉伸性能测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为150*10*4mm，拉伸速度为10mm/min。弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80*10*4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm。简支梁冲击强度按ISO 179进行，试样尺寸为55*6*4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。密度测试按照ISO1183标准执行。体积电阻率测试标准按IEC60093执行，试样尺寸：100×100×3mm，分干态和和湿态测试。材料的综合力学性能通过测试所得的拉伸强度，弯曲强度和弯曲模量以及冲击强度的数值进行评定。材料的绝缘性能以材料的表面电阻率来评定。

测试结果见表1、表2。

表1    实施例对应的玻璃纤维增强尼龙材料的性能

表2：实施例对应的玻璃纤维增强尼龙材料的性能

从表1和表2中力学性能数据和电阻测试数据可以看出，本发明合理的配方设计和加工工艺的优化处理，使用相对粘度范围在2.7-2.9的尼龙6树脂、尼龙66树脂、尼龙6树脂和尼龙66树脂的混合物以及尼龙610树脂和尼龙66的混合物都可以生产出满足高速铁路系统的玻璃纤维增强尼龙材料，对于增韧剂含量较高的玻璃纤维材料，可以通过本实施例中优化工艺处理得以实现。

上述实施例仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改和变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料，由以下重量比的原

料组成：

尼龙树脂    45-64份

玻璃纤维    30-35份

相容剂      5-20份

抗氧剂      0.1-0.5份

成核剂      0.1-0.5份。

2.根据权利要求1所述的高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料，其特征在于：

(1)尼龙树脂为下述三种中的一种或几种混合物：尼龙6树脂、尼龙66树脂、尼龙610树脂；相对粘度2.7-2.9；

(2)玻璃纤维为经过偶联剂改性处理的无碱玻纤，直径6-17微米；

(3)相容剂由以下重量比的原料制成：

乙烯-辛烯共聚物          60-80份

聚乙烯                   15-35份

顺丁烯二酸酐             1-10份

1，4-双叔丁基过氧异丙基苯0.1-0.5份。

(4)抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；

(5)成核剂为长碳链饱和羧酸钠盐。

3.一种高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料的制备方法，步骤如下：

(1)按重量比准确称取原料；

(2)将尼龙树脂、相容剂、抗氧剂和成核剂均匀混合后置入双螺杆挤出机；在双螺杆挤出机专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维；

(3)温度控制：双螺杆挤出机一区温度230-285℃，二区温度230-285℃，三区温度230-285℃，四区温度240-285℃，五区温度240-285℃，六区温度250-285℃，七区温度250-285℃，八区温度240-285℃，九区温度240-285℃；停留时间1-3分钟；主机转速350-450转/分钟；

(4)出料：挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。