CN102061088B - 高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料及其制造方法 - Google Patents

高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种尼龙工程塑料及其制造方法，是一种高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料及其制造方法，按重量百分比由以下组分组成：尼龙树脂35-60%，玻璃纤维20-35%，无机矿物0-10%，相容剂16-30%，光稳定剂0.3-0.5%，偶联剂0.1-0.3%，抗氧剂0.1-0.5%，润滑剂0.4-1%；相容剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和马来酸酐接枝POE中的一种或两种混合，相容剂的熔体流动速率在0.5-1.5g/10min。制造方法熔体温度220－280℃，混炼时间1－5min，相容剂采用侧喂料的加入方法加入挤出机；螺杆转速控制为300－450rpm。本发明拉伸强度、冲击韧性和尺寸稳定性都能满足速度300km/h以上高速列车运行的要求。

Description

高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种尼龙工程塑料及其制造方法，具体的说是一种高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料及其制造方法。
背景技术
由于目前铁路列车速度不断的提升，现有的铁路轨道系统材料在性能方面已经不能满足列车高速（300km/h以上）运行的要求，尤其是在材料的力学性能（包括拉伸强度和冲击韧性），以及在材料的尺寸稳定性上有了更高的要求，并且要适用于冬天气温较低的北方地区。
专利申请号：200410067639.8 ，申请日：2004-10-29，专利名称：可用于汽车发动机罩盖的尼龙66组合物及其制备方法，公开号：1765991，的中国专利公开了一种尼龙66组合物，按重量百分比由以下组分组成：尼龙66切片30-80%，玻璃纤维10-40%，无机矿物5-30%，相容剂1-10%，抗氧剂0.1-0.5%，偶联剂0.1-0.5%，润滑剂0.1-1%。此专利公开的这种尼龙66组合物冲击性能不理想，不能满足高速铁路（300km/h以上）的运行要求。
专利申请号：200810023402.8 ，申请日：2008-04-11，专利名称：高速铁路钢轨扣件用尼龙工程塑料及其制造方法，公开号：101250322，的中国专利公开了一种高速铁路钢轨扣件用尼龙工程塑料，按重量百分比由以下组分组成： 48-88%原料基材,基材或为尼龙6树脂,或为尼龙66树脂,或为尼龙6树脂和尼龙66树脂的混合物，0-15%的添加剂,添加剂为增韧剂和相容剂，10-50%的增强剂,其表面用相对添加物重量百分比为0.2-5%的硅烷偶联剂处理。此专利公开的这种尼龙工程塑料虽然可以用于高速铁路，但冲击性能仍不是很好，特别是低温冲击不高，不能满足低温环境的要求。
由此可见，急需开发一种高性能、尺寸稳定性好且耐低温环境易于成型加工的工程塑料来满足铁路高速化（速度300km/h以上）的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料及其制造方法，拉伸强度、冲击韧性和尺寸稳定性都能满足列车高速运行的要求。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，按重量百分比由以下组分组成：尼龙树脂35-60%，玻璃纤维20-35%，无机矿物0-10%，相容剂16-30%，光稳定剂0.3-0.5%，偶联剂0.1-0.3%，抗氧剂0.1-0.5%，润滑剂0.4-1%；相容剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和马来酸酐接枝POE中的一种或两种混合，相容剂的熔体流动速率在0.5-1.5g/10min，条件为190℃,2.16kg。
高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料的制造方法，包括以下步骤：⑴将尼龙树脂、光稳定剂、偶联剂、抗氧剂、润滑剂按重量份配比好通过中速搅拌机充分混匀，得到挤塑原料；⑵将所得的挤塑原料送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，在挤出过程中挤出机同时加入玻璃纤维、无机矿物和相容剂，挤出工艺参数为：熔体温度220－280℃，混炼时间1－5min；步骤⑵中，相容剂采用侧喂料的加入方法加入挤出机；螺杆转速控制为300－450rpm。
本申请相容剂含量控制在16-30%，含量要比专利200410067639.8和200810023402.8高出许多，并采用熔体流动速率在0.5-1.5g/10min(190℃,2.16kg)的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或/和马来酸酐接枝POE作为相容剂，含量较高并具有一特定流动速度的相容剂不仅能改善尼龙树脂与玻璃纤维和无机矿物的相容性，又能起到增韧剂的作用。现有技术中要使产品的韧性提高，使用的方法均是通过增加增韧剂的量来达到，但增韧剂的量也不能一味的增加，增韧剂的量如果太大也会影响其它组份所起的作用，因此，现有技术中相容剂的选择和用量难以实现在提高冲击强度情况下而不影响其他性能。本申请则通过对相容剂的选择和用量限制来同时达到“相容”和“增韧”的作用，替代了传统加入相容剂后又要加入增韧剂得方法，起到一举两得，事半功倍的效果，由此大大提高了低温（-30℃）冲击性能，提高了材料的档次，拓展了了材料的应用领域。
本申请相容剂在加工过程中采用侧喂的加入方法，既可以在挤出过程中分散均匀，与尼龙树脂起到一个很好的相容界面，相容层的厚度可以提高10-50%，又能防止在挤出过程中停留时间长造成分解，失去相容剂的作用。将相容剂代替增韧剂，可以大大提高尼龙与玻纤、矿物等材料的相容性和材料冲击韧性；选用熔体流动速率在0.5-1.5g/10min（条件为190℃,2.16kg的相容剂），可以相对提高螺杆转速，300－450rpm的螺杆转速既能对挤塑原料起到很好的塑化和分散作用，又不至于将玻璃纤维剪切的很碎，玻璃纤维可以充分起到增强的作用，缩短了双螺杆挤出混炼时间，显著提高了生产效率，由以前的一台挤出机（科亚CTE-65D双螺杆挤出机）产量300kg/h提高到350-400kg/h。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，尼龙树脂为尼龙6和尼龙66中的一种或两种混合，其相对粘度为2.4-2.8。尼龙6和尼龙66具有良好的机械性能，较高的表面硬度，良好的电阻性能能够满足铁路塑料扣件的绝缘要求。
前述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，玻璃纤维为无碱无砷连续玻璃纤维或无碱无砷短切玻璃纤维；无碱无砷连续玻璃纤维的直径为12-15μm；无碱无砷短切玻璃纤维的纤维长度为3.0-4.5mm，直径为9-12μm。短玻璃纤维在挤出过程中能更好的分散，并且在挤出的塑料粒子中保持一定的长度，在0.6-0.9mm,这样在塑料扣件上既能表现较高的拉伸强度，而且玻纤的均匀分散在尺寸稳定性上也有很大的改善。
前述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，无机矿物为粒径在10-80μm；无机矿物由硅酸盐的玻璃微珠和粒径在10-20μm之间的滑石粉、碳酸钙或硅灰石中的一种或几种混合。无机矿物可以改善塑料扣件表观的平整性，防止翘曲变形，从侧位采用失重喂料加入可以均匀分散，保证含量的均匀。
前述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，光稳定剂为N,N'-双(2,2,6,6-四甲基-4哌啶基)-1,6-己二胺或2-(2H-苯并三唑-2)-4,6-二(1-甲基-1-苯乙基)苯酚。偶联剂为硅烷偶联剂KH560或KH550（KH560和KH550是产品）。抗氧剂为亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯或N,N’-六亚甲基双（3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺）。润滑剂为硅酮粉或硬脂酸钙。
前述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料的制造方法，步骤⑵中，玻璃纤维和无机矿物也采用侧喂料的加入方法加入挤出机，可以增加均匀效果。
本发明的优点是：在利用尼龙树脂通过增强增韧制得高强高抗冲尼龙工程塑料过程中，对相容剂的选择和用量以及加入方法有所突破，选择熔体流动速率在0.5-1.5g/10min(190℃,2.16kg)的马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝POE作为相容剂，用量为16-30%重量百分比，采用侧喂料的加入方法制成高速铁路轨道系统用材料在低温情况下（-30℃）也可以保持良好的冲击性能。用本发明的配方和方法所制得的高性能和尺寸稳定性好工程塑料去制备高速铁路轨道系统用制品可以满足目前列车高速运行（速度300km/h以上）对铁路铺设的要求，并且制件轻，易于成型加工，提高生产效率，材料成本合理，在高速铁路的飞速发展中在不同的自然环境下可以大范围应用。
具体实施方式
实施例1
配方：
①尼龙6树脂50.9重量份；光稳定剂0.3重量份；偶联剂0.2重量份；抗氧剂0.2重量份；润滑剂0.4重量份；
②马来酸酐接枝POE 18重量份；短玻璃纤维25重量份；玻璃微珠5重量份。
上述工程塑料的制造方法包括下述步骤：
步骤一：将上述组份①通过中速搅拌机充分混匀；
步骤二：将步骤一所得的挤塑原料送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，在挤出过程中在挤出机的不同位置采用侧喂料的加入方法同时加入组份②。挤出工艺参数为：熔体温度220-250℃（熔体温度是一个范围），螺杆转速300rpm，混炼时间1min。
实施例2
配方：
①尼龙6树脂53.9重量份；光稳定剂0.3重量份；偶联剂0.2重量份；抗氧剂0.2重量份；润滑剂0.4重量份；
②马来酸酐接枝POE 16重量份；连续玻璃纤维29重量份。
上述工程塑料的制造方法包括下述步骤：
步骤一：将上述组份①通过中速搅拌机充分混匀；
步骤二：将步骤一所得的挤塑原料送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，在挤出过程中在挤出机的不同位置采用侧喂料的加入方法同时加入组份②。挤出工艺参数为：熔体温度220-250℃，螺杆转速350rpm，混炼时间2min。
实施例3
配方：
①尼龙66树脂38.6重量份；光稳定剂0.4重量份；偶联剂0.2重量份；抗氧剂0.3重量份；润滑剂0.5重量份；
②马来酸酐接枝三元乙丙橡胶25重量份；短玻璃纤维30重量份；滑石粉5重量份。
上述工程塑料的制造方法包括下述步骤：
步骤一：将上述组份①通过中速搅拌机充分混匀；
步骤二：将步骤一所得的挤塑原料送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，在挤出过程中在挤出机的不同位置采用侧喂料的加入方法同时加入组份②。挤出工艺参数为：熔体温度250-280℃，螺杆转速400rpm，混炼时间3min。
实施例4
配方：
①尼龙66树脂45.6重量份；光稳定剂0.4重量份；偶联剂0.2重量份；抗氧剂0.3重量份；润滑剂0.5重量份；
②   马来酸酐接枝三元乙丙橡胶20重量份；连续玻璃纤维33重量份。
上述工程塑料的制造方法包括下述步骤：
步骤一：将上述组份①通过中速搅拌机充分混匀；
步骤二：将步骤一所得的挤塑原料送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，在挤出过程中在挤出机的不同位置采用侧喂料的加入方法同时加入组份②。挤出工艺参数为：熔体温度250-280℃，螺杆转速420rpm，混炼时间4min。
实施例5
配方：
①尼龙6树脂12.8重量份；尼龙66树脂25.6重量份；光稳定剂0.4重量份；偶联剂0.3重量份；抗氧剂0.3重量份；润滑剂0.6重量份；
②马来酸酐接枝POE 25重量份；短玻璃纤维30重量份；玻璃微珠5重量份。
上述工程塑料的制造方法包括下述步骤：
步骤一：将上述组份①通过中速搅拌机充分混匀；
步骤二：将步骤一所得的挤塑原料送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，在挤出过程中在挤出机的不同位置采用侧喂料的加入方法同时加入组份②。挤出工艺参数为：熔体温度250-280℃，螺杆转速420rpm，混炼时间5min。
实施例6
配方：
①尼龙6树脂11.1重量份；尼龙66树脂22.2重量份；光稳定剂0.4重量份；偶联剂0.3重量份；抗氧剂0.3重量份；润滑剂0.7重量份；
②马来酸酐接枝POE 25重量份；连续玻璃纤维40重量份。
上述工程塑料的制造方法包括下述步骤：
步骤一：将上述组份①通过中速搅拌机充分混匀；
步骤二：将步骤一所得的挤塑原料送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，在挤出过程中在挤出机的不同位置采用侧喂料的加入方法同时加入组份②。挤出工艺参数为：熔体温度250-280℃，螺杆转速450rpm，混炼时间3min。
各实例测试的结果如表1。
Figure 164316DEST_PATH_IMAGE002
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，其特征在于：按重量百分比由以下组分组成：
尼龙树脂                                   35-60%
玻璃纤维                                   20-35%
无机矿物                                   0-10%
相容剂                                     16-30%
光稳定剂                                   0.3-0.5%
偶联剂                                     0.1-0.3%
抗氧剂                                     0.1-0.5%
润滑剂                                     0.4-1%；
所述相容剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和马来酸酐接枝POE中的一种或两种混合，所述相容剂的熔体流动速率在0.5-1.5g/10min，条件为190℃,2.16kg；
所述尼龙树脂为尼龙6和尼龙66中的一种或两种混合，其相对粘度为2.4-2.8。
2.如权利要求1所述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，其特征在于：所述的玻璃纤维为无碱无砷连续玻璃纤维或无碱无砷短切玻璃纤维；所述无碱无砷连续玻璃纤维的直径为12-15μm；所述无碱无砷短切玻璃纤维的纤维长度为3.0-4.5mm，直径为9-12μm。
3.如权利要求1所述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，其特征在于：所述无机矿物为粒径在10-80μm；所述无机矿物由硅酸盐的玻璃微珠和粒径在10-20μm之间的滑石粉、碳酸钙或硅灰石中的一种或几种混合。
4.如权利要求1所述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，其特征在于：所述光稳定剂为N,N'-双(2,2,6,6-四甲基-4哌啶基)-1,6-己二胺或2-(2H-苯并三唑-2)-4,6-二(1-甲基-1-苯乙基)苯酚。
5.如权利要求1所述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560或KH550。
6.如权利要求1所述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，其特征在于：所述抗氧剂为亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯基）酯或N,N’-六亚甲基双（3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰胺）。
7.如权利要求1所述的高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，其特征在于：所述润滑剂为硅酮粉或硬脂酸钙。
8.制造权利要求1-7中任一权利要求所述高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料的方法，包括以下步骤：
⑴将尼龙树脂、光稳定剂、偶联剂、抗氧剂、润滑剂按重量份配比好通过中速搅拌机充分混匀，得到挤塑原料；
⑵将所得的挤塑原料送入双螺杆挤出机中熔融共混，挤出造粒，在挤出过程中挤出机同时加入玻璃纤维、无机矿物和相容剂，挤出工艺参数为：熔体温度220－280℃，混炼时间1－5min；
其特征在于：所述步骤⑵中，相容剂采用侧喂料的加入方法加入挤出机；所述螺杆转速控制为300－450rpm。
9.如权利要求8所述的制造高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料的方法，其特征在于：所述步骤⑵中，玻璃纤维和无机矿物也采用侧喂料的加入方法加入挤出机。
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