CN103772968A - 一种高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料 - Google Patents

一种高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料及其制备方法。该发明材料是一种高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料。制备该复合材料的技术工艺的创新性体现在：通过马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和三元乙丙橡胶复配增韧玻璃纤维/尼龙6复合材料，以及利用空心玻璃微珠提高玻纤/尼龙6复合材料耐磨性，通过将玻璃纤维/尼龙6复合材料经双螺杆挤出机共混挤出，牵引、冷却、切粒后得到高韧性、高耐磨、耐高温的轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料。在铁路交通产品配件领域，高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料与传统尼龙6产品相比，可同时兼顾良好的高刚性和抗疲劳性，同时具有较高常温和低温韧性，以及耐磨性，适合在寒冻区域使用，另外玻璃纤维和空心玻璃微珠的添加可以降低生产成本和能耗，提高产品的附加值。

Description

一种高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体为高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料及其制备方法，主要应用于铁路产品领域的轨道交通紧固件。
背景技术
尼龙用于轨道交通紧固件领域，可以有效解决机车抖动、噪音大等问题，并能确保轴距稳定，减少维修次数，特别是它具备良好的抗震性，对保障铁路机车的平稳运行至关重要。随着铁路机车的不断提速，相应的对铁路产品的性能要求也越来越高，尤其是常年低温的寒冻区对其要求极其严格。国内外普通铁路、高铁、地铁上的紧固件（包括尼龙套管、轨距块、挡板座）均使用尼龙作为为主原料，其低温韧性差、耐磨性低、生产成本高，所以利用改性的玻纤/尼龙6复合材料取代其已成必然趋势。
发明内容
本发明制备了一种高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料，该材料制备的型件用于铁路行业的紧固件，利用复合增韧剂改善玻纤/尼龙6复合材料的韧性，利用空心玻璃微珠的润滑性改善玻纤的各向异性，提高玻纤/尼龙6复合材料各向同性从而提高其耐磨性。该复合材料具备良好的力学性能、化学稳定性，同时具有良好的耐磨性、抗氧性、耐高温性；
技术方案
上述高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料的制备方法包括：
步骤一、将尼龙6在110~120℃下烘干4~5小时；
步骤二、将增韧剂马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和三元乙丙橡胶进行共混，共混时间为5~8min；
步骤三、将干燥的尼龙6、复合增韧剂、空心玻璃微珠、抗氧剂放入高速混合机内，在常温下搅拌5~10min；
步骤四、将步骤三混合后的物料加入双螺杆挤出机的料斗内，将玻璃纤维从双螺杆中段的玻纤添加口加入，经熔融共混挤出、牵引，冷却制备高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料；
其中双螺杆挤出机的温度设置为：后段温度235~245℃，中段和前段温度245~255℃，螺杆转速220~280r/min
本发明解决了传统玻纤/尼龙6复合材料的韧性问题，同时复配的增韧剂可有效降低生产成本，另外空心玻璃微珠可改善产品的表观，提高其耐磨性、耐高温性，并使材料具备良好的机械性能，满足铁路领域的使用；
具体实例：
为便于进一步说明本发明，下面结合具体实施例对本发明进行说明：
主要原料尼龙6 树脂，特性粘度2.48dL/g；增韧剂使用马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和三元乙丙橡胶；填料为采购的空心玻璃微珠；填充玻纤使用采购的耐高温E型玻璃纤维；抗氧剂包括168,1010；防玻纤外露剂。双螺杆挤出机料筒温度一区温度：220~240℃，二区温度230~250℃，三区温度230~250℃，四区温度230~250℃，五区温度230~250℃，六区温度230~250℃，压力10~16MPa，螺杆长径比35~40，主机转速200~250r/min。将各组分按比例混合均匀置于双螺杆挤出机中，经熔融混合挤出造粒；
本发明各实施例中所得的改性玻纤/尼龙6复合材料，按以下注塑条件注塑成测试样条。注塑条件：注塑温度230~240℃，注塑压力40~50MPa，注塑速度30~40mm/s；
各实施例具体检测标准如下：
缺口冲击强度      ISO179
低温缺口冲击强度  ISO179(-50℃,5H)
拉伸强度          ISO527(5mm/min)
完全强度          ISO178(3mm/min)
弯曲模量          ISO178(3mm/min)
摩擦系数          GB/T 3960
实施例1~5对应的各组分用量及实施例配方对应的样品性能（见表1和表2）
表1 实施例1~4的配方表
  实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
原料 用量（份） 用量（份） 用量（份） 用量（份） 用量（份）
尼龙6 50 50 50 50 50
马来酸酐接枝聚烯烃弹性体 20 15 10 5  
三元乙丙橡胶   5 10 15 20
 防玻纤外露剂 1 1 1 1 1
玻璃纤维 30 30 30 30 30
空心玻璃微珠 5 5 5 5 5
1010 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
168 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
表2各实施例样品对应的物理性能
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
缺口冲击强度 23 29.8 32 27.9 18.6
拉伸强度 91.7 104.2 100.7 98.2 73.6
弯曲强度 126.2 180.3 170.4 156.4 139.7
弯曲模量 2963 5619 5382 4093 3953
低温缺口冲击强度（-50℃,5H) 15.5 18.1 21.1 17.5 12.5
摩擦系数 0.29 0.31 0.29 0.30 0.29
表3未进行改性的尼龙6物理性能
检测项目 尼龙6
缺口冲击强度 19
拉伸强度 73.6
弯曲强度 98.6
弯曲模量 957
低温缺口冲击强度（-50℃,5H) 9.5
摩擦系数 0.36
通过表2实施例1~5的材料物性对比分析可知，本发明采用几种不同比例的马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶，制备出不同综合性能的玻纤增强尼龙6复合材料，从表2、表3可知，改性的玻纤/尼龙6复合材料的常温缺口冲击强度和低温缺口冲击强度与未改性的尼龙6相比明显提高，同时材料的摩擦系数明显降低，耐磨性增强，并且满足国家轨道交通紧固件标准TB/T 1495.5，证明此种材料制备的轨道交通紧固件适合在寒冻区域等特殊环境下使用。

Claims (5)

1.该高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料的配方组成如下所示：
尼龙6，50~55%；玻璃纤维，28~32%；增韧剂，19~20%；填料，4~6%；防玻纤外露剂，1~2%；抗氧助剂，0.1~0.8%。
2.根据权利要求1所述的高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和三元乙丙橡胶的1:1组合。
3.根据权利要求1所述的高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料，其特征在于：所述的填料为空心玻璃微珠，直径：40~35μm，壁厚：1~5μm。
4.根据权利要求1所述的高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维为E型无碱连续长玻纤，直径8~15μm。
5.根据权利要求1所述的高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料，其特征在于：
步骤一、将尼龙6在110~120℃下烘干4~5小时；
步骤二、将增韧剂马来酸酐接枝聚烯烃弹性体和三元乙丙橡胶进行共混，共混时间为5~8min；
步骤三、将干燥的尼龙6、复合增韧剂、空心玻璃微珠、抗氧剂放入高速混合机内，在常温下搅拌5~10min；
步骤四、将步骤三混合后的物料加入双螺杆挤出机的料斗内，将玻璃纤维从双螺杆中段的玻纤添加口加入，经熔融共混挤出、牵引，冷却制备高韧性耐磨轨道交通紧固件用玻纤/尼龙6复合材料；其中双螺杆挤出机的温度设置为：后段温度235~245℃，中段和前段温度245~255℃，螺杆转速220~280r/min。
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