CN109135273A - 耐候玻纤增强pa66高铁轨道套筒材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料及其制备方法。本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，包括以下组分及其重量百分数：PA66树脂44.0‑58.3％，PA6T树脂5.0‑10.0％，抗氧剂1010 0.3‑0.5％，抗氧剂1098 0.3‑0.5％，润滑剂0.3‑0.5％，无机填充剂5.0‑10.0％，增韧剂0.5‑1％，耐候剂0.3‑0.5％，玻璃纤维30‑33％。本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料成本低，具有高强度、强韧性、耐疲劳、尺寸稳定、耐老化性好、耐候性佳等优点，满足高铁轨道套筒的高标准要求。

Description

耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料及其制备方法。
背景技术
高速铁路是指通过改造原有线路或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。高速铁路的发展日新月异，方便了人们的出行，但是这一贡献不仅仅是归功于高速铁路，其中许多零部件也起到了很大的作用，如轨道套筒是高速铁路轨道的关键部件，它关系着轨道的生产和使用，关系着轨道的使用使命和机车的安全行驶。具有质轻、高强度、耐腐蚀、易成型的高分子材料，愈来愈广泛地用于现代交通业。中国的高速铁路建设不仅仅给新材料企业带来了发展机会，同时也给新材料产业提出了更高的要求。
聚酰胺树脂，英文名称为polyamide，简称PA，俗称尼龙(Nylon)，它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称，为五大工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广的品种。尼龙中的主要品种是尼龙6树脂和尼龙66树脂，尼龙66树脂，即PA66树脂或聚酰胺66树脂，占绝对主导地位，尼龙6树脂为聚己内酰胺，而尼龙66树脂为聚己二酸己二胺，尼龙66树脂比尼龙6树脂要硬l2％；其次是尼龙11，尼龙12，尼龙610，尼龙612，另外还有尼龙1010、尼龙46、尼龙7、尼龙9、尼龙13，新品种有尼龙6I、尼龙9T和特殊尼龙MXD6(阻隔性树脂)等。尼龙的改性品种数量繁多，如增强尼龙、单体浇铸尼龙(MC尼龙)、反应注射成型(RIM)尼龙、芳香族尼龙、透明尼龙、高抗冲(超韧)尼龙、电镀尼龙、导电尼龙、阻燃尼龙，尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特殊要求，广泛用作金属，木材等传统材料代用品。PA66树脂更广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品，如可以用于高速铁路的绝缘套管专用料。
中国专利CN103897388B公开了一种高性能低收缩分离轴承用尼龙套筒材料，该尼龙套筒材料按照重量份数计算为：尼龙46 100份；聚乙烯HDPE8008 5份；PTFE M112 1份；相容剂St2000 1份；长碳纤维5份；ACD-F206 0.05份；十二烷基氨基丙烯酸0.05份；TAF 0.05份；抗氧剂1010 0.03份；金刚石粉末1份；或尼龙46 100份；聚丙烯T30S 10份；PTFE MP11002份；St200 5份；长碳纤维10份；ACD-F206 0.1份；十二烷基氨基丙烯酸0.1份；TAF 0.1份；抗氧剂1010 0.1份；石墨5份；或尼龙46 100份；聚乙烯HDPE 6098 8份；PTFE MP1100 1.5份；St200 3份；长碳纤维8份；ACD-F206 0.07份；十二烷基氨基丙烯酸0.07份；TAF 0.07份；抗氧剂1010 0.06份；纤维状高导热碳粉3份；所述的长碳纤维是采用钛酸酯偶联剂进行表面处理过的长碳纤维，长碳纤维长度为2-5μm。虽然该发明提高了轴承套筒材料的耐高温性能，耐化学药品性，提高其自润滑性，但是，其尼龙46含量高，成本高，耐候性有待进一步提高，且其为轴承用尼龙套筒材，与高铁轨道套筒材料有差距。
虽然，尼龙材料作为一种力学性能优良，且比重小的工程塑料已被大量应用于国内外高速铁路的轨道套筒中。近年来高速铁路的迅速发展也带动了市场对尼龙专用料需求量的快速发展，随着高速铁路的进一步发展，为满足客运专线的高承载、少维护、高质量的要求，对轨道套筒提出了更高的要求。但是，目前现有的高铁轨道套筒材料存在耐候性、强度等性能不能满足高铁轨道套筒的高标准要求，迫切需要对尼龙材料进行适应性改性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料及其制备方法。本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料成本低，具有高强度、强韧性、耐疲劳、尺寸稳定、耐老化性好、耐候性佳等优点，满足高铁轨道套筒的高标准要求。本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料吸水率低，且具有优良的尺寸稳定性，提高了制品寿命。
本发明的技术方案是：
一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，包括以下组分及其重量百分数：
PA66树脂44.0-58.3％，PA6T树脂5.0-10.0％，抗氧剂1010 0.3-0.5％，抗氧剂1098 0.3-0.5％，润滑剂0.3-0.5％，无机填充剂5.0-10.0％，增韧剂0.5-1％，耐候剂0.3-0.5％，玻璃纤维30-33％。
进一步地，所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂50％，PA6T树脂8.2％，抗氧剂1010 0.4％，抗氧剂1098 0.5％，润滑剂0.4％，无机填充剂7.5％，增韧剂0.6％，耐候剂0.4％，玻璃纤维32％。
优选地，所述润滑剂为硅酮或OP蜡。
进一步地，所述无机填充剂为玻璃微珠。
优选地，所述玻璃微珠的粒度为600-3000目。
更加优选地，所述玻璃微珠的粒度为1200目。
进一步地，所述增韧剂为增韧剂POE。
优选地，所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑或2-(2′-羟基-3′,5′-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑。
更加优选地，所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
另外，本发明还提供了耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料的制备方法，步骤如下：
S1将抗氧剂1010、抗氧剂1098、润滑剂、无机填充剂、增韧剂和耐候剂在转速为500-700r/min的条件下混合3-7min，得混合物料A；
S2向步骤S1所得混合物料A中加入PA66树脂和PA6T树脂，在转速为800-1000r/min的条件下混合4-6min，得混合物料B；
S3向步骤S2所得混合物料B中加入玻璃纤维，在250-270℃下熔融挤出、冷却、切粒，即得。
抗氧剂1010，CAS号：6683-19-8，分子式：C73H108O12，化学名为：四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，为白色结晶粉末，化学性状稳定。
抗氧剂1098，CAS号：23128-74-7，分子式：C40H64N2O4，中文别名：N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
本发明将PA66树脂和PA6T树脂复配，使得材料具有较好的加工性能和机械强度，抗水解性强，综合性能优异。本发明采用玻璃纤维增强PA66，降低了成本，兼顾加工性能和机械强度，且使得材料具有优异的耐候性和耐温性。
本发明中抗氧剂1010和抗氧剂1098协同作用，使得材料的长期耐高温稳定性能显著提高，同时抗氧剂与耐候剂共同作用，使材料的耐老化、耐候性能大大增加，延长了制品的使用寿命，另外，两种抗氧剂同时加入时，由于它们之间具有良好的协同效应，使材料的稳定性得到进一步提高，可以使材料的尺寸整体变得更小，极大提高了所得材料的抗冲击性、韧性。
本发明采用一定粒度的玻璃微珠作为无机填充剂，不仅保持了原来被填充材料的各种机械性能，使制得的材料具有优异的流变加工和抗冲击性能等优点，降低制品收缩变形率，克服制品后翘曲现象，提高制品的耐温性及耐磨性，还可以降低材料的吸水性，且可以大大降低生产成本。
本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料由PA66树脂、PA6T树脂，经添加多种改性剂制备而成，其机械强度好、增韧增强、耐候耐温、耐磨、高刚性、抗冲击性能好，综合性能优异，满足高铁轨道套筒的高标准要求。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料具有高强度、强韧性、耐疲劳、尺寸稳定、耐候性佳等优点，满足高铁轨道套筒的高标准要求。
(2)氙灯老化一个月，本发明制得的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料不变色，性能保持率大于90％。
(3)本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料吸水率低，且具有优良的尺寸稳定性，提高了制品寿命。
(4)本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料易于成型，生产成本低廉。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
本发明中，PA66树脂可购自东莞市金甲塑胶有限公司，牌号：70G30HSLR；PA6T树脂可购自苏州鑫丹霞塑化有限公司，牌号：C430N；硅酮可购自东莞市成硕塑料材料有限公司，型号：CS-001；OP蜡可购自深圳市先致化工科技有限公司，牌号：OP，品牌：licowax；增韧剂POE可购自苏州升鼎吉塑化有限公司，品名：POE，牌号：6102。
实施例1、一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂44.0％，PA6T树脂10.0％，抗氧剂1010 0.5％，抗氧剂1098 0.5％，润滑剂0.5％，无机填充剂10.0％，增韧剂1％，耐候剂0.5％，玻璃纤维33％；所述润滑剂为硅酮；所述无机填充剂为粒度为600目的玻璃微珠；所述增韧剂为增韧剂POE；所述耐候剂为2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑。制备方法：
S1将抗氧剂1010、抗氧剂1098、润滑剂、无机填充剂、增韧剂和耐候剂在转速为500r/min的条件下混合3min，得混合物料A；
S2向步骤S1所得混合物料A中加入PA66树脂和PA6T树脂，在转速为800r/min的条件下混合4min，得混合物料B；
S3向步骤S2所得混合物料B中加入玻璃纤维，在250℃下熔融挤出、冷却、切粒，即得。
实施例2、一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂58.3％，PA6T树脂5.0％，抗氧剂1010 0.3％，抗氧剂1098 0.3％，润滑剂0.3％，无机填充剂5.0％，增韧剂0.5％，耐候剂0.3％，玻璃纤维30％；所述润滑剂为OP蜡；所述无机填充剂为粒度为3000目的玻璃微珠；所述增韧剂为增韧剂POE；所述耐候剂为2-(2′-羟基-3′,5′-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑。制备方法：
S1将抗氧剂1010、抗氧剂1098、润滑剂、无机填充剂、增韧剂和耐候剂在转速为700r/min的条件下混合7min，得混合物料A；
S2向步骤S1所得混合物料A中加入PA66树脂和PA6T树脂，在转速为1000r/min的条件下混合6min，得混合物料B；
S3向步骤S2所得混合物料B中加入玻璃纤维，在270℃下熔融挤出、冷却、切粒，即得。
实施例3、一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂50％，PA6T树脂8.2％，抗氧剂1010 0.4％，抗氧剂1098 0.5％，润滑剂0.4％，无机填充剂7.5％，增韧剂0.6％，耐候剂0.4％，玻璃纤维32％；所述润滑剂为硅酮；所述无机填充剂为粒度为1200目的玻璃微珠；所述增韧剂为增韧剂POE；所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
制备方法：
S1将抗氧剂1010、抗氧剂1098、润滑剂、无机填充剂、增韧剂和耐候剂在转速为600r/min的条件下混合5min，得混合物料A；
S2向步骤S1所得混合物料A中加入PA66树脂和PA6T树脂，在转速为900r/min的条件下混合5min，得混合物料B；
S3向步骤S2所得混合物料B中加入玻璃纤维，在260℃下熔融挤出、冷却、切粒，即得。
对比例1、一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂46％，PA6T树脂12.2％，抗氧剂1010 0.4％，抗氧剂1098 0.5％，润滑剂0.4％，无机填充剂7.5％，增韧剂0.6％，耐候剂0.4％，玻璃纤维32％；所述润滑剂为硅酮；所述无机填充剂为粒度为1200目的玻璃微珠；所述增韧剂为增韧剂POE；所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，将PA66树脂的重量百分数由50％修改为46％，将PA6T树脂的重量百分数由8.2％修改为12.2％。
对比例2、一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂50％，PA6T树脂8.2％，抗氧剂1010 0.45％，抗氧剂1098 0.45％，润滑剂0.4％，无机填充剂7.5％，增韧剂0.6％，耐候剂0.4％，玻璃纤维32％；所述润滑剂为硅酮；所述无机填充剂为粒度为1200目的玻璃微珠；所述增韧剂为增韧剂POE；所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，将抗氧剂1010的重量百分数由0.4％修改为0.45％，将抗氧剂1098的重量百分数由0.5％修改为0.45％。
对比例3、一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂50％，PA6T树脂8.2％，抗氧剂1010 0.4％，抗氧剂1098 0.5％，润滑剂0.4％，无机填充剂7.5％，增韧剂0.6％，耐候剂0.4％，玻璃纤维32％；所述润滑剂为硅酮；所述无机填充剂为粒度为1200目的玻璃微珠；所述增韧剂为增韧剂POE；所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，将抗氧剂1010的重量百分数由0.4％修改为0.43％，将抗氧剂1098的重量百分数由0.5％修改为0.43％，将耐候剂的重量百分数由0.4％修改为0.44％。
对比例4、一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂50％，PA6T树脂8.2％，抗氧剂1010 0.4％，抗氧剂1098 0.5％，润滑剂0.4％，无机填充剂7.5％，增韧剂0.6％，耐候剂0.4％，玻璃纤维32％；所述润滑剂为硅酮；所述无机填充剂为粒度为500目的玻璃微珠；所述增韧剂为增韧剂POE；所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
所述耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料的制备方法与实施例3类似。
与实施例3的区别在于，所述无机填充剂为粒度为500目的玻璃微珠。
试验例一、性能测试
1、试验材料：对实施例1-3、以及对比例1-4制备的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料进行性能测试。
2、试验方法：
参照GB/T1040对试验材料的拉伸强度进行检测，参照GB/T1042对试验材料的弯曲强度和弯曲模量进行检测，参照GB/T1043对试验材料的缺口冲击强度和无缺口冲击强度进行检测，参照GB/T1410对试验材料的电阻率进行检测。
采用氙灯人工加速老化方法测试试验材料一个月后有无变色，以及性能保持率。
3、试验结果：
试验结果如表1、表2所示。
表1：性能测试结果
由表1可以看出，本发明制得的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料具有较好的综合性能，韧性好、强度高，抗冲击性好，其中实施例3的综合性能最佳，为本发明的最佳实施例；与对比例1-4相比，本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料的性能更为优异。
表2：氙灯老化试验结果
由表2可以看出，本发明制得的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料经氙灯人工加速老化一个月后仍不变色，且性能保持率大于90％，其中实施例3的性能保持率最高，为本发明的最佳实施例；与对比例1-4相比，本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料的性能保持率更高，这说明，本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料具有良好的耐候性。

Claims (10)

1.一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，包括以下组分及其重量百分数：
PA66树脂44.0-58.3％，PA6T树脂5.0-10.0％，抗氧剂1010 0.3-0.5％，抗氧剂10980.3-0.5％，润滑剂0.3-0.5％，无机填充剂5.0-10.0％，增韧剂0.5-1％，耐候剂0.3-0.5％，玻璃纤维30-33％。
2.如权利要求1所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，由以下组分及其重量百分数组成：
PA66树脂50％，PA6T树脂8.2％，抗氧剂1010 0.4％，抗氧剂1098 0.5％，润滑剂0.4％，无机填充剂7.5％，增韧剂0.6％，耐候剂0.4％，玻璃纤维32％。
3.如权利要求1或2所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，所述润滑剂为硅酮或OP蜡。
4.如权利要求1或2所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，所述无机填充剂为玻璃微珠。
5.如权利要求4所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，所述玻璃微珠的粒度为600-3000目。
6.如权利要求5所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，所述玻璃微珠的粒度为1200目。
7.如权利要求1或2所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，所述增韧剂为增韧剂POE。
8.如权利要求1或2所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑或2-(2′-羟基-3′,5′-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑。
9.如权利要求8所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料，其特征在于，所述耐候剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
10.如权利要求1-9任一项所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道套筒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1将抗氧剂1010、抗氧剂1098、润滑剂、无机填充剂、增韧剂和耐候剂在转速为500-700r/min的条件下混合3-7min，得混合物料A；
S2向步骤S1所得混合物料A中加入PA66树脂和PA6T树脂，在转速为800-1000r/min的条件下混合4-6min，得混合物料B；
S3向步骤S2所得混合物料B中加入玻璃纤维，在250-270℃下熔融挤出、冷却、切粒，即得。
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