CN109161189B - 耐候玻纤增强pa66高铁轨道基板材料及其制备方法 - 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高铁轨道基板材料及其制备方法。本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料包括以下重量百分比计的制备原料：PA66树脂28.0～34.0％、PA6T树脂5.0～10.0％、抗氧剂0.6～1.0％、润滑剂0.3～0.5％、无机填充剂5.0～10.0％、增韧剂POE 1.0～2.0％、耐候剂0.3～0.5％、玻璃纤维49.0～51.0％。本发明材料吸水率低，尺寸稳定，兼顾优良的加工性能和力学性能，韧性好、强度高，抗冲击性好，并且耐候、抗老化，综合性优异，满足高铁轨道基板的高标准要求。

Description

耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料及其制备方法
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高铁轨道基板材料及其制备方法。
背景技术
中国高铁飞速发展，并成功签约部分国外项目，这是中国高铁发展的契机。同时高速铁路由于其低能耗、高速安全和舒适节能等优势，成为国民经济的重要组成部分。尽管铁路系统进行了多次大范围提速，但是铁路总体运力还不能满足人们的需求，解决这一瓶颈的重要途径就是加快高铁建设。加快高铁发展的一个重要途径就是采用新材料对其进行改善。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，主要品种有尼龙6树脂和尼龙66树脂。PA材料作为一种机械性能和耐腐蚀性能优良，且绝缘性能优异、比重小、易加工成型的工程塑料已被应用于高铁轨道中。但是，传统的尼龙材料的吸水率高、尺寸稳定性差，力学性能、耐候性等性能有待进一步提高，因此迫切需要对尼龙材料进行适应性改性，以满足高铁轨道基板的高标准要求。例如专利文献CN102061088A公开了一种高速铁路轨道交通用尼龙工程塑料，该塑料包括尼龙树脂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％，该尼龙工程塑料具备高性能、尺寸稳定性好且耐低温环境的优势，但是其耐候性和绝缘性还有待提高。
采用玻璃纤维来增强尼龙材料，可以有效降低树脂吸水性，提高拉伸性能、弯曲性能、冲击性能等。玻璃纤维增强尼龙主要有短切玻璃纤维增强和长玻璃纤维增强两种方法。一般情况下，随着玻璃纤维含量的增加，尼龙材料的拉伸强度、弯曲强度明显提高，加工流动性下降，挤出成型难度加大，接近50wt％时，性能增加受阻，阻燃性能劣化，并且容易出现材料变色严重、材料表面粗糙、容易起浮纤和纹路等问题，直接影响到尼龙材料的性能，特别是使用短切玻璃纤维，其端头多，更容易引起浮纤问题，所以目前玻璃纤维的常用量为20～35wt％。
为了解决高含量玻璃纤维添加所带来的问题，目前主要通过1)加入润滑剂和防玻纤外露剂；2)添加偶联剂和相容剂保证玻璃纤维和尼龙界面粘结；3)采用特殊的制备工艺和生产设备。但是，助剂改善制品表面问题的能力有限，并且过多的低分子量物质的加入会降低材料的刚性、耐老化性等，难以多者兼顾，并且由于树脂和添加剂在结构和性质上有较大差异，挤出造粒时易波动，这些众多不稳定因素使得产品难以满足安全且高稳定性的要求。而特殊生产工艺和设备的采用会导致生产成本升高。因此，开发原料稳定、低成本的功能性尼龙材料对生产高铁轨道基板具有非常重要的实际意义。
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高铁轨道基板材料，该材料具有优异的力学性能，其韧性好、强度高，抗冲击性好，吸水率低，耐老化，综合性能优异，且外观质量高，满足高铁轨道基板的高标准要求。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料，包括以下重量百分比计的制备原料：PA66树脂28.0～34.0％、PA6T树脂5.0～10.0％、抗氧剂0.6～1.0％、润滑剂0.3～0.5％、无机填充剂5.0～10.0％、增韧剂POE 1.0～2.0％、耐候剂0.3～0.5％、玻璃纤维49.0～51.0％。
作为本发明优选的实施方式，所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料由以下重量百分比计的原料制备而成：PA66树脂32.0％、PA6T树脂8.0％、抗氧剂0.8％、润滑剂0.4％、无机填充剂7.0％、增韧剂POE 1.4％、耐候剂0.4％、玻璃纤维50.0％。
优选地，所述PA66树脂的相对粘度为2.0～2.2，所述PA6T树脂的相对粘度为2.6～2.8。
优选地，所述抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂1098按重量比1:(1.5～2.5)组成。抗氧剂1010的CAS号为6683-19-8，化学名为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧剂1098的CAS号为23128-74-7，化学名为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
优选地，所述润滑剂为硅酮或OP蜡。
优选地，所述无机填充剂为1000目的玻璃微珠。
优选地，所述耐候剂为苯并三唑类紫外线吸收剂。
更优选的，所述苯并三唑类紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-326、紫外线吸收剂UV-327或紫外线吸收剂UV-328。紫外线吸收剂UV-326的化学名为2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑，CAS号为3896-11-5；紫外线吸收剂UV-327的化学名为2-(2′-羟基-3′,5′-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑，CAS号为3864-99-1；紫外线吸收剂UV-328的化学名为2-(2'-羟基-3',5'-二叔戊基苯基)苯并三唑，CAS号为21615-49-6。
优选地，所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，其长度为5.0～8.0mm，直径为10～14μm。
相应地，本发明还提供了上述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、将配方量的PA66树脂和PA6T树脂投入高混机中，在转速500～800r/min下搅拌5～10min，得到混合树脂；
S2、将配方量的抗氧剂、润滑剂、无机填充剂、增韧剂POE、耐候剂和玻璃纤维进行预混5～10min，然后投入至所述混合树脂中，在转速1000～1500r/min下搅拌10～15min，得到预混料；
S3、将所述预混料转入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为220～260℃，双螺杆的转速为200～300r/min，物料挤出后经冷却、切粒，即得。
本发明的发明构思如下：PA66树脂的价格低廉，但其吸水性较大，尺寸稳定性较差；PA6T树脂，又名聚对苯二甲酰己二胺，是一种新型尼龙树脂，其吸水率仅为PA66的1/4～1/3，并且尺寸稳定性优良，但是PA6T树脂的熔点高，不易加工，并且主要依赖进口，价格较高，不利于作为大表面积制品使用的工程塑料。而本发明将PA66树脂和PA6T树脂按一定比例复配作为基础树脂，PA66树脂和PA6T树脂优势互补，获得一种成本较低但兼顾加工性能和机械强度的工程塑料。
本发明采用无碱短切玻璃纤维作为增强材料，添加量为49.0～51.0％，能有效改善基础树脂的吸水性和尺寸稳定性，同时显著提高拉伸强度、弯曲强度等力学性能，使其适合作为需要高强度工作的高铁轨道基板材料。同时本发明通过控制PA66树脂和PA6T树脂的粘度，使玻璃纤维在基础树脂中充分浸润、分散，保证玻璃纤维和基础树脂的融合，同时PA6T树脂具有良好的熔融流动性，玻璃微珠一方面可增强基础树脂性能，另一方面提高基础树脂流动性，润滑剂提高树脂的润滑性能，各组分协同，使得本发明高含量玻璃纤维增强PA66高铁轨道基板材料制品的表面平整、光滑，无浮纤与纹路，外观质量高。
本发明采用由抗氧剂1010和抗氧剂1098按比例组成的抗氧剂，通过抗氧剂与苯并三唑类紫外线吸收剂协同，使得基础树脂的耐老化性能大大增加，且不易变色，延长了制品的使用寿命。
因此，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高铁轨道基板材料吸水率低，尺寸稳定，兼顾优良的加工性能和力学性能，韧性好、强度高，抗冲击性好，并且耐候性强、抗老化，绝缘性好，安全性高，综合性优异，使用寿命长，满足高铁轨道基板的高标准要求。
(2)本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料的表面平整、光滑，无浮纤与纹路，外观质量高，无需添加偶联剂和相容剂，也无需采用特殊的工艺和设备生产，利用合适的基础树脂和助剂，各组分协同，获得性能优异且外观优质的高铁轨道基板材料。
(3)本发明提供的耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料的制备方法简单，工艺稳定，操作可控，可工业化生产，有利于推广应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
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、本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料及其制备
配方：
PA66树脂(相对粘度为2.0～2.2)28.0kg、PA6T树脂(相对粘度为2.6～2.8)10.0kg、抗氧剂(由抗氧剂1010和抗氧剂1098按重量比1:1.5组成)0.6kg、硅酮0.3kg、1000目的玻璃微珠8.0kg、增韧剂POE 1.6kg、紫外线吸收剂UV-3280.5kg、无碱短切玻璃纤维(长度为5.0～8.0mm，直径为10～14μm)51.0kg。
制备方法：
S1、将配方量的PA66树脂和PA6T树脂投入高混机中，在转速500r/min下搅拌10min，得到混合树脂；
S2、将配方量的抗氧剂、硅酮、玻璃微珠、增韧剂POE、紫外线吸收剂UV-328和无碱短切玻璃纤维进行预混5min，然后投入至所述混合树脂中，在转速1000r/min下搅拌10min，得到预混料；
S3、将所述预混料转入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为220～260℃，双螺杆的转速为200r/min，物料挤出后经冷却、切粒，即得。
实施例2、本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料及其制备
配方：
PA66树脂(相对粘度为2.0～2.2)34.0kg、PA6T树脂(相对粘度为2.6～2.8)5.0kg、抗氧剂(由抗氧剂1010和抗氧剂1098按重量比1:2.5组成)1.0kg、OP蜡0.5kg、1000目的玻璃微珠9.0kg、增韧剂POE 1.2kg、紫外线吸收剂UV-3270.3kg、无碱短切玻璃纤维(长度为5.0～8.0mm，直径为10～14μm)49.0kg。
制备方法：
S1、将配方量的PA66树脂和PA6T树脂投入高混机中，在转速800r/min下搅拌5min，得到混合树脂；
S2、将配方量的抗氧剂、OP蜡、玻璃微珠、增韧剂POE、紫外线吸收剂UV-327和无碱短切玻璃纤维进行预混10min，然后投入至所述混合树脂中，在转速1500r/min下搅拌15min，得到预混料；
S3、将所述预混料转入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为220～260℃，双螺杆的转速为300r/min，物料挤出后经冷却、切粒，即得。
实施例3、本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料及其制备
配方：
PA66树脂(相对粘度为2.0～2.2)32.0kg、PA6T树脂(相对粘度为2.6～2.8)8.0kg、抗氧剂(由抗氧剂1010和抗氧剂1098按重量比1:2.0组成)0.8kg、OP蜡0.4kg、1000目的玻璃微珠7.0kg、增韧剂POE 1.4kg、紫外线吸收剂UV-3260.4kg、无碱短切玻璃纤维(长度为5.0～8.0mm，直径为10～14μm)50.0kg。
制备方法：
S1、将配方量的PA66树脂和PA6T树脂投入高混机中，在转速600r/min下搅拌10min，得到混合树脂；
S2、将配方量的抗氧剂、OP蜡、玻璃微珠、增韧剂POE、紫外线吸收剂UV-326和无碱短切玻璃纤维进行预混10min，然后投入至所述混合树脂中，在转速1500r/min下搅拌10min，得到预混料；
S3、将所述预混料转入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为220～260℃，双螺杆的转速为300r/min，物料挤出后经冷却、切粒，即得。
实施例4、本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料及其制备
配方：
PA66树脂(相对粘度为2.0～2.2)32.0kg、PA6T树脂(相对粘度为2.6～2.8)8.0kg、抗氧剂(由抗氧剂1010和抗氧剂1098按重量比1:2.0组成)0.8kg、OP蜡0.4kg、1000目的玻璃微珠7.0kg、增韧剂POE 1.4kg、紫外线吸收剂UV-3270.4kg、无碱短切玻璃纤维(长度为5.0～8.0mm，直径为10～14μm)50.0kg。
制备方法：
S1、将配方量的PA66树脂和PA6T树脂投入高混机中，在转速600r/min下搅拌10min，得到混合树脂；
S2、将配方量的抗氧剂、OP蜡、玻璃微珠、增韧剂POE、紫外线吸收剂UV-327和无碱短切玻璃纤维进行预混10min，然后投入至所述混合树脂中，在转速1500r/min下搅拌10min，得到预混料；
S3、将所述预混料转入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为220～260℃，双螺杆的转速为300r/min，物料挤出后经冷却、切粒，即得。
实施例5、本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料及其制备
配方：
PA66树脂(相对粘度为2.0～2.2)32.0kg、PA6T树脂(相对粘度为2.6～2.8)8.0kg、抗氧剂(由抗氧剂1010和抗氧剂1098按重量比1:2.5组成)1.0kg、OP蜡0.4kg、1000目的玻璃微珠7.0kg、增韧剂POE 1.3kg、紫外线吸收剂UV-3260.3kg、无碱短切玻璃纤维(长度为5.0～8.0mm，直径为10～14μm)50.0kg。
制备方法：
S1、将配方量的PA66树脂和PA6T树脂投入高混机中，在转速600r/min下搅拌10min，得到混合树脂；
S2、将配方量的抗氧剂、OP蜡、玻璃微珠、增韧剂POE、紫外线吸收剂UV-326和无碱短切玻璃纤维进行预混10min，然后投入至所述混合树脂中，在转速1500r/min下搅拌10min，得到预混料；
S3、将所述预混料转入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，挤出温度为220～260℃，双螺杆的转速为300r/min，物料挤出后经冷却、切粒，即得。
对比例一
与实施例3相比，本对比例的区别仅在于：使用PA6树脂替换PA66树脂。
对比例二
与实施例3相比，本对比例的区别仅在于：使用PA9T树脂替换PA6T树脂。
对比例三
与实施例3相比，本对比例的区别仅在于：PA6T树脂的相对粘度为2.0～2.2。
对比例四
与实施例3相比，本对比例的区别仅在于：仅采用抗氧剂1098作为抗氧剂。
对比例五
与实施例3相比，本对比例的区别仅在于：仅采用抗氧剂1010作为抗氧剂。
对比例六
与实施例3相比，本对比例的区别仅在于：使用抗氧剂168替换抗氧剂1010。
对比例七
与实施例3相比，本对比例的区别仅在于：抗氧剂的用量调整为0.4kg，紫外线吸收剂UV-326的用量调整为0.8kg。
对比例八
与实施例3相比，本对比例的区别仅在于：使用苯酮类紫外线吸收剂UV-531替换紫外线吸收剂UV-326。
试验例一、本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料的性能测试
(一)试验材料：对实施例1～5以及对比例一～八制得的材料进行性能测试。
(二)试验方法：参照GB/T1040-2006对试验材料的拉伸强度进行检测；参照GB/T9341-2008对试验材料的弯曲强度和弯曲模量进行检测；参照GB/T1843-2008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/T1410-2006对试验材料的电阻率进行检测；参照GB/T16422.2-2014采用氙弧灯进行人工气候加速老化试验，考察试验材料30天后的变色情况以及其拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量等性能的保持率。
(三)试验结果：如下表1、表2所示。
表1实施例1～5材料的性能测试结果
Figure BDA0001736506450000081
表2对比例一至八材料的性能测试结果
Figure BDA0001736506450000082
Figure BDA0001736506450000091
由上表1和表2可知：
(1)本发明耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料具有优异的力学性能和绝缘性能，且均达到甚至超过行业指标要求，同时本发明材料表面平整、光滑，无浮纤与纹路，外观质量高，并且耐候性能优异，氙灯老化30天仍不变色，各性能均保持率大于90％，能够在阳光暴晒等自然条件下长期工作，适合作为高铁轨道基板材料使用。实施例1～5中，以实施例3材料的性能最佳，为本发明的最佳实施例；
(2)与实施例3相比，对比例一使用PA6树脂替换PA66树脂，该材料的力学性能和耐候性能均显著下降，并且材料表面粗糙，有浮纤；对比例二使用PA9T树脂替换PA6T树脂，该材料的力学性能和耐候性能均有所下降，并且表面粗糙，有浮纤；对比例三改变了PA6T树脂的粘度，该材料同样在力学性能和耐候性能上均有所下降，材料表面有纹路，但无浮纤；对比例四～六改变了抗氧剂的组成，对比例七改变了抗氧剂和耐候剂的比例，对比例八使用苯酮类紫外线吸收剂替换苯并三唑类紫外线吸收剂，结果对比例四～八材料的力学性能有所下降，而耐候性能明显下降，出现变色，性能保持率降低等问题。提示本发明各组分相辅相成，可制得力学性能、绝缘性能和耐候性能优异且外观美好的高铁轨道基板材料。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料，其特征在于，由以下重量百分比计的原料制备而成：PA66树脂28.0～34.0％、PA6T树脂5.0～10.0％、抗氧剂0.6～1.0％、润滑剂0.3～0.5％、无机填充剂5.0～10.0％、增韧剂POE1.0～2.0％、耐候剂0.3～0.5％、玻璃纤维49.0～51.0％；
所述抗氧剂由抗氧剂1010和抗氧剂1098按重量比1:(1.5～2.5)组成；
所述润滑剂为硅酮或OP蜡；
所述无机填充剂为1000目的玻璃微珠；
所述耐候剂为苯并三唑类紫外线吸收剂；所述苯并三唑类紫外线吸收剂为紫外线吸收剂UV-326、紫外线吸收剂UV-327或紫外线吸收剂UV-328；
所述玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，其长度为5.0～8.0mm，直径为10～14μm；
所述PA66树脂的相对粘度为2.0～2.2，所述PA6T树脂的相对粘度为2.6～2.8。
2.如权利要求1所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料，其特征在于，由以下重量百分比计的原料制备而成：PA66树脂32.0％、PA6T树脂8.0％、抗氧剂0.8％、润滑剂0.4％、无机填充剂7.0％、增韧剂POE1.4％、耐候剂0.4％、玻璃纤维50.0％。
3.如权利要求1或2所述的耐候玻纤增强PA66高铁轨道基板材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将配方量的PA66树脂和PA6T树脂投入高混机中，在转速500～800r/min下搅拌5～10min，得到混合树脂；
S2、将配方量的抗氧剂、润滑剂、无机填充剂、增韧剂POE、耐候剂和玻璃纤维进行预混5～10min，然后投入至所述混合树脂中，在转速1000～1500r/min下搅拌10～15min，得到预混料；
S3、将所述预混料转入双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为220～260℃，双螺杆的转速为200～300r/min，物料挤出后经冷却、切粒，即得。
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