CN111909431A - 一种新型轨道减震复合材料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型轨道减震复合材料及其制备方法和应用；所述复合材料由22‑25重量份的废旧轮胎、50‑55重量份的废旧塑料、15‑15.5重量份的玻璃纤维、2.5‑3.5重量份的偶联剂和5‑7重量份的含碳酸钙原料A组成。该复合材料将抗弯强度和弹性这两个对立材料性能很好融合，具有良好的临界减震材料。各原料组分简单，主要原料采用回收品，有利于资源再利用，且原料成本低，原料间比例相差小，配比合理，有利于加工生产过程中实现拌料的均匀，且具有理想的抗弯强度和弹性，有利于在轨道交通行业内大规模生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料，特别涉及一种新型轨道减震复合材料、其制备方法及应用。
背景技术
橡胶材料具有良好的减震性能和耐油耐老化的特点广泛应用于各个领域的减震降噪中，但由于橡胶其刚性强度较低，用在重载荷下的减震往往需要强度高的内嵌材料作为主支撑或者只是将橡胶覆盖于支撑材料外部作为减震载体，例如采用高弹性弹簧外加橡胶减震材料的减震材料。因此，如何将抗弯强度和弹性这两个对立材料性能很好融合在一个材料中，研制出最佳的临界减震材料是亟待解决的问题。
现有技术研制的减震类复合材料大多数采用高分子稀料生产而成的，其成本和可再用率较低，例如《CN201810874755.2一种高硬度减震橡胶及其制备方法》中，虽然达到较高硬度的橡胶减震材料，但是其成分配比均匀度较难实现和原料成本高。比如实施例中，生胶为100份、2-硫醇基苯骈噻唑0.5份、二硫化二苯并噻唑0.8份，比例相差较大，在工业化生产中很难实现均匀混合；且氧化锌(ZnO纯度≥99.7％)的成本比较高，综上，此专利很难在轨道交通行业内大规模生产应用，如何采用成本低的原料生产出高性能的减震材料是需要解决的问题。
现有技术中《CN201711063046.8一种减震橡胶材料》，此专利背景技术公开“橡胶最主要的作用为用于减震，如何在不增加橡胶厚度的情况下提高其减震性能一直是行业内的研究热点。”此专利对实施效果虽然未作说明，但根据其背景技术说明中推断其增加只是单位体积下的材料弹性，并未着眼于解决减震材料硬度和强度问题。而且其成分也较为复杂，同样出现前述很难在轨道交通行业内大规模生产应用的问题。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种轨枕用复合材料及其制备方法和应用。该复合材料将抗弯强度和弹性这两个对立材料性能很好融合，具有良好的临界减震材料。各原料组分简单，主要原料采用回收品，有利于资源再利用，且原料成本低，原料间比例相差小，配比合理，有利于加工生产过程中实现拌料的均匀，且具有理想的抗弯强度和弹性，有利于在轨道交通行业内大规模生产应用。
本发明第一方面提供了一种轨枕用复合材料，所述复合材料由22-25重量份的废旧轮胎、50-55重量份的废旧塑料、15-15.5重量份的玻璃纤维、2.5-3.5重量份的偶联剂和5-7重量份的含碳酸钙原料A组成；其中，偶联剂更优的使用量为3重量份。
进一步地，对于本申请上文所述的技术方案中，所述的废旧轮胎选自回收型轮胎胶粒；优选的轮胎胶粒粒度范围是15mm以下；更优选的轮胎胶粒粒度范围是5mm-15mm。
进一步地，对于本申请上文所述的技术方案中，所述的废旧塑料选自HDPE回收料；优选的废旧塑料粒度范围是15mm以下；更优选的废旧塑料粒度范围是10mm以下；废旧塑料为回收料、无需水洗。
进一步地，对于本申请上文所述的技术方案中，所述的玻璃纤维选自长度低于100mm以下的玻璃纤维；更优选长度低于60mm玻璃纤维。
进一步地，对于本申请上文所述的技术方案中，所述的含碳酸钙原料A选自石灰石，或者含碳酸钙质量百分比在80wt％以上的原料；所述的含碳酸钙原料A的粒度范围是200目以下，优选的粒度范围是250目以下。
进一步地，对于本申请上文所述的技术方案中，所述的偶联剂选自硅烷偶联剂；更进一步优选地，可用于本申请的硅烷偶联剂包括KH560等。
本发明第二方面提供了所述轨枕用复合材料的制备方法，将22-25重量份的废旧轮胎、50-55重量份的废旧塑料、15-15.5重量份的玻璃纤维、2.5-3.5重量份的偶联剂和5-7重量份的含碳酸钙原料A进行混合，混合均匀后进行密炼机混炼，通过挤出机挤压至设计模具中，挤出压力为1000KP-2000KP，保压时间为60S-240S；冷却脱模后得到所述复合材料。
进一步地，所述混炼条件为摄氏160-180度，时间为10-15分钟。
进一步地，所述挤出压力更优选的参数为1100～1300KP。
进一步地，所述保压时间更优选的参数为150～200-S。
本发明第三方面提供了所述新型轨道减震复合材料在轨道交通中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的复合材料具有良好的临界减震性能。
1.各原料组分简单，仅选用5种成本低廉的原料；
2.主要原料采用回收品，有利于资源再利用，且原料成本低；
3.原料间比例相差小，配比合理，有利于加工生产过程中实现拌料的均匀；
4.所制备的复合材料具有理想的抗弯强度和弹性；所述复合材料的弹性模量在2000MP、弯曲强度在22MP、硬度(邵D)在55度为材料的最佳性能点，既能保证一定强度，又能具有一定弹性。
5.有利于在轨道交通行业内大规模生产应用。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细地描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。本发明中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从商业途径购买。
实施例1
将1250kg的废旧轮胎、2500kg的废旧塑料制成颗粒；将1250kg的废旧轮胎颗粒、2500kg的废旧塑料颗粒、750kg的玻璃纤维、150kg的偶联剂和250kg的碳酸钙进行混合，混合均匀后进行密炼机混炼，通过挤出机挤压至设计模具中，挤出压力为1000KP，保压时间为180S；冷却脱模后得到所述复合材料。该复合材料的性能检测包括弹性模量、弯曲强度、硬度(邵D)、线膨胀系数、密度，具体检测数据如表2。
复合材料的性能检测采用下述试验方法：
①弯曲强度试验将按照《GB/T 3356》的规定执行，以5mm/min的加载速率进行试验。
②弹性模量试验将按照《GB/T 3356》的规定执行，以2mm/min的加载速率进行试验。
③线性膨胀系数将按照《GB/T 2572》的规定执行，以1℃/min的升温速率进行试验。
④材料表面硬度将按照《GB/T 531》的规定执行，以邵氏D型硬度仪进行。
实施例2
按照实施例1所述方法，以及表1中的复合材料成分比例制备复合材料，其中与实施例1的区别除了原料的重量份不同之外，挤出压力为2000KP；保压时间为60S。该复合材料的性能数据如表2。
实施例3
按照实施例1所述方法，以及表1中的复合材料成分比例制备复合材料，其中与实施例1的区别除了原料的重量份不同之外，挤出压力为1500KP；保压时间为120S。该复合材料的性能数据如表2。
实施例4
按照实施例1所述方法，以及表1中的复合材料成分比例制备复合材料，其中与实施例1的区别除了原料的重量份不同之外，挤出压力为2000KP；保压时间为60S。该复合材料的性能数据如表2。
实施例5
按照实施例1所述方法，以及表1中的复合材料成分比例制备复合材料，其中与实施例1的区别除了原料的重量份不同之外，挤出压力为1000KP；保压时间为180S。该复合材料的性能数据如表2。
对比例1
按照实施例1所述方法，以及表1中的复合材料成分比例制备复合材料，其中与实施例1的区别除了原料的重量份不同之外，挤出压力为1500KP；保压时间为120S。该复合材料的性能数据如表2。
对比例2
按照实施例1所述方法，以及表1中的复合材料成分比例制备复合材料，其中与实施例1的区别除了原料的重量份不同之外，挤出压力为1500KP；保压时间为120S。该复合材料的性能数据如表2。表1.本发明所述复合材料的成分配比
表2.复合轨枕材料试验数据
通过上述实施例1～5和对比例1、对比例3的对比可知，本申请所述复合材料，在线性膨胀系数和弯曲强度上，与对比组相比高出很高；实施例1～5和对比例2在硬度上低近40％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种新型轨道减震复合材料，其特征在于，所述复合材料由22-25重量份的废旧轮胎、50-55重量份的废旧塑料、15-15.5重量份的玻璃纤维、2.5-3.5重量份的偶联剂和5-7重量份的含碳酸钙原料A组成。
2.根据权利要求1所述的新型轨道减震复合材料，其特征在于，所述的废旧轮胎选自回收型轮胎胶粒。
3.根据权利要求1所述的新型轨道减震复合材料，其特征在于，所述轮胎胶粒粒度范围是15mm以下。
4.根据权利要求1所述的新型轨道减震复合材料，其特征在于，所述的废旧塑料选自HDPE回收料；所述的废旧塑料粒度范围是15mm以下。
5.根据权利要求1所述的新型轨道减震复合材料，其特征在于，所述的玻璃纤维选自长度低于100mm以下的玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的新型轨道减震复合材料，其特征在于，所述的含碳酸钙原料A选自石灰石，或者含碳酸钙质量百分比在80wt％以上的原料；所述的含碳酸钙原料A的粒度范围是200目以下。
7.根据权利要求1所述的新型轨道减震复合材料，其特征在于，所述的偶联剂选自硅烷偶联剂。
8.如权利要求1所述的新型轨道减震复合材料的制备方法，其特征在于，将22-25重量份的废旧轮胎、50-55重量份的废旧塑料制成颗粒；将22-25重量份的废旧轮胎、50-55重量份的废旧塑料、15-15.5重量份的玻璃纤维、2.5-3.5重量份的偶联剂和5-7重量份的含碳酸钙原料A进行混合，混合均匀后进行密炼机混炼，通过挤出机挤压至模具中，挤出压力为1000KP-2000KP，保压时间为60S-240S；冷却脱模后得到所述复合材料。
9.根据权利要求8所述的新型轨道减震复合材料的制备方法，其特征在于，所述混炼条件为160-180度，时间为10-15分钟。
10.根据权利要求8所述的新型轨道减震复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出压力更优选的参数为1100～1300KP；所述保压时间为150～200S。
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