CN115521755B - 一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其组成成分及重量份比包括基础聚合物100份、延展剂2‑6份、交联剂2‑10份、偶联剂0.4‑1.6份、催化剂0.08‑1.0份，基础聚合物为烷氧基封端聚二甲基硅氧烷，烷氧基封端聚二甲基硅氧烷的端部烷氧基为甲氧基、乙氧基中的任意一种或多种，延展剂为羟基硅油、乙二醇中的任意一种。本设计制得的密封胶不仅能够满足高速铁路无砟轨道嵌缝材料的高柔顺性指标要求，而且固化过程无污染、对环境友好、适合批量生产。

Description

一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶及其制备方法

技术领域

本发明属于密封胶技术领域，具体涉及一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶及其制备方法，适用于高速铁路无砟轨道嵌缝，且无固化污染、对环境友好、适合批量生产。

背景技术

近年来，随着我国高速铁路建设的日益发展，大量高铁线路陆续开工建设并投入运营，高速铁路成为未来铁路发展的必然趋势。无砟轨道作为未来高速铁路的主要形式，因其具有维修工作量少、轨道稳定性与耐久性好、平顺性高的优点，在铁路运营中逐渐取得了明显的优势。

早期高速铁路无砟轨道嵌缝用材料主要为沥青、聚氨酯，但沥青、聚氨酯材料的耐高低温性能、耐候性、耐久性较差，3-5年后性能衰退，导致无砟轨道嵌缝功能失效，目前已被硅酮类嵌缝材料所代替。硅酮类嵌缝材料是以硅酮橡胶弹性体为主体的嵌缝材料，除了具有聚氨酯密封胶的各种优异性能外，还因引入硅烷偶联剂提高了各种基材之间的粘结强度，具有优异的耐湿热老化性和贮存稳定性。

中国专利：申请号202110079563.4的发明提供了一种自流平硅酮密封胶及其在铁路无砟轨道嵌缝中的应用，其包括基础聚合物100份、混合填料80-100份、增塑剂30-50份、扩链剂8-12份、混合交联剂10-15份、偶联剂0.5-2份、脱水剂5-8份、催化剂0.5-1份，其中基础聚合物为α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，扩链剂为二甲基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷，虽然该产品具有断裂伸长率高(≥800％)、储存稳定的优点，但是该产品属于肟型硅酮密封胶，固化过程挥发的丁酮肟对基材，例如铜、铅、锌等有腐蚀作用，对环境不友好，且采用α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷生产时存在“粘度高峰”，制备工艺不稳定，不适合批量生产。

由于高速铁路无砟轨道对硅酮类嵌缝材料的柔顺性指标要求较高，拉伸量和延伸性分别要求≥100mm和≥600％(通用类仅要求≥25mm和≥400％)。中国专利：申请号201610105422.4的发明提供了一种脱醇型有机硅密封胶组合物和脱醇型有机硅密封胶及其制备方法，该组合物含有烷氧基封端聚二甲基硅氧烷、白炭黑、有机锡催化剂、增塑剂、除水剂、增粘剂和稳定剂，其中增塑剂为甲基硅油，增粘剂为双氨基硅烷增粘剂、单氨基硅烷增粘剂和烷氧基硅烷增粘剂中的一种或多种，稳定剂为烷基三烷氧基硅烷，虽然该密封胶能够在保证较好的透明度的情况下，获得较好的力学性能和体系稳定性，但是该密封胶的耐低温性能差，断裂伸长率低(≤400％)，不满足高速铁路无砟轨道嵌缝材料的使用要求。因此，亟需一种无固化污染、对环境友好、适合批量生产且满足高速铁路无砟轨道嵌缝材料高柔顺性指标要求的硅酮类密封胶。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种无固化污染、对环境友好、适合批量生产且满足高速铁路无砟轨道嵌缝材料高柔顺性指标要求的高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶及其制备方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，所述密封胶的组成成分及重量份比包括：基础聚合物100份、延展剂2-6份、交联剂2-10份、偶联剂0.4-1.6份、催化剂0.08-1.0份；

其中，所述基础聚合物为烷氧基封端聚二甲基硅氧烷，所述烷氧基封端聚二甲基硅氧烷的端部烷氧基为甲氧基、乙氧基中的任意一种或多种，所述延展剂为羟基硅油、乙二醇中的任意一种。

所述密封胶还包括增塑剂5-20份，所述增塑剂为甲基丙基硅油。

所述密封胶还包括增强填料30-50份，所述增强填料为活性纳米碳酸钙、活性重质碳酸钙、硅灰石、粉煤灰、白炭黑中的任意一种或多种。

所述密封胶还包括稳定剂1-8份，所述稳定剂为抗氧剂、耐紫外剂、阻燃剂、防霉剂中的任意一种或多种。

所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的任意一种或多种。

所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-(甲氧基聚氧化乙烯基)丙基三甲氧基硅烷、2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、环氧硅烷改性物中的任意一种或多种。

所述催化剂为钛酸酯化合物、二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、螯合锡中的任意一种或多种，其中，所述钛酸酯化合物为钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、双(乙酰丙酮)钛酸二异丙酯、双(乙酰丙酮)钛酸二异丁酯中的任意一种。

一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶的制备方法，所述制备方法依次按照以下步骤进行：

S1、对基础聚合物进行加热升温，搅拌后停机铲边，待料温升至95-105℃时抽真空，当料温升至125-135℃时脱水，制得基料；

S2、先向由步骤S1得到的基料中按所需比例加入延展剂，首次真空搅拌，停机铲边，再按所需比例依次加入交联剂、偶联剂和催化剂，再次真空搅拌，制得密封胶，密封保存。

所述密封胶还包括增塑剂5-20份；

步骤S1中，在加热升温前先将基础聚合物与增塑剂按所需比例混合。

步骤S1中，所述搅拌时长为30min，所述抽真空的真空度为-0.090MPa，所述脱水的时长为3h；

步骤S2中，所述首次真空搅拌的时长为30min、真空度为-0.092MPa，所述再次真空搅拌的时长为45min、真空度为-0.092MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶的组成成分及重量份比包括基础聚合物100份、延展剂2-6份、交联剂2-10份、偶联剂0.4-1.6份、催化剂0.08-1.0份，基础聚合物为烷氧基封端聚二甲基硅氧烷，烷氧基封端聚二甲基硅氧烷的端部烷氧基为甲氧基、乙氧基中的任意一种或多种，延展剂为羟基硅油、乙二醇中的任意一种，该密封胶的固化过程为，作为基础聚合物的烷氧基封端聚二甲基硅氧烷与作为延展剂的羟基硅油或乙二醇反应，生成长链烷氧基封端聚二甲基硅氧烷，该长链烷氧基封端聚二甲基硅氧烷再依靠空气中的水份缩合固化，逐步生成带有羟基基团的长链聚二甲基硅氧烷，最后带有羟基基团的长链聚二甲基硅氧烷之间通过羟基缩合反应生成三维网状弹性交联体，该三维网状弹性交联体即为密封胶，该密封胶一方面以羟基硅油或乙二醇作为延展剂，对基础聚合物起到延长扩链作用，不仅相比其他醇型扩链剂，本设计更能提高三维网状弹性交联体的断裂伸长率，使最终制得的密封胶满足高速铁路无砟轨道嵌缝材料的高柔顺性指标要求，而且相对于传统技术中的丁酮肟型密封胶，本设计的固化过程无污染、对环境友好，另一方面，由于烷氧基封端聚二甲基硅氧烷在制备密封胶的过程中无粘度高峰，工艺稳定可控，适合批量生产。因此，本发明不仅能够满足高速铁路无砟轨道嵌缝材料的高柔顺性指标要求，而且固化过程无污染、对环境友好、适合批量生产。

2、本发明一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶还包括增塑剂5-20份，增塑剂为甲基丙基硅油，由于甲基丙基硅油相比传统技术中作为增塑剂的甲基硅油多了一个丙基，使最终制得的三维网状弹性交联体具有更高的耐低温性能，更适用于高寒地区的高速铁路无砟轨道建设。因此，本发明具有更好的耐低温性能，适用于高寒地区。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，所述密封胶的组成成分及重量份比包括：基础聚合物100份、延展剂2-6份、交联剂2-10份、偶联剂0.4-1.6份、催化剂0.08-1.0份；

其中，所述基础聚合物为烷氧基封端聚二甲基硅氧烷，所述烷氧基封端聚二甲基硅氧烷的端部烷氧基为甲氧基、乙氧基中的任意一种或多种，所述延展剂为羟基硅油、乙二醇中的任意一种。

所述密封胶还包括增塑剂5-20份，所述增塑剂为甲基丙基硅油。

所述密封胶还包括增强填料30-50份，所述增强填料为活性纳米碳酸钙、活性重质碳酸钙、硅灰石、粉煤灰、白炭黑中的任意一种或多种。

所述密封胶还包括稳定剂1-8份，所述稳定剂为抗氧剂、耐紫外剂、阻燃剂、防霉剂中的任意一种或多种。

所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的任意一种或多种。

所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-(甲氧基聚氧化乙烯基)丙基三甲氧基硅烷、2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、环氧硅烷改性物中的任意一种或多种。

所述催化剂为钛酸酯化合物、二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、螯合锡中的任意一种或多种，其中，所述钛酸酯化合物为钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、双(乙酰丙酮)钛酸二异丙酯、双(乙酰丙酮)钛酸二异丁酯中的任意一种。

一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶的制备方法，所述制备方法依次按照以下步骤进行：

S1、对基础聚合物进行加热升温，搅拌后停机铲边，待料温升至95-105℃时抽真空，当料温升至125-135℃时脱水，制得基料；

S2、先向由步骤S1得到的基料中按所需比例加入延展剂，首次真空搅拌，停机铲边，再按所需比例依次加入交联剂、偶联剂和催化剂，再次真空搅拌，制得密封胶，密封保存。

所述密封胶还包括增塑剂5-20份；

步骤S1中，在加热升温前先将基础聚合物与增塑剂按所需比例混合。

步骤S1中，所述搅拌时长为30min，所述抽真空的真空度为-0.090MPa，所述脱水的时长为3h；

步骤S2中，所述首次真空搅拌的时长为30min、真空度为-0.092MPa，所述再次真空搅拌的时长为45min、真空度为-0.092MPa。

本发明的原理说明如下：

本发明一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶在制备时进行脱水、抽真空处理，制好后密封保存，使用时，挤出后在当前环境条件下依靠空气中的水分缩合固化，该缩合固化反应过程如下：

首先，2份烷氧基封端聚二甲基硅氧烷与延展剂(下式以羟基硅油为例)反应生成长链烷氧基封端聚二甲基硅氧烷，上述反应过程的化学反应式为：

然后，该长链烷氧基封端聚二甲基硅氧烷与交联剂(下式以四乙氧基硅烷为例)、偶联剂(下式以3-氨丙基三乙氧基硅烷为例)水解后的反应产物通过空气中的水分开始脱甲醇、乙醇，生成聚合物烷氧基封端聚二甲基硅氧烷，上述反应过程的化学反应式为：

Si(OEt)₄+H2O→HOSi(OEt)₃+EtOH ②

H₂N(CH₂)₂Si(OEt)₃+H2O→H₂N(CH₂)₂Si(OEt)₂OH+EtOH ③

①+②+③→(EtO)₂SiOSiOSiOSiOSi(CH₂)₂NH₂OEt+MeOH+EtOH ④

随后，该聚合物烷氧基封端聚二甲基硅氧烷与空气中的水分反应继续脱乙醇，逐步生成带有羟基基团的长链聚二甲基硅氧烷，上述反应过程的化学反应式为：

最后，带有羟基基团的长链聚二甲基硅氧烷之间通过羟基缩合反应生成三维网状弹性交联体，上述反应过程的化学反应式为：

实施例1：

一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其具体组成成分和重量份比见表1：

表1具体组成成分和重量份比

上述高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶的制备方法，依次按照以下步骤进行：

S1、将烷氧基封端聚二甲基硅氧烷、增塑剂、增强填料按所需比例一并加入至捏合机中，将捏合机导热油温度设定为180℃并开机加热升温，搅拌30min，停机铲边，待料温升至100℃时抽真空，真空度为-0.090MPa，当料温升至130℃时脱水，脱水时长为3h，停机降温，制得基料；

S2、先将由步骤S1得到的基料加入到行星搅拌机中搅拌5min，然后按所需比例依次加入延展剂、稳定剂，真空搅拌30min，真空度为-0.092MPa，停机铲边，再按所需比例依次加入交联剂、偶联剂和催化剂，真空搅拌45min，真空度为-0.092MPa，搅拌结束后充入氮气至真空度为0MPa，最终制得密封胶A1。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于：

所述密封胶的具体组成成分和重量份比见表2，最终制得密封胶A2：

表2具体组成成分和重量份比

实施例3：

与实施例1的不同之处在于：

所述密封胶的具体组成成分和重量份比见表3，最终制得密封胶A3：

表3具体组成成分和重量份比

实施例4：

与实施例1的不同之处在于：

所述密封胶的具体组成成分和重量份比见表4，最终制得密封胶A4：

表4具体组成成分和重量份比

性能测试：

1、将实施例1-4制得的密封胶室温下放置7天后，各取590mL进行物化性能测试，各性能指标检测结果如表5所示：

表5各性能指标测试结果

由表5可知，本发明所述的高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，不仅在经低温处理、热老化、碱处理、紫外老化后的断裂伸长率均≥600％，能够满足高速铁路无砟轨道的嵌缝材料的高柔顺性需求，而且在-20℃邵氏硬度≤36shore A，具有较好的耐低温性能。

2、为验证本发明中以羟基硅油或乙二醇作为延展剂对断裂伸长率的影响，以及以甲基丙基硅油作为增塑剂对耐高低温性能的影响，将实施例1制得的密封胶A1作为试验例1，将实施例3制得的密封胶A3作为试验例2，将二乙二醇作为延展剂制得的密封胶作为对照例1(其他组成成分和制备方法均与实施例1相同)，将以甲基硅油作为增塑剂制得的密封胶作为对照例2(其他组成成分和制备方法均与实施例1相同)，进行以下性能测试：

a、将对照例1室温下放置7天后取590mL进行断裂伸长率测试，测得其在常温23℃下的断裂伸长率为634％，而试验例1、试验例2的断裂伸长率分别为815％、819％，均远高于对照例1，由此可见，以羟基硅油或乙二醇作为延展剂使制得的密封胶具有更高的断裂伸长率。

b、将对照例2室温下放置7天后取590mL进行耐低温性能测试，具体为采用邵尔A型硬度计检测其-20℃下的硬度，测得其在-20℃邵氏硬度为45shore A，而试验例1、试验例2在-20℃邵氏硬度分别为34shore A、36shore A，低温条件下的柔软性更好，由此可见，采用甲基丙基硅油作为增塑剂使制得的密封胶具有更高的耐低温性能。

Claims (7)

1.一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其特征在于：

所述密封胶的组成成分及重量份比包括：基础聚合物100份、延展剂2-6份、交联剂2-10份、偶联剂0.4-1.6份、催化剂0.08-1.0份、增塑剂5-20份；

其中，所述基础聚合物为烷氧基封端聚二甲基硅氧烷，所述烷氧基封端聚二甲基硅氧烷的端部烷氧基为甲氧基、乙氧基中的任意一种或多种，所述延展剂为羟基硅油、乙二醇中的任意一种，所述增塑剂为甲基丙基硅油；

所述密封胶的制备方法依次按照以下步骤进行：

S1、先将基础聚合物与增塑剂按所需比例混合，加热升温，搅拌后停机铲边，待料温升至95-105℃时抽真空，当料温升至125-135℃时脱水，制得基料；

S2、先向由步骤S1得到的基料中按所需比例加入延展剂，首次真空搅拌，停机铲边，再按所需比例依次加入交联剂、偶联剂和催化剂，再次真空搅拌，制得密封胶，密封保存。

2.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其特征在于：所述密封胶还包括增强填料30-50份，所述增强填料为活性纳米碳酸钙、活性重质碳酸钙、硅灰石、粉煤灰、白炭黑中的任意一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其特征在于：所述密封胶还包括稳定剂1-8份，所述稳定剂为抗氧剂、耐紫外剂、阻燃剂、防霉剂中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其特征在于：所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的任意一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其特征在于：所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-（甲氧基聚氧化乙烯基）丙基三甲氧基硅烷、2-（3，4-环氧环己烷基）乙基三甲氧基硅烷、环氧硅烷改性物中的任意一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其特征在于：所述催化剂为钛酸酯化合物、二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、螯合锡中的任意一种或多种，其中，所述钛酸酯化合物为钛酸四异丙酯、钛酸四异丁酯、双（乙酰丙酮）钛酸二异丙酯、双（乙酰丙酮）钛酸二异丁酯中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道专用嵌缝硅酮密封胶，其特征在于：

步骤S1中，所述搅拌时长为30min，所述抽真空的真空度为-0.090MPa，所述脱水的时长为3h；

步骤S2中，所述首次真空搅拌的时长为30min、真空度为-0.092MPa，所述再次真空搅拌的时长为45min、真空度为-0.092MPa。