CN117659696B - 一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铁路扣件系统用尼龙材料技术领域,尤其涉及一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料及其制备方法和应用,尼龙复合材料包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 30~60份,核壳粒子20~40份,玻璃纤维20~35份,尼龙增韧剂5~20份,尼龙分散剂0.2~1.0份,尼龙相容剂1~2份,尼龙热稳定剂2~5份,抗氧剂0.2~0.8份。该尼龙复合材料的抗疲劳耐低温性能高,能够应用在零下50℃的环境下;另外,将该尼龙复合材料应用在挡板座中时,经过水煮调湿后挡板座抗冲击和抗疲劳性能高。
Description
技术领域
本发明涉及铁路扣件系统用尼龙材料技术领域,尤其涉及一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚酰胺俗称尼龙,其机械强度高,韧性好,抗拉、抗压强度高,具有出色的抗疲劳性,良好的耐热性,耐腐蚀性,耐候性,电绝缘性,耐磨性和高软化点。由于其熔体粘度低,流动速率大,易填充,凝固快,成型周期短,生产效率高,是一种热塑性高分子材料,因此广泛应用于纺织和注塑行业。尼龙作为世界通用的五大工程塑料之首,广泛应用于汽车工业、轨道交通、电子器件、航空航天和纺织等领域。由于分子结构的高度有序性以及分子链上酰胺基团之间形成的氢键作用,使得尼龙复合材料在常温条件下具有一定的韧性和冲击强度。
但尼龙复合材料在低温条件下的冲击强度偏低,且随着温度的降低,冲击强度下降明显,使得尼龙复合材料在低温环境中使用时常有断裂现象的发生,严重限制了尼龙复合材料在低温条件下的应用。
目前,普遍采用添加玻璃纤维增强增韧的方法来提高其耐低温冲击的性能,但是,其也只能耐温至零下20℃,最低到零下30℃,性能就会大幅度衰减而产生断裂。随着铁路行业的发展,在铁路扣件领域中所使用的尼龙复合材料,其需要经受高寒环境—零下50℃的考验,因此,亟需提供一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料及其制备方法和应用来满足上述需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料及其制备方法和应用。
为解决上述问题,本发明所采取的技术方案是:
第一方面,提供了一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料,包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 30~60份,核壳粒子20~40份,玻璃纤维20~35份,尼龙增韧剂5~20份,尼龙分散剂0.2~1.0份,尼龙相容剂1~2份,尼龙热稳定剂2~5份,抗氧剂0.2~0.8份。
第二方面,提供了一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤S1、按重量份数计,取尼龙66 30~60份、核壳粒子20~40份、玻璃纤维20~35份、尼龙增韧剂5~20份、尼龙分散剂0.2~1.0份、尼龙相容剂1~2份、尼龙热稳定剂2~5份、抗氧剂0.2~0.8份放入到干燥箱中烘干水分;
步骤S2、将核壳粒子、尼龙增韧剂、尼龙分散剂、尼龙相容剂、尼龙热稳定剂和抗氧剂与尼龙66在高速混合机中初步混合制得改性尼龙预混料;
步骤S3、将所述改性尼龙预混料和玻璃纤维在挤出设备中熔融混合、挤出造粒得到所述抗疲劳耐低温尼龙复合材料。
作为发明的一种实施方式,所述核壳粒子的制备方法如下:
①、将弹性粒子、无机刚性粒子在50~100℃下干燥1~2小时,备用;
②、按重量配比称取干燥后的弹性粒子、无机刚性粒子加入料筒温度为20℃~40℃高速混合机中,转速设定为10000~15000r/min,搅拌5~10min;之后加入按重量配比称取的催化剂和引发剂,搅拌5~10min充分混合和均匀分散后得到混合物;
③、将所述混合物加入到高温高压反应容器中,然后将反应容器放入到电热鼓风干燥箱中进行反应,反应温度为260℃,反应时间为8h,最后将冷却后的反应物破碎即得所述核壳粒子。
作为发明的一种实施方式,所述核壳粒子由如下重量比的原料制成,弹性粒子:无机刚性粒子:引发剂:催化剂为30~50:50~70:0.1~2:0.5~2。
作为发明的一种实施方式,所述弹性粒子选自POE、EPDM、EVA、SBS中一种或几种;
所述无机刚性粒子选自蒙脱土、碳酸钙、滑石粉、高岭土、二氧化硅、硅藻土中的一种或几种,且所述蒙脱土、碳酸钙、滑石粉、高岭土、二氧化硅、硅藻土的粒径范围为0.01~50μm;
所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰、引发剂1173、引发剂1067中的任意一种;
所述催化剂为催化剂1027和催化剂1023的任意一种。
作为发明的一种实施方式,所述尼龙增韧剂选自KT-7、KT-915D中的任意一种或两种的混合;
所述尼龙分散剂选自AC540A、HyPer C181中的任意一种或两种的混合;
所述尼龙相容剂为马来酸酐接枝三元共聚物;
所述尼龙热稳定剂选自有机锡热稳定剂F-50、过渡金属热稳定剂WWP-C08、有机磷热稳定剂C252的一种或多种;
所述抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098混合复配制得,其中重量比例为抗氧剂168:抗氧剂1098=3:4。
作为发明的一种实施方式,步骤S1中,烘干温度为95~105℃,烘干时间为2~3小时;
步骤S2中,高速混合机的搅拌转速设定为10000~15000r/min,搅拌时间为5min;
步骤S3包括:将所述改性尼龙预混料加入挤出机中,玻璃纤维在挤出机中段加入,再经熔融、混合、均化后,通过与机头连接的口模形成料条,将其牵引、拉伸经过水槽水冷后,送入切粒机造粒得到所述抗疲劳耐低温尼龙复合材料;其中,所述挤出机为双螺杆挤出机,各区温度控制在215~290℃之间,所述挤出机的螺杆转速为200~300rpm。
第三方面,提供了一种如第一方面所述的抗疲劳耐低温尼龙复合材料在铁路挡板座中的应用。
作为发明的一种实施方式,所述应用的实施步骤包括:将所述改性抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化后,经后处理得到所述挡板座。
作为发明的一种实施方式,所述注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为70~80rpm,注射压力为70~85bar,注射速度为30~50mm/s,保压压力为30~40bar,保压时间为5~15s;
所述后处理的步骤包括:将由注塑机得到的产品水煮进行调湿处理,水煮温度90~105℃,时间2.5~3.5h,水煮完成后放入20~30℃水中浸泡3~5h。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
本发明提供的抗疲劳耐低温尼龙复合材料及其制备方法和应用,以尼龙66作为基体,添加核壳粒子、尼龙增韧剂、尼龙分散剂、尼龙相容剂、尼龙热稳定剂和抗氧剂共同作为混合改性剂通过熔融挤出使该混合改性剂分散在基体中从而起到改性效果。核壳粒子中的弹性粒子分子链柔顺性高,流动能力强,进入到尼龙66内部一方面能够发生更大变形,吸收冲击过程中的能量,另一方面增大尼龙66分子间的距离,进一步提高尼龙复合材料在零下50℃的耐低温韧性;另外,刚性粒子本身具有很强的吸附能力和良好的分散性能,分子上的羟基与尼龙上的酰胺基结合形成氢键作用,能够提高尼龙复合材料的抗冲击和抗疲劳性能。且,将该尼龙复合材料应用在挡板座中时,经过水煮调湿后也可提高挡板座的抗冲击和抗疲劳性能。
另外,本发明还利用高温高压法制备了具有增强增韧效果的核壳粒子,以改善尼龙66的耐低温韧性、冲击性能和抗疲劳性能。本发明在高温高压条件下,使弹性粒子熔融,通过添加引发剂和催化剂使弹性粒子和刚性粒子之间形成一种动态共价键,最终形成一种核壳粒子,使得该粒子兼具弹性粒子的增韧效果和刚性粒子的增强效果。
本发明提供的尼龙复合材料在零下50℃高寒条件下无缺口冲击强度高达135.6kJ/m2以上,说明其抗疲劳耐低温(零下50℃)冲击的性能优异,其能有效避免了因无缺口冲击强度过低而出现断裂的情况发生;利用该复合材料制备的挡板座,通过设置注塑机中熔融塑化中合适的保压压力和保压时间、以及调湿处理中合适的水煮温度和水煮时间,其也具备优异的抗疲劳耐低温(零下50℃)性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料,包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 30份,核壳粒子20份,玻璃纤维20份,KT-915D 5份,AC540A 0.2份,马来酸酐接枝三元共聚物1份,有机磷热稳定剂C252 2份,抗氧剂0.2份;
其中,抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098混合复配制得,且重量比例为抗氧剂168:抗氧剂1098=3:4。
抗疲劳耐低温尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤:
1)制备核壳粒子:
①、按重量份数计,称取EPDM 30份、滑石粉30份、高岭土10份、二氧化硅10份、引发剂1173 0.1份、催化剂1027 0.5份,将EPDM、滑石粉、高岭土和二氧化硅在50℃下干燥2小时,备用;
②、将干燥后EPDM、滑石粉、高岭土、二氧化硅加入料筒温度为20℃高速混合机中,转速设定为10000r/min,搅拌10min;之后加入引发剂1173和催化剂1027,搅拌5min充分混合和均匀分散后得到混合物;
③、将混合物加入到高温高压反应容器中,然后将反应容器放入到电热鼓风干燥箱中进行反应,反应温度为260℃,反应时间为8h,最后将冷却后的反应物破碎即得核壳粒子。
2)制备抗疲劳耐低温尼龙复合材料
①、称取尼龙66、步骤(1)制备的核壳粒子、玻璃纤维、KT-915D、AC540A、马来酸酐接枝三元共聚物、有机磷热稳定剂C252、抗氧剂放入到干燥箱中95℃下烘干3小时以烘干水分;
②、将尼龙66、核壳粒子、玻璃纤维、KT-915D、AC540A、马来酸酐接枝三元共聚物、有机磷热稳定剂C252、抗氧剂在高速混合机中初步混合制得改性尼龙预混料;高速混合机的搅拌转速设定为10000r/min,搅拌时间为10min;
将改性尼龙预混料加入挤出机中,玻璃纤维按比例在挤出机中段加入,熔融、混合、均化后,通过与机头连接的口模形成料条,将其牵引、拉伸经过水槽水冷后,送入切粒机造粒,得到抗疲劳耐低温尼龙复合材料;其中,挤出机为双螺杆挤出机,各区温度控制在215~290℃之间,挤出机螺杆转速为200rpm。
实施例2
本发明实施例提供了一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料,包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 50份,核壳粒子30份,玻璃纤维30份,KT-7 15份,HyPer C181 0.6份,马来酸酐接枝三元共聚物1.5份,有机锡热稳定剂F-50 4份,抗氧剂0.6份;
其中,抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098混合复配制得,且重量比例为抗氧剂168:抗氧剂1098=3:4。
抗疲劳耐低温尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤:
1)制备核壳粒子:
①、按重量份数计,称取POE 40份、蒙脱土35份、碳酸钙25份、偶氮二异丁腈1.2份、催化剂1023 0.5份,将POE、蒙脱土、蒙脱土和碳酸钙在80℃下干燥1.5小时,备用;
②、将干燥后的POE、蒙脱土、碳酸钙加入料筒温度为25℃高速混合机中,转速设定为12000r/min,搅拌8min;之后加入偶氮二异丁腈和催化剂1023,搅拌7min充分混合和均匀分散后得到混合物;
③、将混合物加入到高温高压反应容器中,然后将反应容器放入到电热鼓风干燥箱中进行反应,反应温度为260℃,反应时间为8h,最后将冷却后的反应物破碎即得核壳粒子。
2)制备抗疲劳耐低温尼龙复合材料
①、称取尼龙66、步骤1)制备的核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂放入到干燥箱中100℃下烘干2.5小时以烘干水分;
②、将尼龙66、核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂在高速混合机中初步混合制得改性尼龙预混料;高速混合机的搅拌转速设定为12000r/min,搅拌时间为8 min;
将改性尼龙预混料加入挤出机中,玻璃纤维按比例在挤出机中段加入,熔融、混合、均化后,通过与机头连接的口模形成料条,将其牵引、拉伸经过水槽水冷后,送入切粒机造粒,得到抗疲劳耐低温尼龙复合材料;其中,挤出机为双螺杆挤出机,各区温度控制在215~290℃之间,挤出机螺杆转速为250rpm。
实施例3
本发明实施例提供了一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料,包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 50份,核壳粒子40份,玻璃纤维35份,KT-7 10份,KT-915D 10份,AC540A 0.7份,HyPer C181 0.3份,马来酸酐接枝三元共聚物2份,有机磷热稳定剂C252 3份,过渡金属热稳定剂WWP-C08 2份,抗氧剂0.8份;
其中,抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098混合复配制得,且重量比例为抗氧剂168:抗氧剂1098=3:4。
抗疲劳耐低温尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤:
1)制备核壳粒子:
①、按重量份数计,称取EVA 20份、SBS 30份,二氧化硅40份、硅藻土30份、过氧化二苯甲酰 2份、催化剂1023 2份,将EVA、SBS、二氧化硅和硅藻土在100℃下干燥1小时,备用;
②、将干燥后的EVA、SBS、二氧化硅和硅藻土加入料筒温度为40℃高速混合机中,转速设定为15000r/min,搅拌5min;之后加入过氧化二苯甲酰和催化剂1023,搅拌10min充分混合和均匀分散后得到混合物;
③、将混合物加入到高温高压反应容器中,然后将反应容器放入到电热鼓风干燥箱中进行反应,反应温度为260℃,反应时间为8h,最后将冷却后的反应物破碎即得核壳粒子。
2)制备抗疲劳耐低温尼龙复合材料
①、称取尼龙66、核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂168和抗氧剂1098放入到干燥箱中105℃下烘干2小时以烘干水分;
②、将尼龙66、核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂168和抗氧剂1098在高速混合机中初步混合制得改性尼龙预混料;高速混合机的搅拌转速设定为15000r/min,搅拌时间为5 min;
将改性尼龙预混料加入挤出机中,玻璃纤维按比例在挤出机中段加入,熔融、混合、均化后,通过与机头连接的口模形成料条,将其牵引、拉伸经过水槽水冷后,送入切粒机造粒,得到抗疲劳耐低温尼龙复合材料;其中,挤出机为双螺杆挤出机,各区温度控制在215~290℃之间,挤出机螺杆转速为300rpm。
对比例1
本对比例提供了一种尼龙复合材料,包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 50份,玻璃纤维30份,KT-7 15份,HyPer C181 0.6份,马来酸酐接枝三元共聚物1.5份,有机锡热稳定剂F-50 4份,抗氧剂0.6份;
其中,抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098混合复配制得,且重量比例为抗氧剂168:抗氧剂1098=3:4。
尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤:
①、称取尼龙66、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂放入到干燥箱中100℃下烘干2.5小时以烘干水分;
②、将尼龙66、核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂在高速混合机中初步混合制得改性尼龙预混料;高速混合机的搅拌转速设定为12000r/min,搅拌时间为8 min;
将改性尼龙预混料加入挤出机中,玻璃纤维按比例在挤出机中段加入,熔融、混合、均化后,通过与机头连接的口模形成料条,将其牵引、拉伸经过水槽水冷后,送入切粒机造粒,得到抗疲劳耐低温尼龙复合材料;其中,挤出机为双螺杆挤出机,各区温度控制在215~290℃之间,挤出机螺杆转速为250rpm。
对比例2
本对比例提供了一种尼龙复合材料,包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 50份,核壳粒子30份,玻璃纤维10份,KT-7 15份,HyPer C181 0.6份,马来酸酐接枝三元共聚物1.5份,有机锡热稳定剂F-50 4份,抗氧剂0.6份;
其中,抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098混合复配制得,且重量比例为抗氧剂168:抗氧剂1098=3:4。
尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤:
1)制备核壳粒子:
①、按重量份数计,称取POE 40份、蒙脱土35份、碳酸钙25份、偶氮二异丁腈 1.2份、催化剂1023 0.5份,将POE、蒙脱土、蒙脱土和碳酸钙在80℃下干燥1.5小时,备用;
②、将干燥后的POE、蒙脱土、碳酸钙加入料筒温度为25℃高速混合机中,转速设定为12000r/min,搅拌8min;之后加入偶氮二异丁腈和催化剂1023,搅拌7min充分混合和均匀分散后得到混合物;
③、将混合物加入到高温高压反应容器中,然后将反应容器放入到电热鼓风干燥箱中进行反应,反应温度为260℃,反应时间为8h,最后将冷却后的反应物破碎即得核壳粒子。
2)制备尼龙复合材料
①、称取尼龙66、步骤1)制备的核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂放入到干燥箱中100℃下烘干2.5小时以烘干水分;
②、将尼龙66、核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂在高速混合机中初步混合制得改性尼龙预混料;高速混合机的搅拌转速设定为12000r/min,搅拌时间为8 min;
将改性尼龙预混料加入挤出机中,玻璃纤维按比例在挤出机中段加入,熔融、混合、均化后,通过与机头连接的口模形成料条,将其牵引、拉伸经过水槽水冷后,送入切粒机造粒,得到抗疲劳耐低温尼龙复合材料;其中,挤出机为双螺杆挤出机,各区温度控制在215~290℃之间,挤出机螺杆转速为250rpm。
对比例3
本对比例提供了一种尼龙复合材料,包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 50份,核壳粒子30份,玻璃纤维30份,KT-7 15份,HyPer C181 0.6份,马来酸酐接枝三元共聚物1.5份,有机锡热稳定剂F-50 4份,抗氧剂0.6份;
其中,抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098混合复配制得,且重量比例为抗氧剂168:抗氧剂1098=3:4。
尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤:
1)制备核壳粒子:
①、按重量份数计,称取POE 10份、蒙脱土35份、碳酸钙25份、偶氮二异丁腈 1.2份、催化剂1023 0.5份,将POE、蒙脱土、蒙脱土和碳酸钙在80℃下干燥1.5小时,备用;
②、将干燥后的POE、蒙脱土、碳酸钙加入料筒温度为25℃高速混合机中,转速设定为12000r/min,搅拌8min;之后加入偶氮二异丁腈和催化剂1023,搅拌7min充分混合和均匀分散后得到混合物;
③、将混合物加入到高温高压反应容器中,然后将反应容器放入到电热鼓风干燥箱中进行反应,反应温度为260℃,反应时间为8h,最后将冷却后的反应物破碎即得核壳粒子。
2)制备尼龙复合材料
①、称取尼龙66、步骤1)制备的核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂放入到干燥箱中100℃下烘干2.5小时以烘干水分;
②、将尼龙66、核壳粒子、玻璃纤维、KT-7、HyPer C181、马来酸酐接枝三元共聚物、有机锡热稳定剂F-50、抗氧剂在高速混合机中初步混合制得改性尼龙预混料;高速混合机的搅拌转速设定为12000r/min,搅拌时间为8min;
将改性尼龙预混料加入挤出机中,玻璃纤维按比例在挤出机中段加入,熔融、混合、均化后,通过与机头连接的口模形成料条,将其牵引、拉伸经过水槽水冷后,送入切粒机造粒,得到抗疲劳耐低温尼龙复合材料;其中,挤出机为双螺杆挤出机,各区温度控制在215~290℃之间,挤出机螺杆转速为250rpm。
实施例4
本发明实施例提供了一种挡板座,其制备步骤如下:
1)将实施例2得到的抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化,注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为70rpm,注射压力为70bar,注射速度为30mm/s,保压压力为30bar,保压时间为5s;
2)将步骤1)得到的成品水煮进行调湿处理,水煮温度90℃,时间2.5h,水煮完后在放入30℃水中浸泡3h取出,即得挡板座。
实施例5
1)将实施例2得到的抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化,注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为75rpm,注射压力为80bar,注射速度为40mm/s,保压压力为35bar,保压时间为10s;
2)将步骤1)得到的成品水煮进行调湿处理,水煮温度100℃,时间3h,水煮完后在放入25℃水中浸泡4h取出,即得挡板座。
实施例6
1)将实施例2得到的抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化,注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为80rpm,注射压力为85bar,注射速度为50mm/s,保压压力为40bar,保压时间为15s;
2)将步骤1)得到的成品水煮进行调湿处理,水煮温度105℃,时间3.5h,水煮完后在放入20℃水中浸泡5h取出,即得挡板座。
实施例7
1)将实施例1得到的抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化,注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为75rpm,注射压力为80bar,注射速度为40mm/s,保压压力为35bar,保压时间为10s;
2)将步骤1)得到的成品水煮进行调湿处理,水煮温度100℃,时间3h,水煮完后在放入25℃水中浸泡4h取出,即得挡板座。
实施例8
1)将实施例3得到的抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化,注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为75rpm,注射压力为80bar,注射速度为40mm/s,保压压力为35bar,保压时间为10s;
2)将步骤1)得到的成品水煮进行调湿处理,水煮温度100℃,时间3h,水煮完后在放入25℃水中浸泡4h取出,即得挡板座。
对比例4
1)将实施例2得到的抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化,注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为75rpm,注射压力为80bar,注射速度为40mm/s;
2)将步骤1)得到的成品水煮进行调湿处理,水煮温度100℃,时间3h,水煮完后在放入25℃水中浸泡4h取出,即得挡板座。
对比例5
1)将实施例2得到的抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化,注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为75rpm,注射压力为80bar,注射速度为40mm/s,保压压力为15bar,保压时间为10s;
2)将步骤1)得到的成品水煮进行调湿处理,水煮温度100℃,时间3h,水煮完后在放入25℃水中浸泡4h取出,即得挡板座。
对比例6
1)将实施例2得到的抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化,注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为75rpm,注射压力为80bar,注射速度为40mm/s,保压压力为35bar,保压时间为10s;
2)将步骤1)得到的成品水煮进行调湿处理,水煮温度80℃,时间3h,水煮完后在放入25℃水中浸泡4h取出,即得挡板座。
效果例1:
对实施例1-实施例3、对比例1-对比例3得到的材料按照GB/T 1043.1标准进行零下50℃高寒条件下无缺口冲击强度的性能测试,结果如表1所示。
表1
由表1可知,对比例1-对比例3得到的尼龙复合材料在零下50℃高寒条件下无缺口冲击强度最高仅为110.5kJ/m2;而实施例1-实施例3得到的尼龙复合材料在零下50℃高寒条件下无缺口冲击强度高达135.6 kJ/m2以上,说明其抗疲劳耐低温(零下50℃)冲击的性能优异,其能有效避免了因无缺口冲击强度过低而出现断裂的情况发生。
效果例2
对实施例4-实施例8、对比例4-对比例6得到的挡板座进行耐疲劳测试和零下50℃下的低温冲击测试,结果如表2所示。
耐疲劳测试:将实施例4-实施例8、对比例4-对比例6制得的挡板座进行耐疲劳测试,按照TB/T 3396.4-2015标准测试挡板座是否合格,得到的测试结果如表2所示。
低温冲击测试的方式为:将实施例4-实施例6、对比例4-对比例6制得的挡板座放到提前设定好零下50℃低温箱中30min,取出后立即做落锤冲击试验,落锤重量4.5kg,在挡板座上方450mm处自由落体冲击在挡板座上。
以挡板座是否破碎作为评价挡板座是否合格的标准,得到的测试结果如表2所示。
表2
由表2可知,通过前述实施例1-实施例3制备的复合材料所制得的挡板座,通过设置注塑机中熔融塑化中合适的保压压力和保压时间、以及调湿处理中合适的水煮温度和水煮时间,挡板座的耐疲劳性能好、零下50℃下的低温冲击性能好。
效果例3
对由实施例5得到的挡板座进行300万次疲劳测试,测试方式按照TB/T 3396.4-2015标准进行。结果表明:得到的挡板座在经过300万次疲劳测试后,挡板座未发生任何变形和破裂,表面虽具有摩擦痕迹,但整体光滑,没有碎屑产生,因此,本发明得到的挡板座抗疲劳性能好。
Claims (4)
1.一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料在铁路挡板座中的应用,其特征在于,所述应用的实施步骤包括:将所述抗疲劳耐低温尼龙复合材料加入到注塑机中熔融塑化后,经后处理得到所述挡板座;
所述注塑机各区温度控制在240~290℃之间,螺杆转速为70~80rpm,注射压力为70~85bar,注射速度为30~50mm/s,保压压力为30~40bar,保压时间为5~15s;
所述后处理的步骤包括:将由注塑机得到的产品水煮进行调湿处理,水煮温度90~105℃,时间2.5~3.5h,水煮完成后放入20~30℃水中浸泡3~5h;
所述抗疲劳耐低温尼龙复合材料包含按重量份数计的以下组分:尼龙66 30~60份,核壳粒子20~40份,玻璃纤维20~35份,尼龙增韧剂5~20份,尼龙分散剂0.2~1.0份,尼龙相容剂1~2份,尼龙热稳定剂2~5份,抗氧剂0.2~0.8份;
其中,所述核壳粒子由如下重量比的原料制成,弹性粒子:无机刚性粒子:引发剂:催化剂为30~50:50~70:0.1~2:0.5~2;
所述弹性粒子选自POE、EPDM、EVA、SBS中一种或几种;
所述无机刚性粒子选自蒙脱土、碳酸钙、滑石粉、高岭土、二氧化硅、硅藻土中的一种或几种,且所述蒙脱土、碳酸钙、滑石粉、高岭土、二氧化硅、硅藻土的粒径范围为0.01~50μm;
所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二苯甲酰中的任意一种;
所述催化剂为催化剂1027;
所述核壳粒子的制备方法如下:
①、将弹性粒子、无机刚性粒子在50~100℃下干燥1~2小时,备用;
②、按重量配比称取干燥后的弹性粒子、无机刚性粒子加入料筒温度为20℃~40℃高速混合机中,转速设定为10000~15000r/min,搅拌5~10min;之后加入按重量配比称取的催化剂和引发剂,搅拌5~10min充分混合和均匀分散后得到混合物;
③、将所述混合物加入到高温高压反应容器中,然后将反应容器放入到电热鼓风干燥箱中进行反应,反应温度为260℃,反应时间为8h,最后将冷却后的反应物破碎即得所述核壳粒子。
2.根据权利要求1所述的一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料在铁路挡板座中的应用,其特征在于,所述抗疲劳耐低温尼龙复合材料的制备方法包括以下步骤:
步骤S1、按重量份数计,取尼龙66 30~60份、核壳粒子20~40份、玻璃纤维20~35份、尼龙增韧剂5~20份、尼龙分散剂0.2~1.0份、尼龙相容剂1~2份、尼龙热稳定剂2~5份、抗氧剂0.2~0.8份放入到干燥箱中烘干水分;
步骤S2、将核壳粒子、尼龙增韧剂、尼龙分散剂、尼龙相容剂、尼龙热稳定剂和抗氧剂与尼龙66在高速混合机中初步混合制得改性尼龙预混料;
步骤S3、将所述改性尼龙预混料和玻璃纤维在挤出设备中熔融混合、挤出造粒得到所述抗疲劳耐低温尼龙复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料在铁路挡板座中的应用,其特征在于,所述尼龙增韧剂为KT-7;所述尼龙分散剂选自AC540A、HyPer C181中的任意一种或两种的混合;所述抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1098混合复配制得,其中重量比例为抗氧剂168:抗氧剂1098=3:4。
4.根据权利要求2所述的一种抗疲劳耐低温尼龙复合材料在铁路挡板座中的应用,其特征在于,步骤S1中,烘干温度为95~105℃,烘干时间为2~3小时;
步骤S2中,高速混合机的搅拌转速设定为10000~15000r/min,搅拌时间为5min;
步骤S3包括:将所述改性尼龙预混料加入挤出机中,玻璃纤维在挤出机中段加入,再经熔融、混合、均化后,通过与机头连接的口模形成料条,将其牵引、拉伸经过水槽水冷后,送入切粒机造粒得到所述抗疲劳耐低温尼龙复合材料;其中,所述挤出机为双螺杆挤出机,各区温度控制在215~290℃之间,所述挤出机的螺杆转速为200~300rpm。
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