专利名称：高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高速铁路材料，具体地说是一种高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材 料及其制备方法。
背景技术：
随着科学技术的发展、铁路运输速度的提升，对铁路系统使用的材料提出了新的 要求。已有技术使用金属材料难以适应铁路工业的需要，难以使铁路运输速度进一步提高， 难以保证铁路高速运输的质量和安全。例如铁道轨道扣件，已有技术采用金属材料制成，其 缺点是重量大、弹性差、电阻率低、铺设和维护不方便。再如铁路机车系统，高速度要求现代 机车车辆高质量、轻重量，机车车辆用材料需满足重量轻、强度大、韧性好的要求，金属材料 已无法满足高速机车车辆的要求。
玻璃纤维增强尼龙材料与金属材料相比较，具有密度小、重量轻、弹性形变和绝缘 性优良、易于加工成型、能降低噪声、减小振动、成本低、方便维修、降低维修时间等优点。
充分发挥玻璃纤维增强尼龙材料的优点，发明一种重量小、弹性好、电阻率低、能 够降低噪声、减小振动、生产容易、施工方便、有利于进一步提高铁路运输速度的高速铁路 系统用玻璃纤维增强尼龙材料是铁路发展的迫切需要解决的问题。
经广泛检索专利文件和查阅国内外公开出版物，未见有与本发明材料完全相同的 高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料，本发明具有新颖性和创造性，本发明已在高速铁 路系统应用，具有实用性。发明内容
本发明的目的是提供一种重量小、弹性好、电阻率低、能够降低噪声、减小振动、生 产容易、施工方便、有利于进一步提高铁路运输速度的高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙 材料及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的
一种高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料，由以下重量比的原料组成
尼龙树脂 45-64份
玻璃纤维 30-35份
相容剂5-20份
抗氧剂0.1-0. 5 份
成核剂0.1-0. 5 份。
上面所述的尼龙树脂为下述三种中的一种或几种混合物尼龙6树脂、尼龙66树 脂、尼龙610树脂；相对粘度2. 7-2. 9 ；
玻璃纤维为经过偶联剂改性处理的无碱玻纤，直径6-17微米；
相容剂由以下重量比的原料制成
乙烯-辛烯共聚物60-80份3
聚乙烯15-；35份
顺丁烯二酸酐1-10份
1,4-双叔丁基过氧异丙基苯0. 1-0. 5份。
抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；
成核剂为长碳链饱和羧酸钠盐。
高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料的制备方法，步骤如下
(1)按重量比准确称取原料；
(2)将尼龙树脂、相容剂、抗氧剂和成核剂均勻混合后置入双螺杆挤出机；在双螺 杆挤出机专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维；
(3)温度控制双螺杆挤出机一区温度230-285 °C，二区温度230-285 °C，三区温 度230-285 °C，四区温度240-285 °C，五区温度240-285 °C，六区温度250-285 °C，七区温 度250485°C，八区温度对0-观51，九区温度240-285°C ；停留时间1_3分钟；主机转速 350-450转/分钟；
(4)出料挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
本发明的要点在于在玻璃纤维增强尼龙材料中添加一定比例的自制相容剂，通过 抗氧剂、成核剂以及合理的加工工艺的综合作用，制备出性能优良，尤其是力学性能，绝缘 性能和耐磨性能，既满足高速铁路系统用材料的要求，又降低了成本。本发明材料在高速铁 路中的应用，保证了高速铁路的安全运行。
本发明材料在铁路系统的运用分为两类，一类为铁道轨道扣件系统；另一类为铁 路机车车辆系统。对于铁道轨道扣件系统，本发明材料成功地解决了传统的金属材料的重 量大、弹性差、电阻率低、铺设和维护不方便的缺点。对于铁路机车车辆系统，本发明材料成 功地使轴承保持架强度大、韧性好，保证了高速铁路的安全运行。
本发明的优点是
1、玻璃纤维增强尼龙材料综合性能优良、密度小、质量轻；有利于进一步提高铁路 运输速度。
2、减振和降噪效果明显，保证高速列车安全运行。
3、本发明材料生产方便，易于成型，成本低廉。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步详细说明
在本发明实施例复合材料配方中，尼龙6树脂牌号为PA6M32800，广东新汇美达公 司提供；尼龙66树脂牌号为PA66EPR27，河南神马集团提供；尼龙610树脂牌号为PA610宜 兴化学试剂厂提供。玻璃纤维牌号为ER11-4.5-560A，巨石集团提供。相容剂自制，属马来 酸酐接枝弹性体和聚乙烯共聚物ΜΡ0Ε，牌号为XR-I。制备方法为相容剂配方由以下重量 比的原料制成Ρ0Ε 70%、聚乙烯25%、顺丁烯二酸酐4.7%、1，4-双叔丁基过氧异丙基苯 0.3%。其制备工艺为将弹性体乙烯-辛烯共聚物、聚乙烯、马来酸酐和过氧化物在高速 混料机中混合均勻后，经双螺杆共混挤出制得。加工工艺如下一区温度150-170°C，二区 温度160-180°C，三区温度160-180°C，四区温度170_190°C，五区温度180_200°C，六区温度 180-200°C，七区温度180-200°C，八区温度170_190°C，九区温度160_180°C ；停留时间1-3分钟，主机转速200-250转/分钟，制得相容剂。
抗氧剂选用化学名称为四[β-(3，5_二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯， 商品名Irganox 1010，瑞士汽巴精化公司提供。
成核剂选用化学名称是长碳链饱和羧酸钠盐，科莱恩公司提供。
本发明高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料的制备采用长径比为40的瑞亚公 司生产的75D双螺杆挤出机生产。加工工艺如下双螺杆挤出机一区温度230-285°C，二区 温度230-285°C，三区温度230-285°C，四区温度240-285°C，五区温度240_285°C，六区温 度250-285°C，七区温度250-285°C，八区温度240_285°C，九区温度240_285°C ；主机转速 350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例1
将63%的 ΡΑ6Μ32800，31· 4%的 ERl 1-4. 5_560Α，5%的 XR-1,0. 3%的 1010,0. 3% 的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，然后在双螺杆挤出机 中生产。加工条件为一区温度230°C，二区温度230°C，三区温度对01，四区温度对0°〇， 五区温度250°C，六区温度250°C，七区温度255°C，八区温度245°C，九区温度240°C ；主机 转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例2:
将58%的PA6M32800，31.4%的ER11-4. 5-560A，10%的XR_1，0. 3%的 1010,0. 3% 的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混勻，之后在双螺杆挤出机生 产。加工条件为一区温度230°C，二区温度230°C，三区温度对01，四区温度对01，五区 温度250°C，六区温度250°C，七区温度255°C，八区温度245°C，九区温度240°C ；主机转速 350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例3
将53%的PA6M32800，31.4%的ER11-4. 5-560A，15%的XR_1，0. 3%的 1010,0. 3% 的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混勻，之后在双螺杆挤出机生 产。加工条件为一区温度230°C，二区温度230°C，三区温度对01，四区温度对01，五区 温度250°C，六区温度250°C，七区温度255°C，八区温度245°C，九区温度240°C ；主机转速 350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例4
将48%的 PA6M32800，31. 4% 的ER11-4. 5-560A，20% 的 XR-1，0. 3% 的 1010,0. 3% 的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，之后在双螺杆挤出机 生产。加工条件为一区温度230°C，二区温度230°C，三区温度对01，四区温度对01，五 区温度250°C，六区温度250°C，七区温度255°C，八区温度245°C，九区温度240°C ；主机转 速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例5
将63%的 PA66EPR27，31. 4%的 ERl 1-4. 5_560A，5%的 XR-1,0. 3%的 1010,0. 3% 的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，之后在双螺杆挤出机 生产。加工条件为一区温度沘01，二区温度沘01，三区温度275°C，四区温度270°C，五 区温度270°C，六区温度270°C，七区温度275°C，八区温度275°C，九区温度275°C ；主机转 速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例6
将58%的PA66EPR27，31.4%的ER11-4. 5-560A，10%的XR_1，0. 3%的 1010,0. 3% 的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，之后在双螺杆挤出机 生产。加工条件为一区温度沘01，二区温度沘01，三区温度275°C，四区温度270°C，五 区温度270°C，六区温度270°C，七区温度275°C，八区温度275°C，九区温度275°C ；主机转 速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例7:
将53%的PA66EPR27，31.4%的ER11-4. 5-560A，15%的XR_1，0. 3%的 1010,0. 3% 的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，之后在双螺杆挤出机 生产。加工条件为一区温度沘01，二区温度沘01，三区温度275°C，四区温度270°C，五 区温度270°C，六区温度270°C，七区温度275°C，八区温度275°C，九区温度275°C ；主机转 速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例8
将48%的 PA66EPR27，31. 4% 的ER11-4. 5-560A，20% 的 XR-1，0. 3% 的 1010,0. 3% 的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，之后在双螺杆挤出机 生产。加工条件为一区温度沘01，二区温度沘01，三区温度275°C，四区温度270°C，五 区温度270°C，六区温度270°C，七区温度275°C，八区温度275°C，九区温度275°C ；主机转 速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例9
将53 % 的 PA66EPR27，10 % 的 PA6M32800，31. 4 % 的 ERl 1-4. 5-560A，5 % 的 XR-I， 0. 3%的1010，0. 3%的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混勻，之 后在双螺杆挤出机生产。加工条件为一区温度270°C，二区温度270°C，三区温度沈5°〇， 四区温度260°C，五区温度260°C，六区温度260°C，七区温度265°C，八区温度265°C，九区温 度265°C;主机转速350-450转/分钟；停留时间1_3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制 成。
实施例10
将48% 的 PA66EPR27,10% 的 PA6M32800, 31. 4% 的 ERl 1-4. 5-560A，10% 的 XR-I, 0. 3%的1010，0. 3%的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，之 后在双螺杆挤出机生产。加工条件为一区温度270°C，二区温度270°C，三区温度沈5°〇， 四区温度260°C，五区温度260°C，六区温度260°C，七区温度265°C，八区温度265°C，九区温 度265°C;主机转速350-450转/分钟；停留时间1_3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制 成。
实施例11
将43% 的 PA66EPR27,10% 的 PA6M32800, 31. 4% 的 ERl 1-4. 5-560A，15% 的 XR-I, 0. 3%的1010，0. 3%的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，之 后在双螺杆挤出机生产。加工条件为一区温度270°C，二区温度270°C，三区温度沈5°〇， 四区温度260°C，五区温度260°C，六区温度260°C，七区温度265°C，八区温度265°C，九区温 度265°C;主机转速350-450转/分钟；停留时间1_3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制 成。
实施例12
将38% 的 PA66EPR27,10% 的 PA6M32800, 31. 4% 的 ERl 1-4. 5_560A，20% 的 XR-I, 0. 3%的1010，0. 3%的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混勻，之 后在双螺杆挤出机生产。加工条件为一区温度270°C，二区温度270°C，三区温度沈5°〇， 四区温度260°C，五区温度260°C，六区温度260°C，七区温度265°C，八区温度265°C，九区温 度265°C;主机转速350-450转/分钟；停留时间1_3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制 成。
实施例13
将58%的 PA66EPR27，5%的 PA6610，31. 4%的 ERl 1-4. 5_560A，5%的 XR-1,0. 3% 的1010，0. 3%的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混勻，之后在双 螺杆挤出机生产，加工条件为一区温度270°C，二区温度270°C，三区温度265°C，四区温度 2600C，五区温度260°C，六区温度260°C，七区温度265°C，八区温度265°C，九区温度265°C ； 主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例14
将53%的 PA66EPR27，5%的 ΡΑ610，31· 4%的 ERl 1-4. 5-560Α，10%的 XR-1,0. 3% 的1010，0. 3%的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混勻，之后在双 螺杆挤出机生产。加工条件为一区温度270°C，二区温度270°C，三区温度沈51，四区温度 2600C，五区温度260°C，六区温度260°C，七区温度265°C，八区温度265°C，九区温度265°C ； 主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例15
将48%的 PA66EPR27，5%的 ΡΑ610，31· 4%的 ERl 1-4. 5-560Α，15%的 XR-1,0. 3% 的1010，0. 3%的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中将上述组分在室温下混勻，之后在双 螺杆挤出机生产。加工条件为一区温度270°C，二区温度270°C，三区温度沈51，四区温度 2600C，五区温度260°C，六区温度260°C，七区温度265°C，八区温度265°C，九区温度265°C ； 主机转速350-450转/分钟；停留时间1-3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例16
将43%的 PA66EPR27，5%的 ΡΑ610，31· 4%的 ERl 1-4. 5_560Α，20%的 XR-1,0. 3% 的1010，0. 3%的长碳链饱和羧酸钠盐在高速混合器中，将上述组分在室温下混勻，之后在 双螺杆挤出机生产。加工条件为一区温度270°C，二区温度270°C，三区温度265°C，四区 温度260°C，五区温度260°C，六区温度260°C，七区温度265°C，八区温度265°C，九区温度 265°C;主机转速350-450转/分钟；停留时间1_3分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
实施例17
实施例1——16制备的高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料力学性能测试
将制备好的粒料放入鼓风烘箱中，在120°C条件下烘干6小时；然后将干燥好的粒 料在注射成型机中进行注射成型制备样条；注射成型模温70°C。
拉伸性能测试按ISO 527-2进行，试样尺寸为150*10*4mm，拉伸速度为lOmm/min。 弯曲性能测试按ISO 178进行，试样尺寸为80*10*4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm。 简支梁冲击强度按ISO 179进行，试样尺寸为55*6*4mm，缺口深度为试样厚度的三分之 一。密度测试按照IS01183标准执行。体积电阻率测试标准按IEC60093执行，试样尺寸7100X100X3mm，分干态和和湿态测试。材料的综合力学性能通过测试所得的拉伸强度，弯 曲强度和弯曲模量以及冲击强度的数值进行评定。材料的绝缘性能以材料的表面电阻率来 评定。
测试结果见表1、表2。
表1 实施例对应的玻璃纤维增强尼龙材料的性能
权利要求
1.一种高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料，由以下重量比的原 料组成尼龙树脂 45-64份 玻璃纤维 30-35份 相容剂 5-20份 抗氧剂 0. 1-0. 5份 成核剂 0. 1-0. 5份。
2.根据权利要求1所述的高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料，其特征在于(1)尼龙树脂为下述三种中的一种或几种混合物尼龙6树脂、尼龙66树脂、尼龙610 树脂；相对粘度2. 7-2. 9 ；(2)玻璃纤维为经过偶联剂改性处理的无碱玻纤，直径6-17微米；(3)相容剂由以下重量比的原料制成 乙烯-辛烯共聚物60-80份 聚乙烯 15-35份 顺丁烯二酸酐 1-10份 1,4-双叔丁基过氧异丙基苯0. 1-0. 5份。(4)抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；(5)成核剂为长碳链饱和羧酸钠盐。
3.一种高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料的制备方法，步骤如下(1)按重量比准确称取原料；(2)将尼龙树脂、相容剂、抗氧剂和成核剂均勻混合后置入双螺杆挤出机；在双螺杆挤 出机专用玻璃纤维口处添加玻璃纤维；(3)温度控制双螺杆挤出机一区温度230-285°C，二区温度230-285 °C，三区温 度230-285 °C，四区温度240-285 °C，五区温度240-285 °C，六区温度250-285 °C，七区温 度250485°C，八区温度对0-观51，九区温度对0-观51；停留时间1_3分钟；主机转速 350-450转/分钟；(4)出料挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。
全文摘要
本发明涉及高速铁路材料，高速铁路系统用玻璃纤维增强尼龙材料及制备方法。现有技术难以使铁路运输速度进一步提高和保障高速运输的安全。本发明材料由以下重量比的原料组成尼龙树脂45-64份、玻璃纤维30-35、相容剂5-20、抗氧剂0.1-0.5、成核剂0.1-0.5。制备方法为按重量比准确称取原料；将尼龙树脂、相容剂、抗氧剂和成核剂均匀混合后置入双螺杆挤出机；添加玻璃纤维；温度控制230-285℃；时间1-3分钟；主机转速350-450转/分钟；挤出后冷却、干燥、切粒、混色制成。本发明的优点是玻璃纤维增强尼龙材料密度小、质量轻；减振和降噪效果明显；生产加工方便，易于成型，成本低廉。
文档编号C08L51/06GK102040829SQ20101058234
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者张永, 张现军, 李文龙, 梁惠强, 肖军华, 雷岳文 申请人:上海金发科技发展有限公司, 金发科技股份有限公司