专利名称：高铁钢轨固件用的一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有机高分子材料，属于聚酰胺(俗称尼龙，代号PA)类的PA66、PA6或 PA66/PA为基料，经加入成核剂、玻纤增强剂和助剂共混、熔融挤出，造粒而成。一种强、韧尼 龙复合工程材料及其制备方法，特别是一种高强度工程塑料的配方及其制作方法，即高铁 轨枕固件用一种强、韧尼龙复合工程塑料及其制备方法。
背景技术：
传统的铁路轨枕固件通常采用金属材料制作，重量大，能耗高，成型加工困难，常 有爬串性，弹性低，不绝缘等问题，在现代化高速铁路铺设、使用和维护中，受到限制并有安 全隐患，不能满足现代高速铁路发展需要。因此急需开发重量轻、持轨能力强、减震性能好、绝缘性好、防爬串能力高、零件精 度高且可靠性优良，并具有易加工成型、生产能耗低、成本低的工程塑料材料替代传统的金 属材料，以满足高铁轨枕固件需要。南京聚隆工程塑料有限公司，已经完成“高速铁路钢轨扣件用尼龙工程塑料及制 作方法”的专利。其所用的高档原材料，相对成本较高，本发明一种强、韧尼龙复合工程塑料 树脂采用加入成核剂，增加晶种数量、降低晶球尺寸、应力分散，提高材料的物理机械性能， 既满足高铁枕轨技术要求又降低成本。
发明内容
本发明的目的是满足高铁钢轨固件所用工程塑料技术要求，同时降低其成本，采 用的组分2)无机成核剂为大于3000目硫酸镁(MgSO4)、滑石粉(或纳米级)、规整四角氧 化锌(T-ZnO)晶须，蒙脱土(MMT)或超微插层蒙脱土、碳酸钙和硅灰石中的一种或以上的组 合，其用量在0.5 2. 范围。提高体系晶种数量，降低结晶尺寸，应力分散好，如加入超 微插层蒙脱土，同时降低成本，可为生产高铁轨枕工程塑料固件提供质优价廉的强、韧工程 塑料树脂。本发明配方设计的技术方案如下—种高铁钢轨固件用的工程塑料(强、韧尼龙复合工程材料及其制备方法)，其 特征在于它由下列原料组成与组份(重量％ ) :1)PA66, PA6或PA66/PA655 75、2)成核 剂0. 5 2. 0(按组分1用量)、3)增强剂20 45、4)增韧剂3. 0 15、5)偶联剂0. 3 4. 0、6)抗氧剂0. 3 3. 0、7)流变剂0. 2 2. 0、8) ±曾白剂0. 001 0. 01和9)光稳定剂 0. 001 0. 01。一种高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合工程材料及其制备方法实施过程，其特征 在于它由步骤一和步骤二实施完成步骤一配混物料该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作操作一称量备料
该操作是以如下步骤为特征，包括如下操作一、称取配方中液体组分组分5)偶联剂重量或体积(kg或ml)备用。二、称取物料组分1)尼龙66EPR32树脂重量和4)增韧剂重量(kg)备用。三、称取助剂组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合计重量(kg)合计[重量百分数1. 0 5. )]备用。四、备料组分3)增强剂一无碱无捻长丝备用于熔融挤出过程中。操作二 配料将按配方称取重量的组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定 剂混合，为避免微量组分难分散均勻，进行粉体预分散性混合生成粉体混合物A备用。操作三混料将称取的组分1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均勻分 散到物料表面后，继续搅拌5 10分钟，然后按加入助剂组分A)后，低速搅拌5分钟后，转 高速搅拌5 10分钟，搅拌均勻后的混合物料B)备用。步骤二 用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒将操作二的混合物料B)加入双螺 杆挤出机料斗中。在如下工艺条件料筒温度250 280°C，熔体温度220 250°C，主机转 数100 400rpm，喂料速度2 6，停留时间1 lOmin。在挤出同时，加入预处理的组分 3)无碱玻璃纤维长丝，切粒机250 500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧 尼龙复合工程材料。本发明具有的效果本发明利用尼龙树脂，加入增强剂、增韧剂、成核剂和提高相关性能的助剂，制得 强韧尼龙工程塑料树脂，经注塑成型可制成高铁轨枕固件。强韧尼龙固件具有能耗低、成本 低、易加工成型、重量轻、固件精度高、固持轨道能力强、减震效果好、绝缘性能好，综合性能 可靠等优点。尼龙工程塑料因具有如此特点，已获铁路相关部门认可，并应用于高铁建设 中。利用本专利制备强韧尼龙树脂满足高铁轨枕固件技术指标要求，是成本低，性能 优异的尼龙复合工程材料，用此材料制备的轨距块、轨距挡板和预埋套管，重量轻、易成型 加工，具有高强、高模和高抗冲，而且制备的树脂成本低，而预埋套管的拉力大于15吨，大 于18吨，破坏性实验达25吨以上。本发明所制备工程塑料树脂尚可应用于汽车制造等领 域。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进一步阐述说明。实施例1 按一种重量为45kg的高铁轨枕固件用强、韧尼龙复合工程材料，其组份和组成 (重量％ )计算，称取组分重量一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，其特征包括如下步骤步骤一配混物料该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作操作一称量一、称取配方中液体组分组分5)偶联剂200ml备用。
二、称取物料1)尼龙66 EPR32树脂25公斤和4)增韧剂(EPDM_g_MAH) 5公斤备用。三、称取助剂组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合计 1.0公斤。四、备料组分3)增强剂一无碱无捻长丝备，用于挤出过程中。操作二 配料按配方组分重量百分比)，称取相应组分的对应重量后，将2)成核剂、6)抗氧 剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂混合，为避免微量组分难分散均勻，进行粉体预分散 性混合生成粉体混合物A备用。将称取的组分1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均勻分 散到物料表面后，继续搅拌5 10分钟，然后按加入助剂组分A)后，低速搅拌5分钟后，转 高速搅拌5 10分钟，搅拌均勻后的混合物料B)备用。步骤二 用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒将操作二的混合物料B)加入双螺 杆挤出机料斗中。在如下工艺条件料筒温度250 280°C，熔体温度220 250°C，主机转 数100 400rpm，喂料速度2 6，停留时间1 lOmin。在挤出同时，加入预处理的组分 3)无碱玻璃纤维长丝，切粒机250 500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧 尼龙复合工程材料。实施例2 按一种重量为90kg的高铁轨枕固件用的强、韧尼龙复合工程材料，其组份和组成 (重量％ )计算，称取组分重量一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，其特征包括如下步骤步骤一配混物料该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作操作一称量一、称取配方中液体组分组分5)偶联剂400ml备用。二、称取物料组分1)尼龙66EPR27树脂50公斤、PA6树脂8公斤和组分4)增韧 剂(P0E-g-MAH)3公斤备用。三、称取助剂组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合 计-2. 8公斤。四、备料组分3)增强剂一无碱无捻长丝备，用于出过程中。操作二 配料按配方组分称取重量后，将2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳 定剂混合，为避免微量组分难分散均勻，进行粉体预分散性混合生成粉体混合物A备用。将称取的组分1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均勻分 散到物料表面后，继续搅拌5 10分钟，然后按加入粉体助剂混合物A)后，低速搅拌5分 钟后，转高速搅拌5 10分钟，搅拌均勻后的混合物料B)备用。步骤二 用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒将操作二的混合物料B)加入双螺 杆挤出机料斗中。在如下工艺条件料筒温度250 280°C，熔体温度220 250°C，主机转 数100 400rpm，喂料速度2 6，停留时间1 lOmin。在挤出同时，加入预处理的组分 3)无碱玻璃纤维长丝，切粒机250 500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合工程材料。实施例3 按一种重量为90kg的高铁轨枕固件用强、韧尼龙复合工程材料，其组份(重量) 和组成(重量％ )计算，称取组分(重量)一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，其特征包括如下步骤步骤一配混物料；该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作操作一称量一、称取配方中液体组分组分5)偶联剂400ml备用。二、称取物料1)尼龙66ST27树脂50公斤、PA6树脂10公斤备用。三、称取助剂组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合计 2. 8公斤。四、备料组分3)增强剂一无碱无捻长丝备用鱼挤出过程中。操作二 配料按配方组分重量百分比)，称取相应组分的对应重量后，将2)成核剂、6)抗氧 剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂混合，为避免微量组分难分散均勻，进行粉体预分散 性混合生成粉体混合物A备用。将称取的组分1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均勻分 散到物料表面后，继续搅拌5 10分钟，然后按加入助剂组分A)后，低速搅拌5分钟后，转 高速搅拌5 10分钟，搅拌均勻后的混合物料B)备用。步骤二 用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒将操作二的混合物料B)加入双螺 杆挤出机料斗中。在如下工艺条件料筒温度250 280°C，熔体温度220 250°C，主机转 数100 400rpm，喂料速度2 6，停留时间1 lOmin。在挤出同时，加入预处理的组分 3)无碱玻璃纤维长丝，切粒机250 500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧 尼龙复合工程材料。附表1 本发明高铁轨枕固件用强、韧尼龙复合工程材料，实施例的主要性能 附表2 高铁钢轨固件所用工程塑料技术指标
权利要求
高铁钢轨固件用的一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，是属有机高分子材料，其特征在于包括由下列组份与组成(重量％)构成的配方，经配料、共混、250～280℃熔融，玻璃纤维复合挤出，造粒制备该复合树脂材料，其具有容易注塑加工成型，冲、拉、弯、压强度高。满足高铁轨枕固件所需原料的技术指标。具有质量轻、强度高、韧性好、承重大、易成型，成本低的特点。附表1、原材料组份与组成(重量％)附表1、组分4)增韧剂3.0～15w％；3)增强剂15～45w％；除液体偶联剂外，粉体助剂组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和光稳定剂合计重量百分比1～5(w％)。FSA00000100660100011.tif
2.根据权利要求1、所述的根据高铁钢轨固件用强、韧尼龙复合材料，其特征在于所述 的尼龙66树脂为1)尼龙(PA)的PA66、PA6或PA66/PA6，为一种或以上的组合基料，其用 量在55 75w%范围。
3.根据权利要求1、所述的根据高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所 述的组分2)无机成核剂为大于3000目硫酸镁(MgSO4)、滑石粉(或纳米级)、规整四角氧化 锌(T-ZnO)晶须，蒙脱土(MMT)、超微插层蒙脱土、碳酸钙和硅灰石中的一种或以上的组合， 其用量在0.5 2. 范围。
4.根据权利要求1、所述的根据高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所 述的增强剂为3)预处理的无碱无捻长纱是巨石集团玻璃纤维JS-E-910-R13-2000或无碱 短切玻璃纤维，其用量在31. 0 45w%范围。
5.根据权利要求1、所述的根据高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所 述的组分 4)增韧剂包括 POE-g-MAH、EPDM-g-MAH、PE-g-MAH、PP-g-MAH、EVA 和 S^S 中的一 种或以上的组合，其用量在3. 0 15. 范围。
6.根据权利要求1、所述的根据高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所 述的组分6)抗氧剂为四[β-(3. 5-二叔丁基，4-羟基苯基)丙酸]季戊四酯醇(JY-1010)、 N，N' -1，6-亚己基-双[3-(3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺](1098)、亚磷酸三 (2. 4-二叔丁基苯基)酯(JY-168)、双(2，4_二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(JY-626) 中的一种或以上的组合，其用量在0. 2 2. 范围。
7.根据权利要求1、所述的根据高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所 述的流变剂为7)N，N'双乙撑硬脂肪酸酰胺的改性产品(TAF)、高分子硅酮(SG-100)，其用 量在0.2 2. 0w%范围。
8.根据权利要求1、所述的根据高铁钢轨固件用的强、韧尼龙复合材料，其特征在于所 述的增白剂为8)2. 2' -(4,4' -二苯乙烯基_)双苯并噁唑(0B-1)、4. 4-双(5-甲基-2-苯 并唑基)二苯乙烯(KSN)、增白王(双苯并恶唑类)中的一种或以上的组合，其用量在 0. 001 0. 01w%范围。
9.根据权利要求1、所述的根据高铁钢轨固件用强、韧尼龙复合材料，其特征在于所述 的10)光稳定剂聚为聚-{[6-[(1，1，3，3，-四甲基丁基)-胺基]1，3，5，-三嗪-2，4-二基] [(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亚胺基]-1，6-己烷二基-[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亚胺 基]}(光稳定剂944)和聚{[6-[(1，1，3，3_四甲基丁基)氨基]]_1，3，5-三嗪-2，4-双 [(2，2，6，6，_四甲基-哌啶基)亚氨基]-1，6-己二撑[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚 氨基]}与聚丁二酸(4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯(光稳定剂783)中的一 种或以上的组合其用量在0. 001 0. 范围。
10.一种高铁钢轨固件用强、韧尼龙复合材料制备方法，其特征包括如下步骤步骤一配混物料该步骤是以如下步骤为特征，包括如下操作操作一称量备料该操作是以如下步骤为特征，包括如下操作一、称取配方中液体组分组分5)偶联剂重量或体积(kg或ml)备用。二、称取物料组分1)尼龙66EPR32树脂重量和4)增韧剂重量(kg)备用。三、称取助剂组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂合计重 量(kg)合计[重量百分数1.0 5.0备用。四、备料组分3)增强剂-无碱无捻长丝备用于熔融挤出过程中。操作二 配料将按配方称取重量的组分2)成核剂、6)抗氧剂、7)流变剂、8)增白剂和9)光稳定剂混 合，为避免微量组分难分散均勻，进行粉体预分散性混合生成粉体混合物A备用。操作三混料将称取的组分1)、4)投入高速混合机中，开启搅拌，同时缓慢加入组分5)均勻分散到 物料表面后，继续搅拌5 10分钟，然后按加入助剂组分A)后，低速搅拌5分钟后，转高速 搅拌5 10分钟，搅拌均勻后的混合物料B)备用。步骤二 用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒将操作二的混合物料B)加入双螺杆挤 出机料斗中。在如下工艺条件料筒温度250 280°C，熔体温度220 250°C，主机转数 100 400rpm，喂料速度2 6，停留时间1 lOmin。在挤出同时，加入预处理的组分3) 无碱玻璃纤维长丝，切粒机250 500rpm，造粒包装，所得即为高铁钢轨固件用的强、韧尼 龙复合工程材料。
全文摘要
高铁轨枕固件用一种强、韧尼龙复合材料及其制备方法，是属有机高分子材料，其特征在于包括由下列原材料组成与组份(重量％)，以尼龙(PA)的PA66、PA6或PA66/PA6为基料，加入成核剂、增强剂、偶联剂、增韧剂、抗氧剂流变剂和增白剂，经称重、配料、共混、250～280℃熔融，与无碱玻璃纤维复合挤出，造粒而成。该复合材料，具有容易注塑加工成型，冲、拉、弯、强度高。满足高铁钢轨与枕板固件所需原料的技术指标。具有质量轻、强度高、韧性好、承重大、易成型，成本低的特点。
文档编号C08L23/08GK101899211SQ201010170798
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者陈勇男 申请人:陈勇男