本发明涉及一种超高分子量聚乙烯材料，特别涉及一种改性超高分子量聚乙烯材料及其用作铁路垫板。
背景技术：
火车以其高速度低事故率的特点被青睐，同时火车也作为一种货物运输工具被选择。青藏铁路是重要的进藏铁路，被誉为天路，是世界上海拔最高、在冻土上路程最长的高原铁路，且经过的漠河地区，最低温度甚至达到零下52.3℃，除了青藏铁路，我国还有许多环境恶劣，例如低温、高辐射等地，火车的建设是人们出行必不可少的交通工具。铁轨是火车运行必不可少的基础建设，其质量好坏直接影响火车的速度和安全。为了使火车在行驶过程中更加稳定，一般会在铁轨的下面设置垫板来实现减震效果。
我国铁轨下的垫板常常采用钢板、橡胶、尼龙、塑料或其复合材料等制成，为了减小摩擦力，也常常采用橡胶垫板上粘贴不锈钢板的复合胶板。橡胶具有较差的耐低温性能，低温使橡胶失去弹性，甚至发生断裂贮存性能；虽然硅橡胶具有较好的耐低温性能，但是硅橡胶的耐压性能较差，作为铁轨垫板不具有较好的抗压性；尼龙在低温条件下具有较好的抗压性能，但尼龙易吸水，在高温潮湿的环境中，不仅影响尼龙的稳定性，而且在进行注塑时对注塑环境要求严格，例如，微量的水分会大大降低其机械强度，同时尼龙具有较差的耐热性，导致垫板在高温地区而影响垫板的性能。
因此，有必要对现有技术进行改进以解决上述技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性超高分子量聚乙烯材料及其用作铁路垫板，克服铁轨垫板采用钢板、橡胶、尼龙、塑料或其结合的偏见，将超高分子量聚乙烯用作铁路垫板上，具有耐零下200℃以下的冲击性；通过对超高分子量聚乙烯进行改性，降低了用作铁路垫板的超高分子量聚乙烯材料的生产加工难度，提高了加工速度，为批量生产提供了可能性；同时通过不同配比共混改性，提高了超高分子量聚乙烯材料的机械性能和耐低温性能。具体而言，通过以下技术方案实现：
本发明的改性超高分子量聚乙烯材料，包括由聚乙烯聚合得到的超高分子量聚乙烯。
进一步，所述超高分子量聚乙烯中添加有用于增加超高分子量聚乙烯流动性的改性剂。
进一步，所述超高分子量聚乙烯中还添加有用于增强超高分子量聚乙烯耐候性的防晒剂。
进一步，所述防晒剂采用炭黑、石墨或石墨烯的一种或几种。
进一步，所述改性剂采用纳米材料、ms2、填料、增塑剂或润滑剂中的一种或几种。
进一步，所述填料采用液晶高分子材料。
进一步，包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：97～99；防晒剂：0.2～1.0；改性剂：0.0～2.5；
进一步，包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：99；防晒剂：0.5；改性剂：0.5；
本发明还公开了一种铁路垫板，由上述的改性超高分子量聚乙烯材料制备。
本发明的有益效果：本发明采用线型结构的超高分子量聚乙烯用作铁轨垫板，与现有技术中采用钢板、橡胶、尼龙、塑料或其复合材料作为铁轨垫板相比，克服了技术偏见；且超高分子量聚乙烯中添加有增加其流动性的改性剂，不仅可以保持超高分子量聚乙烯的抗冲击性、耐低温、耐磨性和低的摩擦系数，且降低其流动性，方便生产加工，提高其应用性，保障铁路垫板在青藏高原等寒冷地区以及冻土地区的使用；本发明的其他有益效果将结合下文具体实施例中进行进一步的说明。
具体实施方式
本实施例中的改性超高分子量聚乙烯，包括由聚乙烯聚合得到的超高分子量聚乙烯，超高分子量聚乙烯是一种线型结构，它是一种新型工程塑料，一般制得的的分子量在100万以上，具有好的耐磨性，低的摩擦系数，能自润滑，不易粘附异物，耐化学腐蚀；随着分子量的增加，超高分子量聚乙烯的机械性能和耐低温性能增加，本发明采用分子量超过300万的超高分子量聚乙烯，其在制备过程中可以加入一些催化剂，例如mgcl2/ticl4的z—n催化剂、双(乙基环戊二烯)氯化二铪的茂金属催化剂或n-(3,5-二典亚水央基)环庚基胺·二氯化钛的非茂金属催化剂等，得到分子量超过300万的超高分子量聚乙烯，与较小分子量的超高分子量聚乙烯相比，具有更好的机械强度，例如更好的抗冲击性能和耐磨性能，因此，用作钢轨垫板具有好的抗冲击性，尤其，我国的客运火车与货运火车往往使用同一条轨道，对于钢轨承载的重量的不断变化，以及承载重量的增大，分子量超过300万的垫板具有好的抗冲击性，提高垫板的使用寿命，降低垫板维修的频率与费用，从而延长铁轨垫板的使用寿命；超高分子量聚乙烯还具有无毒性、无污染和可循环回收利用的特点，既可以避免环境被污染，也可以循环回收利用降低生产和使用成本；超高分子量聚乙烯中还添加有乙酸纤维素、聚乳酸、聚乙烯或聚戊烯中的一种或几种，乙酸纤维素具有低热传导性、良好的流动性以及良好的抗压性能；聚乳酸具有良好的热稳定性、抗紫外性和良好的耐热性，可以提高耐候性和热变性，使超高分子量聚乙烯在其热变温度85℃条件下，也可以保持良好的机械性能，同时还可以改善超高分子量聚乙烯的流动性；聚乙烯具有良好的耐低温性能、良好的化学稳定性且吸水性小，且中分子量或低分子量的聚乙烯与超高分子量聚乙烯混合有效改善超高分子量聚乙烯的流动性；聚戊烯包括顺式聚戊烯和反式聚戊烯，顺式聚戊烯具有良好的机械性能、耐磨性和耐热老化性能，而反式聚戊烯具有良好的耐低温性能；本实施例中，超高分子量聚乙烯中加入乙酸纤维素、聚乳酸、聚乙烯和聚戊烯不仅可以改善流动性，而且增强了抗压性能、耐磨性、耐热老化性能和耐低温性能。
本实施例中，所述超高分子量聚乙烯中添加有用于增加超高分子量聚乙烯流动性的改性剂；由于随着超高分子量聚乙烯的分子量增加，超高分子量聚乙烯的流动性会随着降低，增加生产难度，因此，超高分子量聚乙烯与改性剂混合，可以有效提高超高分子量聚乙烯的流动性，降低了加工难度，提高了加工的可能性；同时还保留了超高分子量聚乙烯本身的特点：(1)耐零下200℃以下的低温，(2)与现有的用作铁路垫板的任何塑料和橡塑制品相比，耐更高的冲击性，(3)耐85℃的高温，可以满足各种自然温度，(4)与现有的一般钢材的耐磨性相比，超高分子量聚乙烯的耐磨超过一般钢材的8倍，(5)比重不大于1，质量轻，降低对枕木等其他部件的压力；通过在超高分子量聚乙烯中添加改性剂，降低了加工的难度，提高了大量生产的速度。
本实施例中，所述超高分子量聚乙烯中还添加有用于增强超高分子量聚乙烯耐候性的防晒剂，超高分子量聚乙烯用作铁轨垫板，在大风、大雪、冰雹、暴雨、光照、冷热、紫外线等室外环境的影响下，超高分子量聚乙烯会出现强度下降、龟裂等老化现象；本发明中添加的防晒剂，提高了抗紫外线能力，可以有效提高其耐候性，降低了其老化程度，从而降低了维修的频率和维修成本，保障超高分子量聚乙烯的抗冲击性，从而保障铁轨的安全性；超高分子量聚乙烯中还含有用于增强改性剂或防晒剂与超高分子量聚乙烯结合的偶联剂，常用的偶联剂有硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂和马来酸酐等，偶联剂可以改善防晒剂、改性剂等与超高分子量聚乙烯之间的界面相互作用，增加界面的相容性，保障超高分子量聚乙烯的抗冲击性和耐低温性。
本实施例中，所述防晒剂采用炭黑、石墨或石墨烯的一种或几种，炭黑具有黑度，可以对光进行吸收，具有较好的抗紫外能力，降低老化程度，保障超高分子量聚乙烯材料的强度；石墨烯具有优异的光学特性，可以有效吸收紫外线，具有较好的抗紫外性能力，降低老化程度，保障超高分子量聚乙烯的强度，而且降低热传导能力，提高塑料的耐候性能，延长钢轨垫板的使用寿命；石墨烯在非极性溶剂中具有良好的溶解性，因此超高分子量聚乙烯中添加石墨烯，石墨烯与超高分子量聚乙烯具有良好的溶解性，保障良好的界面结合性能，从而防止生产过程中石墨烯在超高分子量聚乙烯中出现分散不均、团聚现象，造成超高分子量聚乙烯的界面缺陷，严重影响其力学性能和摩擦性能，从而影响用作钢轨垫板的抗冲击性和摩擦性能。
本实施例中，所述改性剂采用纳米材料、ms2、填料、增塑剂或润滑剂中的一种或几种，从而有效提高超高分子量聚乙烯在生产加工过程中的流动性，降低生产难度，从而降低生产成本；纳米材料采用表面环氧功能化的纳米sio2或表面环氧功能化的纳米caco3中的一种或两种，通过纳米sio2或纳米caco3表面环氧功能化，从而使纳米sio2或纳米caco3改善超高分子量聚乙烯的流动性，方便生产加工，而且提高纳米sio2或纳米caco3与超高分子量聚乙烯的界面结合性能，避免界面缺陷，保障超高分子量聚乙烯的机械性能和耐低温性能；纳米材料还可以使用氧化石墨烯/甲壳型液晶高分子纳米材料，有效改善超高分子量聚乙烯的流动性；ms2是一种流动剂，不仅可以改善超高分子量聚乙烯的流动性，而且可以降低超高分子量聚乙烯材料在加工过程中的熔点；填料可以采用中低分子量聚乙烯、聚丙烯、蒙脱土、玻璃微珠等，玻璃微珠作为填料，不仅可以提高耐磨性，而且可以大大提高热变形温度；增塑剂可以采用苯二甲酸酯类，或者加入润滑剂，例如脂肪酸类；润滑剂可以采用聚乙烯蜡或脂肪酸类等，脂肪酸不仅可以使超高分子量聚乙烯的熔体粘度下降，而且还可控制加工过程中所产生的摩擦热，使基体不易降解，从而使熔体的流动性能和力学性能都较好，聚乙烯蜡使超高分子量聚乙烯在加工过程中与加工设备之间形成弱边界层，进而使熔体易与设备表面脱离，不致因粘附在设备表面上的时间过长而降解，从而改变超高分子量聚乙烯的流动性，方便生产加工。
本实施例中，所述填料采用液晶高分子材料，液晶高分子材料可以采用热致液晶共聚酯、热致液晶乙基纤维素、液晶共聚酯酰胺、热致液晶共聚酯或热致液晶高聚物等，超高分子量聚乙烯中加入液晶高分子材料，可以降低共混物的加工粘度，减少对设备的磨损，从而提高超高分子量聚乙烯材料的生产的经济性；液晶高分子材料具有良好的耐热性，超高分子量聚乙烯中添加的液晶高分子材料可以有效改善超高分子量聚乙烯的耐热性，从而扩大超高分子量聚乙烯的应用范围。
本实施例中，改性超高分子量聚乙烯材料包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：97～99；防晒剂：0.2～1.0；改性剂：0.0～2.5；
本实施例中，改性超高分子量聚乙烯材料包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：99；防晒剂：0.5；改性剂：0.5；
本实施例中，铁路垫板，由上述改性超高分子量聚乙烯材料制备，改性超高分子量聚乙烯用作铁路垫板，其硬度与木材硬度相近，克服目前将橡胶、尼龙、塑料或其复合材料用作铁路垫板的技术偏见；且改性的超高分子量聚乙烯用作铁路垫板时，改性剂和防晒剂的添加量增大，超高分子量聚乙烯的流动性等随着增大，方便加工成产；改性剂和防晒剂的添加量越小，则超高分子量聚乙烯的特性改变的越小，保障铁路垫板在低温或高温条件下的良好的抗冲击性能，尤其保障铁路垫板耐零下200℃的冲击性，同时铁路垫板还具有超高分子量聚乙烯的小的摩擦系数、自润滑性等特点，从而保障铁路的安全。
通过下述实施例对本发明做进一步的说明：
实施例一
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：97；炭黑：0.5；液晶高分子材料：1.0；润滑剂聚乙烯蜡：1.5；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
实施例二
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：97；炭黑：0.5；液晶高分子材料：1.5；润滑剂聚乙烯蜡：1.0；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
实施例三
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：97；炭黑：0.5；液晶高分子材料：1.0；润滑剂聚乙烯蜡：1.5；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
实施例四
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：97；炭黑：0.5；液晶高分子材料：0.8；润滑剂聚乙烯蜡：1.7；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
实施例五
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：97；炭黑：0.5；液晶高分子材料：0.5；润滑剂聚乙烯蜡：2.0；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
实施例六
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：97；炭黑：0.5；液晶高分子材料：0.2；润滑剂聚乙烯蜡：2.3；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
实施例七
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：98；炭黑：0.5；液晶高分子材料：1.5；润滑剂聚乙烯蜡：0.0；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
实施例八
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：98.5；炭黑：0.5；液晶高分子材料：1.0；润滑剂聚乙烯蜡：0.0；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
实施例九
改性超高分子量聚乙烯包括以下重量份的原料：
超高分子量聚乙烯：99；炭黑：0.5；液晶高分子材料：0.5；润滑剂聚乙烯蜡：0.0；
上述重量份的原料的改性超高分子量聚乙烯材料用作铁路垫板。
除了液晶高分子材料和润滑剂聚乙烯蜡，采用其他改性剂，以及除了炭黑，使用其他防晒剂，改性超高分子量聚乙烯材料用作的铁路垫板的机械性能和耐低温性能相近，在此不做赘述。
本发明根据tb/t2626-1995附录c对用作铁垫板板的超高分子量聚乙烯材料的静刚度进行测试，根据gb/t1043.1-2008对用作铁垫板板的超高分子量聚乙烯材料的冲击强度进行测试，如表1所示：
低温冲击强度测试方法：产品符合标准为：gb/t2423.1-2008试验a、gb/t2423.2-2008试验b、gb-t10592-2008、gjb150.3-198、gjb360a-96方法107温度冲击试验的要求。测试时，将试件置于低温箱内，经过一段时间冷却后，将试件置于冲击机上规定的位置，在一定的高度落下，撞击试件。再按照试件的断裂长度和宽度计算出冲击强度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。