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尼龙66在高速铁路中的技术应用进展

文章出处:徐州腾飞工程塑料有限公司   发布时间:2016-10-20 11:57:00    点击数:-   【

1. 概述

尼龙66又称聚酰胺66(PA66),由己二胺和己二酸缩聚制得。其综合性能好,具有强度高、刚性好、抗冲击、耐?#22270;?#32784;化学品、耐磨和自润滑等优点,尤其是硬度、刚性、耐热性和蠕变性能更佳,而且原料易得,成本低,因此广泛应用于工业、服装、装饰、工程塑料等领域。PA66的熔点比PA6高,耐热性优良,弹性模量较高,吸水率?#31995;停?#20316;为成型制品的特性优于PA6,特别是由于其耐热性和耐油性好,适合制作汽车发动机周围的机械零部件和容?#36164;?#28909;的电子电气制品的零部件。目前, PA66在车辆上的应用已占63%,在电子电气和办公自动化设备上的应用占22%,在机械、光学方面的应用占5%   

近年来,PA66复合材料的市场销售增长很快。随着汽车、电器、通讯、电子、机械等产业的迅速发展,对PA66产品提出了更高、更?#37327;?#30340;要求,?#24067;?#36895;了PA66及其复合材料高性能化的进程。因此,有关PA66复合材料高性能化的研究越来越受到国内外科学工作者的关注,已成为改性工程塑料研究的热点和难点。

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2 PA66改性技术进展

PA66作为一种综合性能优良的工程塑料已经被大量应用在高速铁路部件中,但是高铁要求所用材料高强度、高韧性,而纯PA66难以满足这些条件,在这种背景下,PA66的改性研究发展迅速。国外大的工程塑料公司不断推出高铁用改性尼龙,例如:国罗地亚公司推出了创新TECHNYLSTAR AFX系列PA66技术。它同时具备超强的流动性和最高的增强性,具备独特的刚性、耐温性和无与伦比的加工性,由此,大大拓宽了PA66应用范围。

2.1 PA66增强改性

PA66基料中加入玻璃纤维、纳米二氧化硅、碳纤维及石墨纤维等增强剂,可以提高材料的很多性能,尤其是力学性能。碳纤维增强PA66CF/PA66)能明显改善材料的热稳定性及尺寸稳定性。其产品可广泛应用在汽车工业、体育器材、纺织机器、航天材料等领域。

玻璃纤维增强PA66(GF/PA66)是迄今为止研究相当成熟的方法,增强效果也比较好。玻璃纤维是一种无机非金属材料,其性能优异,成本低,GF/PA66成型性能好,机械性能高,因此有着广泛的应用。玻璃液在高温熔融状态下拉丝冷却固化成玻璃纤维,?#35805;?#21333;丝?#26412;?span>5~30微米,一束纤维由数百甚至上千根单?#25239;?#25104;。GF/PA66力学性能好、尺寸稳定、耐热性、耐老化性优良,广泛应用在各行各业。

GF/PA66包括短纤与长纤增强两种方式,长纤增强与短纤增强方?#36739;?#27604;拥有更佳的拉伸强?#29123;?#20914;击强度。玻璃纤维作为最通用商业化纤维,被广泛应用在各种通用塑料和工程塑料中,其界面研究和应用技术也相当成熟。

2.2PA66增韧改性

  PA66主要的增韧剂有非极性聚烯烃(PPPE)及弹性体(EPDMPOE)。PA66具有极性,它与PPPE等非极性物质相容性差,PPPE在体系PA66/PPPA66/PE中分散不均,分?#27833;?#32858;,界面清楚,因而力学性能不好。PA66/EPDMPA66/POE体系中EPDMPOE高温时会断链生成自由基,分子间相互反应生成交联大分子,导致基体和分散相相容性差,材料综合性能不好。马来酸酐(MAH)分子具有极性,是PA66?#24049;?#30340;增容剂,MAH界面粘合能比较大,增韧剂?#21448;?span>MAH,可以使增韧剂的极性增强,并且MAH分子中活性基可以和PA66酰胺基

发生化学反应。增容剂MAH的加入使复合材料缺口冲击强度增大,但是如果MAH过量,会使其自聚,也会使增韧剂交联凝胶。

3 PA66在轨道系?#25104;?#30340;应用

  发达国家在70年代就已经将改性PA66应用在铁轨用紧固件中。经过40多年的使用和发展,PA66广泛应用到了套管、轨距块、挡板座等轨道紧固件。PA66具备优良的力学性能,兼有比重小的优点,和金属部件相比,?#26159;帷?#38450;锈、抗振、抗冲击,并且具备优异的加工性能,设计灵活,用在高铁上,可?#36234;?#20915;机车运行时的抖动、噪音问题,并能保?#31181;?#36317;稳定,可以减少维修次数,?#24049;?#30340;抗振性,对保障高铁的平稳十?#31181;?#35201;。高铁客运专线每公里需要铁路扣件材料大约2.23.0吨。而英、德等国一直垄断着高铁客运专线尼龙切片的生产技

术,近年来,国内工程塑料企业也成功研发出高铁扣件用工程塑料PA66专用材料。南京聚隆科技发展有限公司经过多年的努力已经大批?#25239;?#24212;国内高铁客运专线国产PA66专用料。

图1 高铁扣件系统示意图

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3.1PA66在岔枕套管上的应用

铁路提速段岔枕中安置的PA66塑料套管,具备较高的抗压强度、较好的绝缘性能。岔枕套管用在铁路轨道系统中可以?#33322;?#30001;于列车提速对轨道造成的影响,它是铁路岔枕的关键部件之一,对材料的性能要求?#37327;蹋?#38519;,并对这种缺陷的原因进行了研究,研究中发现注塑压力和速度都有相应的范围,压力过大或速度过快,都会使模具张开溢料。保压压力也不能太低,压力过低制品会有较大收?#37232;?#32780;适当的压力及注射时间都可?#36234;?#20302;制品收缩率,从而提高制品质量。

图2 混凝土岔枕用预埋塑料套管

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3.2PA66在弹条Ⅰ型扣件系?#25104;?#30340;应用

弹条Ⅰ型扣件系统的尼龙挡板座的作用是保护轨枕?#24067;纭?#20445;持绝缘并保证轨距,这就要求所用材料具备高韧性、高强度和好的绝缘性能,PA66作为基材树脂,复合增韧体系对其进?#24615;?#38887;,使复合材料具有高韧性的同时具备较高强度。使用这种材料制得的挡板座具备较高的低温冲击强度和较小的压缩变形。已通过相关部门检测,目前已广泛应用在全国铁路干线上。

青藏铁路建设中,国产弹条Ⅰ型扣件绝缘轨距挡板,使用适合粘度的PA66,主增韧剂用MAH-g-POEMAH-g-EPDM,双螺杆挤出造粒时,加入复合型抗紫外线助剂,使制品具备高韧高强的同时兼有好的耐低温性、抗紫外线性。

图3 弹条I型扣件系统尼龙挡板座

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3.3PA66在弹条Ⅲ型扣件系?#25104;?#30340;应用

弹条Ⅲ型扣件系统没?#26032;?#26643;也没有?#24067;纭?#24377;条Ⅰ型、Ⅱ型扣件挡板座采用的是未增强PA66材料,虽然具备好的冲击性,但其承受载荷有限,弹条Ⅲ型扣件系统的绝缘轨距块使用玻纤增强PA66,具备很高的强度,它保?#27490;?#36317;的能力远大于弹条Ⅰ型、Ⅱ型扣件挡板座,以PA66为基体树脂,用无碱长玻璃纤维增强,同时用复合增韧剂增韧,利用玻纤增强PA66复合材料制成的绝缘轨距块大幅提高了抗冲能力,保证了铁道运输的安全性。

图4尼龙轨距块结构示意图

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随着铁路运输的提速,高分子材料零部件在新型铁路轨道中发挥着越来越大的作用,塑料工业的飞速发展使工程塑料品种、数量得到进一步提高,尤其是增强增韧复合材料,国内铁道轨道用材需要大量塑料材料,材料改性与加工技术水平的提高,PA66应用范围将进一步扩大。特别是有些地域极端的气候影响轨道扣件塑料部件的使用性能和寿命。进一步提高材料性能,保证铁路运输的安全,一直是专业科技人员努力研究的?#36739;颉?

徐州腾飞工程塑料专业从事工程塑料,增强尼龙,改性工程塑料的研发生产和销售的高新技术企业,主营各种阻燃增韧尼龙,ABS工程塑料,特种工程塑料等改性塑料。

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