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尼龍66在高速鐵路中的技術應用進展

文章出處:徐州騰飛工程塑料有限公司   發布時間:2016-10-20 11:57:00    點擊數:-   【

1. 概述

尼龍66又稱聚酰胺66(PA66),由己二胺和己二酸縮聚制得。其綜合性能好,具有強度高、剛性好、抗沖擊、耐油及耐化學品、耐磨和自潤滑等優點,尤其是硬度、剛性、耐熱性和蠕變性能更佳,而且原料易得,成本低,因此廣泛應用于工業、服裝、裝飾、工程塑料等領域。PA66的熔點比PA6高,耐熱性優良,彈性模量較高,吸水率較低,作為成型制品的特性優于PA6,特別是由于其耐熱性和耐油性好,適合制作汽車發動機周圍的機械零部件和容易受熱的電子電氣制品的零部件。目前, PA66在車輛上的應用已占63%,在電子電氣和辦公自動化設備上的應用占22%,在機械、光學方面的應用占5%。   

近年來,PA66復合材料的市場銷售增長很快。隨著汽車、電器、通訊、電子、機械等產業的迅速發展,對PA66產品提出了更高、更苛刻的要求,也加速了PA66及其復合材料高性能化的進程。因此,有關PA66復合材料高性能化的研究越來越受到國內外科學工作者的關注,已成為改性工程塑料研究的熱點和難點。

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2 PA66改性技術進展

PA66作為一種綜合性能優良的工程塑料已經被大量應用在高速鐵路部件中,但是高鐵要求所用材料高強度、高韌性,而純PA66難以滿足這些條件,在這種背景下,PA66的改性研究發展迅速。國外大的工程塑料公司不斷推出高鐵用改性尼龍,例如:國羅地亞公司推出了創新TECHNYLSTAR AFX系列PA66技術。它同時具備超強的流動性和最高的增強性,具備獨特的剛性、耐溫性和無與倫比的加工性,由此,大大拓寬了PA66應用范圍。

2.1 PA66增強改性

PA66基料中加入玻璃纖維、納米二氧化硅、碳纖維及石墨纖維等增強劑,可以提高材料的很多性能,尤其是力學性能。碳纖維增強PA66CF/PA66)能明顯改善材料的熱穩定性及尺寸穩定性。其產品可廣泛應用在汽車工業、體育器材、紡織機器、航天材料等領域。

玻璃纖維增強PA66(GF/PA66)是迄今為止研究相當成熟的方法,增強效果也比較好。玻璃纖維是一種無機非金屬材料,其性能優異,成本低,GF/PA66成型性能好,機械性能高,因此有著廣泛的應用。玻璃液在高溫熔融狀態下拉絲冷卻固化成玻璃纖維,一般單絲直徑530微米,一束纖維由數百甚至上千根單絲構成。GF/PA66力學性能好、尺寸穩定、耐熱性、耐老化性優良,廣泛應用在各行各業。

GF/PA66包括短纖與長纖增強兩種方式,長纖增強與短纖增強方式相比擁有更佳的拉伸強度及沖擊強度。玻璃纖維作為最通用商業化纖維,被廣泛應用在各種通用塑料和工程塑料中,其界面研究和應用技術也相當成熟。

2.2PA66增韌改性

  PA66主要的增韌劑有非極性聚烯烴(PP、PE)及彈性體(EPDM、POE)。PA66具有極性,它與PP、PE等非極性物質相容性差,PP、PE在體系PA66/PP、PA66/PE中分散不均,分子團聚,界面清楚,因而力學性能不好。PA66/EPDM、PA66/POE體系中EPDM、POE高溫時會斷鏈生成自由基,分子間相互反應生成交聯大分子,導致基體和分散相相容性差,材料綜合性能不好。馬來酸酐(MAH)分子具有極性,是PA66良好的增容劑,MAH界面粘合能比較大,增韌劑接枝MAH,可以使增韌劑的極性增強,并且MAH分子中活性基可以和PA66酰胺基

發生化學反應。增容劑MAH的加入使復合材料缺口沖擊強度增大,但是如果MAH過量,會使其自聚,也會使增韌劑交聯凝膠。

3 PA66在軌道系統上的應用

  發達國家在70年代就已經將改性PA66應用在鐵軌用緊固件中。經過40多年的使用和發展,PA66廣泛應用到了套管、軌距塊、擋板座等軌道緊固件。PA66具備優良的力學性能,兼有比重小的優點,和金屬部件相比,質輕、防銹、抗振、抗沖擊,并且具備優異的加工性能,設計靈活,用在高鐵上,可以解決機車運行時的抖動、噪音問題,并能保持軸距穩定,可以減少維修次數,良好的抗振性,對保障高鐵的平穩十分重要。高鐵客運專線每公里需要鐵路扣件材料大約2.23.0噸。而英、德等國一直壟斷著高鐵客運專線尼龍切片的生產技

術,近年來,國內工程塑料企業也成功研發出高鐵扣件用工程塑料PA66專用材料。南京聚隆科技發展有限公司經過多年的努力已經大批量供應國內高鐵客運專線國產PA66專用料。

圖1 高鐵扣件系統示意圖

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3.1PA66在岔枕套管上的應用

鐵路提速段岔枕中安置的PA66塑料套管,具備較高的抗壓強度、較好的絕緣性能。岔枕套管用在鐵路軌道系統中可以緩解由于列車提速對軌道造成的影響,它是鐵路岔枕的關鍵部件之一,對材料的性能要求苛刻,陷,并對這種缺陷的原因進行了研究,研究中發現注塑壓力和速度都有相應的范圍,壓力過大或速度過快,都會使模具張開溢料。保壓壓力也不能太低,壓力過低制品會有較大收縮,而適當的壓力及注射時間都可以降低制品收縮率,從而提高制品質量。

圖2 混凝土岔枕用預埋塑料套管

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3.2PA66在彈條Ⅰ型扣件系統上的應用

彈條Ⅰ型扣件系統的尼龍擋板座的作用是保護軌枕擋肩、保持絕緣并保證軌距,這就要求所用材料具備高韌性、高強度和好的絕緣性能,PA66作為基材樹脂,復合增韌體系對其進行增韌,使復合材料具有高韌性的同時具備較高強度。使用這種材料制得的擋板座具備較高的低溫沖擊強度和較小的壓縮變形。已通過相關部門檢測,目前已廣泛應用在全國鐵路干線上。

青藏鐵路建設中,國產彈條Ⅰ型扣件絕緣軌距擋板,使用適合粘度的PA66,主增韌劑用MAH-g-POE、MAH-g-EPDM,雙螺桿擠出造粒時,加入復合型抗紫外線助劑,使制品具備高韌高強的同時兼有好的耐低溫性、抗紫外線性。

圖3 彈條I型扣件系統尼龍擋板座

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3.3PA66在彈條Ⅲ型扣件系統上的應用

彈條Ⅲ型扣件系統沒有螺栓也沒有擋肩。彈條Ⅰ型、Ⅱ型扣件擋板座采用的是未增強PA66材料,雖然具備好的沖擊性,但其承受載荷有限,彈條Ⅲ型扣件系統的絕緣軌距塊使用玻纖增強PA66,具備很高的強度,它保持軌距的能力遠大于彈條Ⅰ型、Ⅱ型扣件擋板座,以PA66為基體樹脂,用無堿長玻璃纖維增強,同時用復合增韌劑增韌,利用玻纖增強PA66復合材料制成的絕緣軌距塊大幅提高了抗沖能力,保證了鐵道運輸的安全性。

圖4尼龍軌距塊結構示意圖

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隨著鐵路運輸的提速,高分子材料零部件在新型鐵路軌道中發揮著越來越大的作用,塑料工業的飛速發展使工程塑料品種、數量得到進一步提高,尤其是增強增韌復合材料,國內鐵道軌道用材需要大量塑料材料,材料改性與加工技術水平的提高,PA66應用范圍將進一步擴大。特別是有些地域極端的氣候影響軌道扣件塑料部件的使用性能和壽命。進一步提高材料性能,保證鐵路運輸的安全,一直是專業科技人員努力研究的方向。

徐州騰飛工程塑料專業從事工程塑料,增強尼龍,改性工程塑料的研發生產和銷售的高新技術企業,主營各種阻燃增韌尼龍,ABS工程塑料,特種工程塑料等改性塑料。

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