Термопластичная эластомерная композиция для прокладок под рельсы
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при производстве прокладок скреплений для рельсов. Композиция содержит полиэфирный термоэластопласт, сополимеры олефинов и смолу, содержащую ароматические фрагменты и гидроксильные группы. Композиция обеспечивает более высокий уровень физических и механических свойств и повышение химической устойчивости к технологическим жидкостям прокладок, изготовленных из нее. 7 табл.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при производстве прокладок скреплений для рельсов.
В строительстве железнодорожного полотна актуальной является задача уменьшения влияния вибраций, исходящих от рельсов и движущихся по ним транспортных средств, на бетонные шпалы.
Популярным решением является выполнение прокладок между рельсами и шпалами. Прокладки изготовляют из различных резин и полимеров. Так, известно использование прокладок из этилвинилацетата (патент № US 2007/0200005 А1, патент № US 4624880), натуральной резины (патент № US 2007/0200005 А1). Однако характеристики прочности и твердости этих материалов недостаточны при длительных нагрузках (смотри таблицу 1).
Известны способы повышения прочностных характеристик при длительных нагрузках за счет включения в полимерную матрицу наполнителя, например гранул пробки (патент № US 4624880). Такой способ усложняет производство прокладок, так как необходимо подбирать условия экструзии, при которых не происходит деградации коркового наполнителя.
Целесообразным является создать полимерную композицию с повышенными прочностными характеристиками, характеризующуюся однородностью.
Известна армированная термопластическая полиолефиновая композиция (заявка на изобретение №94040893 RU), которая содержит:
(A) полиолефин
(B) по меньшей мере один карбонат металла группы IIА Периодической таблицы, и
(C) фенольную смолу, содержащую по меньшей мере одну гидроксильную группу или атом галогена,
R1 представляет собой атом водорода, галоген или углеводородный радикал, содержащий от 1 до 18 атомов углерода;
Х3 и Х4 независимо друг от друга являются гидроксильной группой, атомом водорода или атомом галогена, такого как хлор, бром, иод и фтор;
X1 и Х2 независимо друг от друга являются атомом водорода, алкильным радикалом, содержащим от 1 до 6 атомов углерода, или атомом галогена, такого как хлор, бром, иод и фтор; при условии, что по меньшей мере один их радикалов X1, Х2, Х3 и Х4 представляет собой гидроксильную группу или атом галогена;
n есть целое число от 1 до 6;
m есть целое число от 1 до 6.
В ней количество полиолефина (А) составляет от 30 мас. до 98 мас. и соответственно количество карбоната (В) составляет от 70 мас. до 2 мас. считая на вес смеси (А)+(В).
Количество фенольной смолы, содержащей по меньшей мере одну гидроксильную группу или атом галогена, составляет по меньшей мере 0,01 весовой части на сто весовых частей компонентов (А)+(В).
Композиция содержит 100 весовых частей смеси, состоящей из:
50-80 мас. полиолефина (А) и 50-20 мас. карбоната металла группы IIА Периодической таблицы (В); и
от 0,05 до 3 весовых частей фенольной смолы (С), имеющей вышеуказанную общую формулу (I).
Радикал R1 может быть также выбран из алкила или замещенного алкила; арила или замещенного арила; бензила и аллила.
Радикал R1 может представлять собой алкильный радикал, содержащий от 5 до 10 атомов углерода, X1 и Х2 каждый представляет собой водород, а Х3 и Х4 каждый представляет собой гидроксил или бром, n равно 1, а m есть целое число от 4 до 8.
Полиолефин может быть выбран из гомополимера этилена, сополимера этилена с по меньшей мере одним другим альфа-олефином, содержащим от 3 до 10 атомов углерода, и их смесей.
Полиолефин является гомополимером этилена или сополимером этилена с 2 25 мас. по меньшей мере одного другого альфа-олефина, содержащего от 3 до 10 атомов углерода, имеющего плотность от 0,85 до 0,97 г/см3 и индекс текучести расплава менее чем 15 г/10 мин.
Карбонат металла группы IIA Периодической таблицы (В) находится в форме частиц, имеющих размеры от 0,02 до 40 микрон, предпочтительно от 0,07 до 10 микрон.
Термопластическая полиолефиновая композиция по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что дополнительно содержит добавки и/или вспомогательные вещества для улучшения ее характеристик термической теплостойкости, окислительной и световой стабильности и другие присадки, такие как пигменты, красители, антипирены, отщепляющие агенты, другие типы термопластических смол или каучуков для обеспечения противоударных свойств, в количествах от 0,1 до 50 мас.
Известна полимерная композиция для прокладок (патент №2306323 RU), включающая каучук, ускорительную группу, серный вулканизующий агент, активатор вулканизации - оксид цинка и стеариновую кислоту, наполнитель - технический углерод, пластификатор, противостаритель, высокомолекулярную добавку - сополимер этилена с винилацетатом - сэвилен, отличающаяся тем, что она содержит в качестве каучука - каучуки СКИ-3 и СКН-18М или БНКС-18АМН, в качестве ускорительной группы - альтакс, 2-меркаптобензтиазол, тиурам Д, в качестве пластификатора - дибутилсебацинат, в качестве противостарителя - ацетонанил и диафен ФП, в качестве сополимера этилена с винилацетатом - сэвилена - сэвилен с содержанием винилацетата 26-30% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Каучук | 100 |
| Серный вулканизующий агент | 2,5-3,5 |
| Ускорительная группа | 0,8-2,0 |
| Активатор вулканизации | 10-20 |
| Наполнитель | 50-70 |
| Пластификатор | 2-3 |
| Противостаритель | 3-6 |
| Высокомолекулярная добавка | 3-5. |
Наиболее близким аналогом является композиция термоэластопласта и пластификатора на основе поливинилхлорида (производство предприятия Группа Полипластик, ресурс http://pptp.ru/pa66.aspx).
Целью изобретения является получение полимерной композиции для изготовления прокладок с повышенными механическими и прочностными характеристиками.
Цель достигается за счет того, что к композиции полиэфирного термоэластопласта и сополимера олефинов добавляют смолу, содержащую ароматические фрагменты и гидроксильные группы. В результате прокладка, изготовленная из указанной композиции, характеризуется более высоким уровнем комплекса свойств по сравнению с аналогами (таблицы 1-7).
Осуществление изобретения
Термопластичная эластомерная композиция для прокладок под рельсы изготавливается в смесителе типа Бэнберри или двухшнековом смесителе при температуре смешения от 190 до 230°С. Компоненты композиции (от 40 до 99 мас.% полиэфирного термоэластопласта, от 0,5 до 59,5 мас.% сополимеров олефинов и от 0,5 до 59,5 мас.% смолы, содержащей ароматические фрагменты и гидроксильные группы) вводятся в смеситель единовременно или поочередно в любой последовательности.
В качестве сополимеров олефинов берем следующие: сополимер этилена и пропилена, сополимер этилена и бутена, сополимер этилена и гексена, сополимер этилена и октена, сополимер этилена и этилацетата.
В качестве полиэфирных термоэластопластов берем блок сополимеры сложного полиэфира ароматической природы и простого полиэфира алифатической природы.
В качестве смолы, содержащей ароматические фрагменты и гидроксильные группы, берем фенольные соединения, полученные переработкой сланцев, среди которых главными компонентами являются резорцины, и/или продукты поликонденсации фракции сланцевых фенолов с альдегидом или уротропином, а также новолачные смолы.
Из полученной композиции на литьевой машине изготавливаются прокладки под рельсы. Пресс-формы литьевой машины должны соответствовать всем техническим требованиям, необходимым для изготовления прокладок под рельсы.
| Таблица 1. | ||||||
| Требования норм к характеристикам материала для прокладок под рельсы, свойства предлагаемой термопластичной эластомерной композиции в сравнении с аналогами. | ||||||
| Свойства | Ед. измерения | Нормы* | Разработанная композиция** | Аналог 1 Патент № US 2007/0200005 A1 |
Аналог 2 патент № US 4624880 | Аналог 3 Смесь термоэласто пласта с ПВХ |
| Условная прочность при растяжении | МПа | 8 | 29,4 | 16,1 | 18,4 | 8,2 |
| Относительное удлинение при разрыве | % | 250 | 950 | 334 | 120 | 300 |
| Твердость по Шору А | усл. ед. | 65-90 | 89 | 74 | 90 | 80 |
| Степень набухания в технологических жидкостях (СЖР-3), 24 часа | мас.% | -1 до 7 | 0,5 | 20 | 4 | 8,6 |
| * Прокладки-амортизаторы для рельсовых скреплений железнодорожного пути. | ||||||
| Технические требования ЦПТ 11/100. Утверждены ОАО РЖД 23.12.2009. | ||||||
| ** Оптимальный вариант №15. |
| Таблица 2. | ||||||
| Характеристики материала для прокладок под рельсы, свойства предлагаемой термопластичной эластомерной композиции варианты 1-5. | ||||||
| Свойства | Единицы измерения | Варианты | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Условная прочность при растяжении | МПа | 21,4 | 20,4 | 30,6 | 15,1 | 22,5 |
| Относительное удлинение при | 60 | 640 | 470 | 450 | 410 | |
| разрыве | % | |||||
| Твердость по Шору А | усл. ед | 95 | 92 | 91 | 93 | 95 |
| Степень набухания в технологических жидкостях | 5 | 1,5 | 2,4 | 1.1 | 0,6 | |
| (СЖР-3), 24 часа | мас.% |
| Таблица 3 | |||
| Рецептура композиций вариантов 1-5 | |||
| № Рецептуры | Компоненты | Характеристики | Дозировка |
| 1 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена бутеном - массовая доля бутена, 2,8%, ПТР 0.4 г/10 мин, при t=190°C | 0,5% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 30, температура плавления 144°С | 40% | |
| Смола | Фенольные соединения, полученные переработкой сланцев, концентрат алкирезорционов, среди которых главными компонентами являются 5-метилрезорцин, 2,5-диметил- и 4,5-диметилрезорцины. | 59.5% | |
| 2 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена бутеном - массовая доля бутена, 2,8%, ПТР 0.4 г/10 мин, при t=190°C | 30% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиоксиэтилен-пропиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С | 69,5% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая -Температура размягчения, 75-85°С. Массовая доля летучих веществ, %, не более 1. | 0,5% | |
| 3 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена бутеном - массовая доля бутена, 2,8%, ПТР 0.4 г/10 мин, при t=190°C | 40% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 55, температура плавления 195°С | 40% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая -Температура размягчения, 75-85°С Массовая доля летучих веществ, %, не более 1 | 20% | |
| 4 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с винилацетатом - массовая доля винилацетата, 28%, ПТР 15 г/10 мин, при t=190°C | 59.5% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 65, температура плавления 210°С | 40% | |
| Смола | Модификатор РУ химическая формула C12H18N402 Молярная масса 250,31, Массовая доля азота 21-22%. Массовая доля не растворимых в воде примесей не более, 0,5%, | 0.5% | |
| 5 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с винилацетатом - массовая доля винилацетата, 28%, в пределах ПТР 15 г/10 мин, при t=190°С | 30% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 72, температура плавления 215°С | 50% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола жидкая - условная вязкость ВЗ-246 - 30-90, Массовая доля нелетучих веществ (сухого остатка), %, не менее 66. | 20% |
| Таблица 4 | ||||||
| Характеристики материала для прокладок под рельсы, свойства предлагаемой термопластичной эластомерной композиции варианты 6-10. | ||||||
| Свойства | Единицы измерения | Варианты | ||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| Условная прочность при растяжении | МПа | 15,2 | 28,6 | 19,1 | 25,1 | 24,5 |
| Относительное удлинение при разрыве | % | 530 | 450 | 710 | 760 | 810 |
| Твердость по Шору А | усл. ед | 88 | 80 | 85 | 86 | 89 |
| Степень набухания в технологических жидкостях | 1,6 | 2.5 | 0.7 | 1.2 | 0,5 | |
| (СЖР-3), 24 часа | мас.% |
| Таблица 5 | |||
| Рецептура композиций вариантов 6-10. | |||
| № Рецептуры | Компоненты | Характеристики | Дозировка |
| 6 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с гексеном - массовая доля гексена 1,8%, ПТР 0.1 г/10 мин, при t=190°C. | 20% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С. | 65% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая - Температура размягчения, 75-85°С. Массовая доля летучих веществ, %, не более 1. |
15% | |
| 7 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с октеном - массовая доля октена, 12%, в пределах ПТР 1 г/10 мин, при t=190°C. | 20% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С. | 75% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая -Температура размягчения, 75-85°С. Массовая доля летучих веществ, %, не более 1. | 5% | |
| 8 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с пропиленом вязкость по Муни (100°С) 66-75, Массовая доля пропиленовых звеньев 25% | 0,5% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С. | 70,5% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая - Температура размягчения, 75-85°С. Массовая доля летучих веществ, %, не более 1. | 19% | |
| 9 | Полиолефиновый сополимер | Смесь сополимера этилена с винилацетатом и сополимера этилена с пропиленом, массовая доля винилацетата в смеси, 18%, ПТР смеси 1,5 г/10 мин, при t=190°С. | 15% |
| Блок - сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С. | 75% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая - Температура размягчения, 75-85°С. Массовая доля летучих веществ, %, не более 1 | 10% | |
| 10 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с винилацетатом -массовая доля винилацетата, 28%, ПТР 15 г/10 мин, при t=190°C. | 20% |
| Блок - сополимерный полиэфир | блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С. | 65% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая - Температура размягчения, 75-85°С. Массовая доля летучих веществ, %, не более 1. | 15% |
| Таблица 6. | ||||||
| Характеристики материала для прокладок под рельсы, свойства предлагаемой термопластичной эластомерной композиции варианты 11-15. | ||||||
| Свойства | Единицы измерения | Варианты | ||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | ||
| Условная прочность при растяжении | 16,2 | 20,1 | 12,6 | 28,5 | 29,4 | |
| МПа | ||||||
| Относительное удлинение при разрыве | 850 | 1010 | 550 | 1060 | 950 | |
| % | ||||||
| Твердость по Шору А | усл. ед | 86 | 95,5 | 88 | 87 | 89 |
| Степень набухания в технологических жидкостях (СЖР-3), 24 часа | 2,5 | 2,2 | 0,5 | 0,3 | 0,5 | |
| мас.% |
| Таблица 7 | |||
| Рецептура композиций вариантов 11-15. | |||
| № Рецептуры | Компоненты | Характеристики | Дозировка |
| 11 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с винилацетатом - массовая доля винилацетата, 7%, ПТР 8 г/10 мин, при t=190°C. | 20% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 35, температура плавления 144°С. | 75% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола жидкая-условная вязкость ВЗ-246 - 60, Массовая доля нелетучих веществ (сухого остатка), %, не менее 66. | 5% | |
| 12 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с винилацетатом - массовая доля винилацетата, 28%, ПТР 15 г/10 мин, при t=190°C. | 0,5% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С. | 94% | |
| Смола | Фенольные соединения, полученные переработкой сланцев, концентрат алкирезорционов, среди которых главными компонентами являются 5-метилрезорцин, 2,5-диметил- и 4,5-диметилрезорцины. | 5,5% | |
| 13 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с винилацетатом - массовая доля винилацетата, 28%, в пределах ПТР 15 г/10 мин, при t=190°С. | 25% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С. | 70% | |
| Смола | Продукт конденсации резорцина с уротропином. Молекулярная масса 250,31, Массовая доля азота 21-22% Массовая доля не растворимых в воде примесей не более, 0,5%. | 5% | |
| 14 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с винилацетатом - массовая доля винилацетата, 3%, в пределах ПТР 2 г/10 мин, при t=190°С. | 0,5% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 40, температура плавления 170°С. | 99% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая. Температура каплепадения 95-105°С. | 0,5% | |
| 15 | Полиолефиновый сополимер | Сополимер этилена с винилацетатом - массовая доля винилацетата 17%, ПТР 0,6 г/10 мин, при t=190°C | 15% |
| Блок-сополимерный полиэфир | Блок сополимер полибутилентерефталата и полиокситетраметиленгликоля, твердость по Шору D - 55, температура плавления 195°С. | 82% | |
| Смола | Фенолформальдегидная смола твердая. Температура каплепадения 90-110°С. Массовая доля летучих веществ, %, не более 1. | 3% |
Термопластичная эластомерная композиция для прокладок под рельсы, включающая полиэфирный термоэластопласт и сополимеры олефинов, отличающаяся тем, что дополнительно включает в себя смолу, содержащую ароматические фрагменты и гидроксильные группы, причем компоненты берут в следующих соотношениях, мас.%:
| полиэфирного термоэластопласта | от 40 до 99 |
| сополимеров олефинов | от 0,5 до 59,5 |
| смолы | от 0,5 до 59,5 |
