ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ ЭЛАСТОМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОКЛАДОК ПОД РЕЛЬСЫ
THERMOPLASTIC ELASTOMERIC COMPOSITION FOR RAIL SPACERS

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.
3
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/см 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 1Патент № US 2007/0200005 A1
Аналог 2 патент № US 4624880
Аналог 3 Смесь термоэластопласта 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 C<sub>12</sub>H<sub>18</sub>N<sub>4</sub>0<sub>2</sub> 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. Массоваядоля 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%