ТЕРМОПЛАСТИЧНАЯ ЭЛАСТОМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОКЛАДОК ПОД РЕЛЬСЫ Российский патент 2012 года по МПК C08L67/02 C08L71/00 C08L23/00 C08L61/06 C08J5/00 E01B9/68 

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%

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.

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