термопластичная эластомерная композиция для прокладок под рельсы

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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%