CN1015468B - 常温粘接钢轨用的改性丙烯酸酯粘合剂 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种粘接钢轨用的改性丙烯酸酯类双组份粘合剂，它除采用一般丙烯酸酯类双组份粘合剂所用组成外，在该粘合剂中还添加了ABS-丁腈橡胶等混合弹性体，特定的多官能活性单体和复合还原剂，使该粘合剂的粘接强度达到了结构胶的强度，用于粘接钢轨接头，达到了钢轨“冻结”接头的要求。

Description

本发明是钢轨接头常温粘接技术及其所用的粘合剂。

粘合剂在钢轨连接方面的应用据文献报导有二个方面，一个方面是用于钢轨绝缘接头的连接，另一方面是用于非绝缘接头的连接，它包括短钢轨粘接或长钢轨和已焊好的无缝长轨接头的再粘接。六十年代粘接接头已在美、英、法、日、苏和西德应用，我国是七十年代开始采用，但大多使用环氧树脂粘合剂，少量用酚醛树脂粘合剂。美国圣非铁路在1963年就用环氧树脂粘合剂粘接无缝长轨接头，在施工中要求将鱼尾板和钢轨接触面清洗干净，涂粘合剂后，用丙烷加热装置加热到121-154℃使之固化（Railway    Track    and    Structures    1963    Vol59.NO.12.19-22）.US3139364（1964）也是用环氧树脂粘合剂接长轨接头制造连续长轨的专利。1982年奥地利专利（374.216）报导钢轨粘接，螺栓紧固结构中也是用环氧树脂粘合剂，其中加入微细钢珠，加热固化后仍能导电，形成了非绝缘接头。由此可见采用环氧树脂粘合剂粘接钢轨接头，必须带有加热到100℃以上的热固化装置，必然增加了操作的复杂性和施工成本。特别是对长轨接头的粘接更加难于实施。

改性丙烯酸脂粘合剂又叫第二代丙烯酸酯胶，是世界所称的六大工程粘合剂之一。与环氧树脂粘合剂相比，粘接强度相当，都能达到结构胶的要求。但在抗冲击、耐振动性能上则优于环氧树脂粘合剂，而且二组份混合时不需严格称量，对粘接面洁净程度无苛刻要求，更突出的优点是能常温快速固化，这些优点对钢轨粘结，野外施工十分有利。目前丙烯酸脂结构胶多用于衡器、力具、汽车另件、电气设备、探伤仪、探头的粘接，尚未见到有粘接钢轨接头的报告。

本发明的目的是用改性丙烯酸脂粘合剂代替传统的环氧树脂粘合剂粘接钢轨接头，以简化粘接工艺，降低成本保证行车平稳，延长钢轨和列车的寿命。

本发明的另一个目的是提供一个韧性好，粘接强度高的改性丙烯 酸酯粘合剂，作为粘接钢轨用粘合剂。

本发明使用的改性丙烯酸酯粘合剂由甲、乙二组份组成。甲、乙二组份的组成和用量（重量%）如下：

甲组份    乙组份

反应性丙烯酸酯单体40-50%    反应性丙烯酸酯单体50-60%

混合弹性体    19-40%    混合弹性体    10-40%

多官能活性单体    10-30%    多官能活性单体    10-20%

引发剂（氧化剂）    3-6%    催化剂（还原剂）    1-5%

稳定剂    0.01-0.5%    促进剂    0.1-1%

本发明采用的反应性丙烯酸酯单体有丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯，甲基丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯等。

多官能活性单体可用丙烯酸，丙烯酸的羟基酯，甲基丙烯酸的羟基酯，丙烯酸乙二醇双酯，三羟甲基丙烷和季戊四醇的丙烯酸多酯及双酚A酯类化合物等。特别是采用带苯环的多官能活性单体如β-羟乙基双酚A丙烯酸双酯，有利于提高聚合速度和粘接强度。

弹性体可用聚丁二烯、氯丁橡胶、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、ABS、SBS等，也可以是它们的混合物。特别是丁腈橡胶和ABS树脂并用，用量比一般粘合剂大时，可明显增加粘合剂的韧性。

引发剂（氧化剂）可用过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、特丁基过氧化氢、过氧化甲乙酮等有机过氧化物。

催化剂（还原剂）可用胺类化合物如：三乙胺、二乙胺、二乙三胺、N，N-二甲基苯胺（DNA）、N，N-二乙基苯胺、N，N-二甲基对甲基苯胺等。

为了加快固化，还要加入一种还原活性剂作为助催化剂，它和胺类化合物组成活性高的催化体系。这类物质有硫脲类，如乙撑硫脲、四甲基硫脲和抗坏血酸（维生素C）等。

过渡金属盐能参加氧化-还原反应，起到促进剂作用，这类物质有醋酸铜、醋酸铁、醋酸钴、醋酸锰、三氯化铁、硫酸镍等。

特别是一种由胺化合物-硫脲类-维生素C-醋酸盐组成的复合还原体系，能够与氧化剂高效匹配，保证了粘接强度达到结构胶的要求。

本发明所用的稳定剂有对苯二酚和苯醌类化合物。

用本发明的改性丙烯酸酯粘合剂粘接钢轨接头时，首先将鱼尾夹板和钢轨粘接面用砂纸或喷砂打磨以除去铁锈和油垢，然后将甲、乙二组份按1∶1（重量比）的比例混合均匀，涂于粘接面上，粘合定位后，加螺栓紧固，常温放置一定时间（24小时）使粘合剂完全固化，就可以使用。

为了实现铁路接头的“冻结”，钢轨接头阻力（PH）应与钢轨受热胀冷缩引起的温度应力（Pt）平衡。Pt可由下面的近似公式计算：

Pt＝2.5F（t_o-t_min）

其中：Pt    温度应力    kg

F 钢轨断面积 cm²

t_o铺轨温度 ℃

t_min铁路所在地最低温度 ℃

为了安全起见，令PH＝1.1×Pt（1.1为安全系数），实际上PH为粘接力与螺栓提供的摩擦力之和，只要保证粘接力（承载拉力）等于PH，就可以完全实现“冻结”接头的要求，因为这里还没有包含螺栓提供的摩擦力。

粘接方式见附图：

图中：1、钢轨

2、鱼尾夹板

3、粘合剂

4、螺栓及螺帽

实施例1：

在带电动搅拌的10立升三口瓶中，按表1甲组份的比例依次加入甲基丙烯酸甲酯、丁腈橡胶、ABS树脂、丙烯酸羟丙酯，常温下全部溶解后，再加入丙烯酸、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异丙苯过氧化氢，溶解均匀，制得甲组份。乙组份按表1比例同甲组份一样配制。

二组份配好后，用标准45＃钢片进行粘接试验，固化一定时间后，用万能拉力机测其剪切强度为248kg/cm²。

实施例2、3、4：

按表1的组份比例，配制方法和粘接试验同实施例1，测定结果分别为260、258、298kg/cm²。

表1中符号代表    MMA-甲基丙烯酸甲酯

β-HPA-丙烯酸羟丙酯

AA-丙烯酸

THTA-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯

CHP-异丙苯过氧化氢

DHA-N，N-二甲基苯胺

Vc-抗坏血酸

表1    改性丙烯酸酯粘合剂配制

甲组份（重量份）    乙组份（重量份）

组成    实施例    1    2    3    4    组成    实施例    1    2    3    4

MMA    40    50    55    55    MMA    55    55    55    55

丁腈橡胶    10    5    15    15    丁腈橡胶    5    5    5    5

ABS树脂    20    25    15    10    ABS树脂    25    25    25    25

β-HAP    10    5    1    6    β-HPA    15    15    15    15

AA    10    10    4    4    DMA    2    2    2    2

TMTA    10    5    10    Vc    1    1    1

β-羟乙基双酚    10    硫脲    1    0.5

A丙烯酸双酯

CHP    3    3    3    3    醋酸铜    0.2    0.2

醋酸锰    0.2

醋酸钴    0.2

从以上结果看，本发明方法配制的粘合剂都达到了结构胶的强度。

实施例5

用6^＃锰合金板，取长250mm、厚60mm的板条作为试件，在粘接前用喷砂方法除锈和油垢，分别涂以本发明的丙烯酸酯粘合剂和环氧树脂粘合剂，，使二试片搭接在一起。涂环氧树脂粘合剂的试件在烘箱中175℃固化2小时，涂丙烯酸酯粘合剂的试件，常温25分钟定位固化24小时，认为完全固化。然后用万能拉力机测试其剪切强度，每种胶同时至少粘接三件取平均值。结果见表2

表2    不同胶粘结强度比较

试件号    胶的种类    固化方法    承载    胶接面积    剪应力

P（T） （cm²） （kg/cm²）

1    环氧胶    175℃2小时    16.20    76.7    211

2    〃    〃    18.30    82.01    223

3    丙烯酸酯胶    室温    17.3    81.78    211

4    〃    〃    16.2    77.22    214

由表2可见丙烯酸酯粘合剂与环氧树脂粘合剂粘接强度基本相当，但可以不用加热固化。

实施例6

取75kg/m钢轨一段，钢轨和夹板长度一样为500mm，用砂轮将粘接面打磨除去铁锈和油垢，将实施例4的粘合剂按1∶1（重量比）混合均匀，分别涂于钢轨和夹板的粘接面上。粘接定位后，（25分钟）用螺栓紧固，常温下加扭矩50kg-m，然后放置常温固化。

完全固化后用万能拉力机测试剪切强度，测试前可松开螺帽，去除螺栓压力，也可不去除螺栓压力。结果见表3

表3、粘接75kg/m钢轨结果

钢轨断    Pt    PH    P承载    粘接面    剪切力    实验现象

面积cm²T T 拉力T 积cm²kg/cm²

95.0    109.3    120.2    248    1104    223    胶膜断裂（去除螺栓压力）

95.0    109.3    120.2    272    1104    246    胶膜断裂（不去除螺栓压力）

从表3可见接头粘接力为相应的PH的二倍完全达到“冻结”接头的要求。

实施例7

取75kg/m长标准钢轨，将鱼尾板和钢轨粘接面用砂纸打磨处理，再用丙酮除油后，用实施例4的粘合剂粘接（方法同实施例6）成500M长轨，常温放置48小时后，换到京广线上。经三年运行，每天客车60多次，运载量达到2亿多吨，接头处，钢轨缝隙无变化。

Claims (3)

1、一种用于粘接钢轨的改性丙烯酸酯类双组份粘合剂，其特征在于采用了按下列各组成配制出的甲、乙二组份，

甲组份(重量%)                  乙组份(重量%)

反应性丙烯酸酯单体  40-50%         反应

混合弹性体          19-40%        混合           30%

多官能活性单体      10-30%        多官能活性单体  10-20%

引发剂(氧化剂)      3-6%          催化剂(还原剂)  1-5%

稳定剂             0.01-0.5%      促进剂         0.1-1%

2、按权利要求1的改性丙烯酸酯类双组份粘合剂，其特征在于其中甲组份采用了β-羟乙基双酚A双丙烯酸酯作为多官能活性单体，并在甲、乙二组份中均采用了ABS和丁腈橡胶混合弹性体。

3、按权利要求1或2的改性丙烯酸酯类双组份粘合剂，其特征在于乙组份中采用了胺类化合物一硫脲类-维生素C-醋酸盐组成的还原剂。