CN102532860A

CN102532860A - 一种聚氨酯枕木及其制备方法

Info

Publication number: CN102532860A
Application number: CN2010105993934A
Authority: CN
Inventors: 戎玥玥; 沈娟
Original assignee: SHANGHAI INSTITUTE OF RUBBER PRODUCTS
Current assignee: SHANGHAI INSTITUTE OF RUBBER PRODUCTS CO., LTD.
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: CN102532860B

Abstract

一种采用长玻璃纤维和硬质发泡聚氨酯复合材料构成的枕木及其制备方法。所述的聚氨酯原料取自亨斯曼公司出品的批号GEO12488的硬质发泡聚氨酯材料，所述的玻璃纤维取自桐乡巨石集团出品的聚氨酯增强专用无捻长粗纱。枕木的制备工艺是，采用特制的穿孔PVC框架，将玻璃纤维经穿线固定于该框架中后，浇铸预混好的发泡聚氨酯料，送入钢模定型。制得的枕木具有良好减振效果和优良的力学性能，使用寿命长，可以广泛的应用在高速铁路轨道上。

Description

一种聚氨酯枕木及其制备方法

技术领域

本发明涉及轨道交通设施中的路轨用枕木及其制备方法，具体地说，涉及一种采用长玻璃纤维和硬质发泡聚氨酯复合材料构成的枕木及其制备方法。

背景技术

长期以来，铺设铁轨所用的枕木都使用特定的木材，随着社会的进步，高速铁路和城市轨道交通也得到了长足的发展，不论是快速旅客列车还是重型载货列车，对枕木的技术要求都在不断提高。现今，路轨所用枕木必须能够承受较高的机械负荷，同时在很长一段时间内要求具有尺寸稳定性及耐候性，如此才能满足铁路的安全运行和低维护费用的需求。

木质枕木暴露在野外大气环境中，受到频繁的温度变化、紫外线辐射以及大气湿度的影响，在相当短的时间内，会变质损坏，必需予以更换。为此得耗费大量木材，同时还要耗用大量的维护人员。此外，大量使用木材会导致森林资源的破坏，以致生态失衡，对于像我国这样森林资源贫乏的国家问题尤为严重。为此，目前在我国广泛使用的是预应力钢筋混凝土枕木，虽然其材料来源丰富，有较高的抗压强度，但其脆性大、弹性差、不具备减振降噪性能。为了减少火车在行驶过程中的振动，使用时还要配备相应的橡胶弹性元件，然而橡胶弹性元件易老化，也会大大增加维修工作量和成本。而且钢筋混凝土枕木一经失效弃用会造成难以处理的大量垃圾，留下严重的环保后患。

由发泡聚氨酯与长玻璃纤维复合材料构成的聚氨酯枕木，其外观类似于木材，在该材料在使用过程中可以使用木材加工使用的工具，可以锯、碾压、用螺丝拧紧或钉牢。它的优点还在于采用了聚氨酯发泡体闭孔结构，使之吸收水分微乎其微，耐水解、耐油脂且拥有卓越的绝缘性能。相较于木材它能提供更优良的力学性能以及耐候性，即使长期暴露在空气中也不会失去其机械性能。相较于预应力钢筋混凝土，它能提供更好的减振、缓冲、绝缘性能，而且更为轻质，非常适合于桥梁枕木的铺设。同时，其简易切削性是钢筋混凝土所不具备的，可以在保持铁路轨道铺设精度的前提下，减少施工的难度。据报道聚氨酯枕木的使用寿命可以达到50年，这就意味着它具有十分可观的成本效益。此外，单个枕木还可以被准确及快速替换，使得工程费用又进一步降低。但是以长纤维增强的浇铸型聚氨酯发泡体的成型却是比较困难的。

发明内容

根据铁道部门要求，希望聚氨酯枕木在使用过程中达到300万次疲劳荷载后刚度变化小于10％，纵向压缩强度不小于58MPa，剪切强度不小于10MPa，螺纹道钉抗拔阻抗力大于45kN，普通的聚氨酯材料很难达到用作枕木的要求。为此，需采用玻璃纤维增强的聚氨酯复合材料，这时以长玻璃纤维材料定向排列埋置于聚氨酯发泡体中效果更佳，但要做到这一点，在成型工艺上是比较麻烦的。

本发明旨在提供一种简便易行、成本低廉，并能将长玻璃纤维材料均匀定向排列埋置于硬质聚氨酯发泡体中的复合材料制聚氨酯枕木及其制备方法。

本发明是这样实现的，所述的聚氨酯枕木由以长玻璃纤维增强的发泡聚氨酯复合材料构成，所述的聚氨酯原料取自亨斯曼公司出品的批号GEO12488的硬质发泡聚氨酯材料，所述的玻璃纤维取自桐乡巨石集团出品的聚氨酯增强专用无捻长粗纱。为了能将长玻璃纤维材料均匀定向排列埋置于硬质聚氨酯发泡体中，本发明采用了特制的穿孔PVC框架，作为预成型工具，在将玻璃纤维经穿线固定于该框架中后，再浇铸预混好的发泡聚氨酯料，送入钢模最后定型。

所述的PVC框架框壁厚度4.5～5.5mm，两端边框均布穿线孔，孔径1.5～2.3mm，最外沿穿线孔离框边缘4.5～5.5mm。制备时，首先将长玻璃纤维平行地穿入PVC框架的穿线孔中，拉直后打结用氰基丙烯酸酯胶粘剂粘结固定。然后将PVC框架放入不锈钢模具中，模具尺寸略大于PVC框架尺寸。所述的硬质发泡聚氨酯材料包括含有聚醚多元醇、催化剂和少量发泡剂的自料和含有粗异氰酸酯的黑料两种组分，制备枕木用各原材料的重量比为玻璃纤维1～3，黑料3～5，白料3～4。将预混合的黑料与白料注入于上述模具，凝固后脱模，切去PVC框架的边框，即得所需的聚氨酯枕木。

由上述可见，本发明的优点是十分明显的：

1、采用特制的穿孔PVC框架，可以使玻璃纤维有规律地平行分布，采用胶粘剂固定玻纤两端，可以保持玻纤的张力，从而提高枕木的机械性能，使之能够达到300万次疲劳荷载后刚度变化小于10％的要求。

2、采用氰基丙烯酸酯胶粘剂固定玻纤，具有快干且不与聚氨酯混合料发生反应的优点，且该胶粘剂来源易得、操作简单。

3、PVC框架的成本低廉，而且PVC属于热塑性塑料，成型后的废弃料可以回收再利用，符合环保要求，通过改变框架的形状大小还可以直接改变枕木的规格。

4、所述的聚氨酯枕木质量仅为约700kg/m³，，相较于钢筋混凝土枕木(2400～2500kg/m³)要轻得多，故易于运输和铺设。

5、选用的主体材料为闭孔发泡硬质聚氨酯，比起木材的耐候性、耐腐蚀性好得多。

附图说明

图1为本发明所述的以长玻璃纤维增强的发泡聚氨酯复合材料制聚氨酯枕木示意图；图2为制造本发明所述聚氨酯枕木所用的特制PVC穿孔框架示意图。

图中标号为：1——聚氨酯闭孔发泡体；2——长玻璃纤维粗纱；3——位于框架两端的开有穿线孔的端板；4——穿线孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步具体说明，但本发明决不局限于该实施例。

实施例

参见图1和图2，图1是所述聚氨酯枕木结构示意图，图2为制造所述聚氨酯枕木所用特制PVC框架示意图。图中标号为：1——聚氨酯闭孔发泡体；2--长玻璃纤维粗纱；3——位于框架两端的开有穿线孔的端板；4——穿线孔。

图2所示的PVC框架壁厚5mm，内壁尺寸：长为1000mm，宽130mm，高260mm。PVC框架两端端板3布有穿线孔4，穿线孔孔径大小为2mm，最外沿穿线孔离边缘距离5mm，各孔间距均匀，排列整齐。PVC框架单端面穿线孔的数量为20×40，共800个，穿完一个PVC框架所需玻纤总长度大约为850m。所用玻璃纤维为横截面直径1.6mm～1.8mm的桐乡巨石集团出品的聚氨酯增强专用无捻长粗纱。穿好后的玻璃纤维在PVC框架外端拉直之后打结并用氰基丙烯酸酯胶粘剂粘结固定，保持张力。将穿好玻璃纤维的PVC框架放入尺寸稍大于PVC框架的不锈钢模具中。

另取亨斯曼公司出品的批号GEO12488的硬质发泡聚氨酯材料白料7kg和黑料6kg加入搅拌釜中，原料粘度约为2000cp，以5000rad/s的速度搅拌混合料，30s后，停止搅拌，停放，让混合料自行发泡，起发90s后，将其注入上述不锈钢模具中，合模反应，120s后反应完全，聚氨酯发泡料填满整个模具，开启模具，再将框架取出，切去边框即得所需的长玻璃纤维增强聚氨酯枕木。

按上述方法制得的枕木经测试，结果如下：纵向压缩强度58.6MPa，剪切强度10.4MPa，螺纹道钉抗拔阻抗力48kN 。

Claims

1.一种聚氨酯枕木，其特征是，所述的枕木由以长玻璃纤维增强的发泡聚氨酯复合材料构成，所述的聚氨酯原料取自亨斯曼公司出品的批号GEO12488的硬质发泡聚氨酯材料，所述的玻璃纤维取自桐乡巨石集团出品的聚氨酯增强专用无捻长粗纱。

2.一种按照权利要求1所述的聚氨酯枕木的制备方法，其特征是，采用特制的穿孔PVC框架，将玻璃纤维经穿线固定于该框架中后，浇铸预混好的发泡聚氨酯料，送入钢模定型。

3.根据权利要求2所述的聚氨酯枕木的制备方法，其特征是，所述的硬质发泡聚氨酯材料包括含有聚醚多元醇、催化剂和少量发泡剂的白料和含有粗异氰酸酯的黑料两种组分，制备枕木用各原材料的重量比为玻璃纤维1～3，黑料3～5，白料3～4。

4.根据权利要求2所述的聚氨酯枕木的制备方法，其特征是，所述的PVC框架框壁厚度4.5～5.5mm，两端边框均布穿线孔，孔径1.5～2.3mm，最外沿穿线孔离框边缘4.5～5.5mm。

5.根据权利要求2所述的聚氨酯枕木的制备方法，其特征是，采用氰基丙烯酸酯胶粘剂粘结固定玻璃纤维于穿线孔上。