CN103709367B - 聚氨酯组合物以及聚氨酯道碴道床的维修方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于维修聚氨酯道碴道床的聚氨酯组合物，所述聚氨酯组合物包含：氨基起始的聚醚多元醇、短链聚醚多元醇和长链聚醚多元醇。本发明提供的聚氨酯制得的泡沫具有良好的拉伸强度和硬度，可以用于支撑枕木，从而修复沉降的聚氨酯道床。

Description

聚氨酯组合物以及聚氨酯道碴道床的维修方法
技术领域
本发明涉及一种用于维修聚氨酯道碴道床的聚氨酯组合物，以及使用该聚氨酯组合物维修聚氨酯道碴道床的方法。
背景技术
铁路道床常指轨枕下方、路基上方铺设的道碴层，它是轨道框架的基础，主要作用是支承轨枕，把钢轨和轨枕传来的巨大铁路车辆荷载，均匀地分布到路基基床面上，减少路基变形，保证行车安全。有道碴层的铁路道床也称为道碴道床。另外，道碴道床还有缓冲减震等作用。道碴道床通用性特别好，建设成本非常低，因此使用范围非常广。
在高速和重载列车通过时，巨大载荷将通过铁轨和枕木转变成为对道碴道床的巨大冲击。为防止道碴道床中的道碴石料发生碰撞、移位和破碎沙化，常向道碴石料中浇注聚氨酯，聚氨酯迅速渗入石料间隙后发泡，包裹石料，形成一种以道碴石料为基体、聚氨酯泡沫填充其间空隙的复合结构。具有该复合结构的聚氨酯道碴道床是特别适于承受高速和重载列车载荷，具有承受高负荷和高冲击能量吸收的特性，非常耐用且在动态负荷下具有很高的回弹性。
然而，聚氨酯道碴道床使用一段时间后，在长时间的震动载荷作用下、被水浸泡或者地面自然沉降，会导致道床发生沉降。为保证聚氨酯道碴道床均匀传布载荷、提高轨道纵横向阻力和弹性等功能的正常发挥，必须对沉降的道床进行维修。
目前已有的有碴道床维修方法有主要使用捣固机来进行捣固作业，起到升高轨道的作用；但是对于聚氨酯道碴道床，由于道碴已经由聚氨酯泡沫稳定，致使捣固机无法进行捣固作业。
因此现在仍需要一种能对沉降的聚氨酯道碴道床进行维修的方法。
发明概述
本发明一方面提供了一种用于维修聚氨酯道碴道床的聚氨酯组合物，所述聚氨酯组合物包含：
(a)一种或多种多异氰酸酯；
(b)聚醚多元醇混合物，所述聚醚多元醇混合物包含：
(b1)第一聚醚多元醇，所述第一聚醚多元醇选自以胺为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为2-6，羟值为10-1200mgKOH/g；
(b2)第二聚醚多元醇，所述第二聚醚多元醇选自以多元醇为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为2-3，羟值为10-120mgKOH/g；
(b3)第三聚醚多元醇，所述第三聚醚多元醇选自以多元醇为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为3-8，羟值为150-1200mgKOH/g；
其中所述第一聚醚多元醇的含量为10-60wt％，所述第二聚醚多元醇的含量为1-70wt％，所述第三聚醚多元醇的含量为10-70wt％，以所述聚醚组合物的总重量为100wt％计。
在本发明一个实施例中，所述第一聚醚多元醇的官能度为4-6，羟值为300-1000mgKOH/g；优选地，述第一聚醚多元醇的官能度为4，羟值为400-800mgKOH/g；优选地，所述第一聚醚多元醇的含量为30-60wt％，以所述聚醚组合物的总重量为100wt％计。
在本发明另一个实施例中，所述第二聚醚多元醇的官能度为2-3，羟值为25-60mgKOH/g，优选地，所述第二聚醚多元醇的含量为10-30wt％，以所述聚醚组合物的总重量为100wt％计。
在本发明又一个实施例中，所述第三聚醚多元醇的官能度为3-6，羟值为150-900mgKOH/g；优选地，所述第三聚醚多元醇的官能度为3-5，羟值为250-700mgKOH/g；优选地，所述第三聚醚多元醇的含量为30-50wt％，以所述聚醚组合物的总重量为100wt％计。
在本发明还一个实施例中，所述多异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或其组合。
本发明另一方面提供了一种聚氨酯道碴道床维修方法，所述聚氨酯道碴道床上设置有支持轨道的轨枕，所述方法包括向所述轨枕与所述聚氨酯道碴道床表面之间的空间中浇注上述的聚氨酯组合物，使得所述聚氨酯组合物固化后填充所述空间。
在本发明一个实施例中，所述轨枕与所述聚氨酯道碴道床表面之间的空间为将所述轨枕抬高至预定的位置后在所述轨枕与所述聚氨酯道碴道床表面之间形成的空间，优选地，所述轨枕与所述聚氨酯道碴道床表面之间的空间的高度为约10mm至100mm。
在本发明另一个实施例中，所述方法还包括向所述空间中施用增强材料的步骤，优选地，所述增强材料选自：无碱玻璃布、无纺布、织物、玻璃纤维、碳纤、芳纶纤维、石块、砖块、混凝土块、金属块、橡胶粒、塑料粒、黄沙、玻璃微珠以及它们的组合。
本发明还一方面涉及一种铁路设施，包括轨枕和聚氨酯道碴道床，其中在所述轨枕和所述聚氨酯道碴层之间还设置有用于支撑所述轨枕的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫上述聚氨酯组合物制备。
在本发明一个实施例中，所述聚氨酯泡沫的厚度为10至100mm。
在本发明另一个实施例中，所述聚氨酯泡沫的拉伸强度为2-40Mpa，硬度为30-90Shore A和40-80shore D。
在本发明又一个实施例中，所述聚氨酯泡沫的密度为0.4-1.5g/cm3，断裂伸长率为2-55％。
具体实施方式
聚氨酯组合物
本发明一方面提供了一种用于维修聚氨酯道碴道床的聚氨酯组合物，该聚氨酯组合物包括：
(a)一种或多种多异氰酸酯；
(b)聚醚多元醇混合物，所述聚醚多元醇混合物包含：
(b1)第一聚醚多元醇，所述第一聚醚多元醇选自以胺为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为2-6，羟值为10-1200mgKOH/g；
(b2)第二聚醚多元醇，所述第二聚醚多元醇选自以多元醇为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为2-3，羟值为10-120mgKOH/g；
(b3)第三聚醚多元醇，所述第三聚醚多元醇选自以多元醇为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为3-8，羟值为150-1200mgKOH/g；
其中所述第一聚醚多元醇的含量为10-60wt％，所述第二聚醚多元醇的含量为1-70wt％，所述第三聚醚多元醇的含量为10-70wt％，以所述聚醚组合物的总重量为100wt％计。
本发明的聚氨酯组合物不含有添加型小分子催化剂，在施用至有碴轨道上后，不会污染环境。另外形成的聚氨酯泡沫具有与枕木相似甚至更好的硬度和机械强度，因此可以支撑枕木，从而实现修复沉降的聚氨酯道碴道床。
本发明的聚氨酯组合物，包括单组分、双组分或多组分的聚氨酯组合物，优选使用双组分的聚氨酯组合物。双组分聚氨酯组合物包括以(a)多异氰酸酯为主的A组分以及包含聚醚多元醇混合物的B组分。
A组分包含一种或多种多异氰酸酯。所述多异氰酸酯可用通式R(NCO)n表示，其中R表示含2-18个碳原子的脂肪族烃基、含6-15个碳原子的芳烃基、含8-15个碳原子芳脂族烃基，n＝2-4。
多异氰酸酯优选但不限于，乙烯基二异氰酸酯、四亚甲基1，4-二异氰酸酯、己二异氰酸酯(HDI)、十二烷基1，2-二异氰酸酯、环丁烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，4-二异氰酸酯、1-异氰酸酯基-3，3，5-三甲基-5-异氰酸酯基甲基环己烷、六氢甲苯-2，4-二异氰酸酯、六氢苯基-1，3-二异氰酸酯、六氢苯基-1，4-二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷2，4-二异氰酸酯、全氢化-二苯甲烷4，4-二异氰酸酯、亚苯基1，3-二异氰酸酯、亚苯基1，4-二异氰酸酯、杜烯1，4-二异氰酸酯、均二苯乙烯均二苯乙烯1，4-二异氰酸酯、3，3-二甲基4，4-二苯基二异氰酸酯、甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)、甲苯-2，6-二异氰酸酯(TDI)、二苯甲烷-2，4’-二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-2，2’-二异氰酸酯(MDI)、二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯(MDI)、亚萘基-1，5-二异氰酸酯(NDI)、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物；多异氰酸酯还优选为二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或其组合，特别优选为二苯基甲烷二异氰酸酯。
多异氰酸酯还可以包括用碳化二胺、脲基甲酸酯、或异氰酸酯改性所得的异氰酸酯，优选但不限于，二苯甲烷二异氰酸酯、碳化二胺改性的二苯甲烷二异氰酸酯、它们的异构体、它们与它们的异构体之间的混合物。
多异氰酸酯还可以选用异氰酸酯预聚物，异氰酸酯预聚物及其制备方法在本领域是众所周知的。所述预聚物的NCO含量，优选但不限于8-50wt.％，优选10-33wt.％。
B组分包含聚醚多元醇混合物(b)，该混合物包含以胺为起始剂制备的聚醚多元醇(第一聚醚多元醇)以及以多元醇为起始剂制备的长链聚醚多元醇(第二聚醚多元醇)和以短链聚醚多元醇(第三聚醚多元醇)。
所述第一聚醚多元醇是以胺为起始剂与环氧烷化合物反应所得的化合物。
当用于本发明时，术语“环氧烷化合物”通常是指具有如下通式(I)：
其中R1和R2独立地选自H、C1-C6直链和支链烷基以及苯基和取代苯基。
在一些优选的实施例中，R1和R2独立地选自H、甲基、乙基、丙基和苯基。
本领域技术人员已知“环氧烷化合物”的制备方法，例如其可以通过烯烃化合物的氧化反应获得。
可用作本发明的环氧烷化合物的实例包括但不限于：1，2-环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、2，3-环氧丁烷、氧化苯乙烯或它们的混合物。
当用于本发明时，术语“环氧烷化合物”还包括氧杂环烷烃，其实例包括但不限于：四氢呋喃和氧杂环丁烷。
当用于本发明时，所述“胺”是指含有伯氨基、仲氨基、叔氨基或其组合的化合物。可用作本发明的胺的化合物的实例包括但不限于三乙醇胺、乙二胺、甲苯二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺以及它们的衍生物，特别优选乙二胺和甲苯二胺。
可用于本发明的第一聚醚多元醇可以选自：以乙二胺为起始剂与环氧丙烷开环聚合所得的聚醚多元醇、以乙二胺为起始剂与环氧乙烷和环氧丙烷开环共聚所得的聚醚多元醇、以甲苯二胺为起始剂与环氧丙烷开环聚合所得的聚醚多元醇、以甲苯二胺为起始剂与环氧丙烷开环聚合并以环氧乙烷封端所得的聚醚多元醇、以甲苯二胺为起始剂与环氧乙烷开环聚合并以环氧丙烷封端所得的聚醚多元醇。
在本发明一个实施例中，第一聚醚多元醇的官能度为2-6，羟值为10-1200mgKOH/g，优选的官能度为4-6，羟值为300-1000mgKOH/g，特别优选的官能度为4，羟值为400-800mgKOH/g。
本领域技术人员熟知羟值的测量方法，例如在Houben Weyl，Methoden derOrganischen Chemie，vol.XIV/2 Makromolekulare Stoffe，p.17，Georg Thieme Verlag；Stuttgart 1963中所公开的。将该文献的全部内容以引用的方式合并入本文中。
第一聚醚多元醇的含量可以为10-90wt％，优选为25-75wt％，还优选为30-60wt％，以所述聚醚组合物的总重量为100wt％计。
可用作本发明的第一聚醚组合物的实例包括但不限于：可购自中国石化股份有限公司上海高桥分公司的GR 403(乙二胺为起始剂，羟值760)、GR405(乙二胺为起始剂，羟值为450mgKOH/g)、GNT-400(甲苯二胺和三乙醇胺混合物为起始剂，羟值为400mgKOH/g)，以及可购自Bayer Material Science的Desmophen 4050E(乙二胺为起始剂，羟值为620mgKOH/g)、Desmophen 4051B(乙二胺为起始剂，羟值为470mgKOH/g)。
所述第二聚醚多元醇是以多元醇为起始剂与环氧烷化合物反应所得的聚醚多元醇。当用于本发明时，所述“多元醇”是指含有至少两个羟基、羟值为10-120mgKOH/g的化合物，所述羟基包括伯羟基、仲羟基、叔羟基或其组合。可用于本发明的醇的实例包括但不限于乙二醇、二乙二醇、三甘醇、四甘醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，10-癸二醇、甘油、1，2，4-丁三醇、1，2，5-正戊三醇、1，3，5-正戊三醇、1，2，6-正己三醇、1，2，5-正己三醇、1，3，6-正己三醇、三羟甲基丁烷、三羟甲基丙烷或二(三羟甲基丙烷)、三羟甲基乙烷、季戊四醇或二季戊四醇。环氧烷化合物如上所定义。
在本发明一个实施例中，第二聚醚多元醇的官能度为2-3，羟值为10-120mgKOH/g；优选的官能度为2-3，羟值为20-80mgKOH/g；特别优选的官能度为2-3，羟值为25-60mgKOH/g。第二聚醚多元醇的含量为1-70wt％，优选为10-30wt％，以所述聚醚组合物的总重量为100wt％计。
可用于本发明的第二聚醚多元醇的实例包括但不限于：可购自Bayer MaterialScience的Arcol 1021(以丙二醇为起始剂，羟值为56mgKOH/g)、Arcol 1011(以丙二醇为起始剂，羟值为112mgKOH/g)、Arcol 1026(以丙二醇为起始剂，羟值为28mgKOH/g)、Arcol1032(以丙二醇为起始剂，羟值为35mgKOH/g)、Arcol 3553和Arcol 1053(以甘油为起始剂，羟值为35mgKOH/g)和Arcol 1362(以甘油为起始剂，羟值为28mgKOH/g)，Arcol 5603和Arcol 5613(以甘油为起始剂，羟值为54mgKOH/g)。可购自上海高桥石化GE 210(以丙二醇为起始剂，羟值为112mgKOH/g)；GE 220(以丙二醇为起始剂，羟值为112mgKOH/g)；GE 330(以甘油为起始剂，羟值为35mgKOH/g)。
所述第三聚醚多元醇是以多元醇为起始剂与环氧烷化合物反应所得的聚醚多元醇。当用于本发明时，所述“多元醇”和“环氧烷化合物”如上所定义。
在本发明一个实施例中，第三聚醚多元醇的官能度为3-8，羟值为150-1000mgKOH/g；优选的官能度为3-6，羟值为150-900mgKOH/g；特别优选的官能度为3-5，羟值为250-700mgKOH/g。第三聚醚多元醇的含量为10-90wt％，优选为10-70wt％，特别优选为30-50wt％，以所述聚醚组合物的总重量为100wt％计。
可用于本发明的第三聚醚多元醇的实例包括但不限于：可购自中国石化股份有限公司上海高桥分公司的GE 303(以甘油为起始剂，羟值为480mgKOH/g)、GR 635s(以山梨醇和甘油为起始剂，羟值为500mgKOH/g)，GSU-450L(以蔗糖和甘油为起始剂，羟值为435mgKOH/g)、GMN-450(以甘油为起始剂，羟值为450mgKOH/g)，可购自Bayer MaterialScience的Desmophen 3601(以蔗糖和甘油为起始剂，羟值为260mgKOH/g)、Desmophen21AP27(以蔗糖和乙二醇为起始剂，羟值为440mgKOH/g)。
除了上述聚醚多元醇混合物外，B组分还可以包括一种或多种其它高分子多元醇，例如聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚合物多元醇，这些其它的高分子多元醇可以根据实际情况添加，其含量可以为1-30wt％，以聚氨酯组合物的总重量为100wt％计。
所述聚酯多元醇，由二元羧酸或二元羧酸酐与多元醇反应制得。二元羧酸，优选但不限于，含2-12个碳原子的脂肪族羧酸，例如：丁二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷基羧酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、邻苯二甲酸、异酞酸、对苯二酸、它们的混合物。二元酸酐，优选但不限于，邻苯二甲酸酐、四氯苯酐、马来酸酐、它们的混合物。多元醇，优选但不限于，乙二醇、二甘醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、二丙二醇、1，3-甲基丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、1，10-癸二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、它们的混合物。聚酯多元醇，还包括由内酯制备的聚酯多元醇。由内酯制备的聚酯多元醇，优选但不限于，ε-己内酯。
聚碳酸酯多元醇，优选但不限于，聚碳酸酯二醇。聚碳酸酯二醇，可以由二醇与二烃基或二芳基碳酸酯或光气反应制得。二醇，优选但不限于，1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、二甘醇、三聚甲醛二醇、它们的混合物。二烃基或二芳基碳酸酯，优选但不限于，二苯基碳酸酯。
聚合物多元醇是固体增强颗粒在多元醇液体中形成的稳定分散体。任何本领域中已知的聚合物(或分散体)多元醇都可包括在本发明的多元醇组分中。包括但不限于SAN聚合物多元醇、PHD聚合物多元醇、PIPA聚合物多元醇。SAN聚合物多元醇是指通过丙烯腈和苯乙烯的混合物在基本多元醇中原位聚合制得；PHD聚合物多元醇通过异氰酸酯混合物与二胺在基本多元醇中原位聚合反应来制备，所述PIPA聚合物多元醇通过异氰酸酯混合物与二醇和/或二醇-胺在基本多元醇中原位聚合来制备。
本发明的聚氨酯组合物还可以包含交联剂。
所述交联剂通常选用分子量小于800的含活泼氢原子化合物，优选分子量为18-400的含活泼氢原子化合物。含活泼氢原子化合物，优选但不限于，烷基二醇、二亚烃基二元醇、聚烷基多元醇、它们的混合物，例如：乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，7-庚二醇、1，8-辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇、二甘醇、二丙二醇、聚亚氧烷基乙二醇、它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，也可以包括其它接枝或不饱和的烷基二醇、它们的混合物，例如：1，2-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇、2-丁烯-1，4-二醇、2-丁炔-1，4-二醇、链烷醇胺、N-烷基二链烷醇胺如乙醇胺、2-丙醇胺、3-氨基-2，2-二甲基丙醇、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、它们的混合物。所述含活泼氢原子化合物，还可以包括脂肪族胺、芳香族胺、它们的混合物，例如：1，2-乙二胺、1，3-丙二胺、1，4-丁二胺、1，6-己二胺，异佛尔酮二胺、1，4-环己二胺、N，N’-二乙基-苯基二胺、2，4-二氨基甲苯、2，6-二氨基甲苯、它们的混合物。交联剂用量通常为0-20wt％，以B组分的总重量为100wt％计。
任选地，本发明的聚氨酯组合物还可以包含发泡剂，所述发泡剂可以选用各种物理发泡剂或化学发泡剂，优选但不限于，水、卤代烃、烃类化合物。卤代烃，优选但不限于，一氯二氟代甲烷、二氯一氟代甲烷、二氯氟代甲烷、三氯氟代甲烷、它们的混合物。烃类化合物，优选但不限于，丁烷、戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、庚烷、它们的混合物。发泡剂，特别优选，水。发泡剂的用量取决于所需制备的聚氨酯填充的碴料层的密度，优选但不限于0.3-4.5wt.％，特别优选0.5-3.6wt.％，最优选0.6-3.2wt.％，以聚氨酯反应体系中所有多元醇(既包括作为反应组分的多元醇，也包括用作扩链剂的多元醇和其他组分中用到的多元醇)的重量按100wt.％计。
B组分还可以包括任选地催化剂、表面活性剂和阻燃剂等。
催化剂，优选但不限于，胺类催化剂、有机金属催化剂、它们的混合物。胺类催化剂，优选但不限于，三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基二胺、N-乙基吗啉、N，N，N’，N’-四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N，N-甲基苯胺、N，N-二甲基苯胺、它们的混合物。有机金属催化剂，优选但不限于有机锡类化合物，例如：乙酸锡(II)、辛酸锡(II)、乙基己酸锡、月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二氯化锡、二丁基二乙酸锡、二丁基马来酸锡、二辛基二乙酸锡、它们的混合物。催化剂的用量为B组分的用量的0.001-10wt.％。
表面活性剂，可以使用促进原料均匀和视需要适合调节泡沫微孔结构的化合物。优选但不限于硅氧烷的氧化乙烯衍生物。所述表面活性剂的用量为B组分用量的0.01-5wt.％。
阻燃剂可以是有机阻燃剂也可以是无机阻燃剂，有机阻燃剂，优选但不限于三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯TCPP、三氯丙基磷酸酯(TDCPP)、甲基膦酸二甲酯(DMMP)、磷酸三苯酯、正磷酸三聚氰胺(MPP)等或它们的混合；无机阻燃剂，优选但不限于水合氢氧化铝、水合氢氧化镁、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硼酸、水合硼酸锌(FB)等或它们的混合。
聚氨酯反应体系中，NCO基团与OH基团的摩尔比，优选但不限于70-130∶100，特别优选90-115∶100，OH基团，以B组分中多元醇、交联剂、填料、发泡剂中所含的全部OH计。
聚氨酯道碴道床维修方法
本发明提供的维修方法通过在枕木与沉降的聚氨酯道碴道床的表面之间的空间中原位浇注上述聚氨酯组合物，聚氨酯组合物反应固化后形成高密度聚氨酯硬质泡沫充填所述空间。由于具有高密度，聚氨酯硬质泡沫具有与枕木相似甚至更好的力学性能和刚度，从而实现了对沉降的聚氨酯道碴道床的修复。另外由于该聚氨酯硬泡与聚氨酯道碴道床中的聚氨酯材料属于同种材料，具有较好的相容性，粘结性能良好。
本发明的维修方法可以用于各种原因导致的沉降的聚氨酯道碴道床，例如地质灾害、雨水冲刷、载重列车的碾压等。沉降可以是聚氨酯道碴道床被破坏导致的沉降，也可以是地面下陷等原因造成的沉降。
当用于本发明时，枕木与聚氨酯碎石道喳道床之间的空间是指枕木下表面与聚氨酯道碴道床表面之间的空间。在本发明中，所述空间的高度是指在竖直方向上的最高点与最低点之间的距离。由于沉降发生的原因不同，枕木与沉降的聚氨酯道碴道床的表面之间的空间可以具有不同的高度和形状。
在本发明中，该空间的高度优选为约10mm至100mm。当该高度低于10mm时，向该空间内浇注聚氨酯反应体系较为不便，当该高度高于100mm时，填充该高度需要较多的聚氨酯反应体系，维修成本较高。
在本发明中，所述空间可以是不规则的形状，其长度，即空间沿枕木方向的两端之间的距离。本发明的维修方法可以适用于任何长度的层状空腔，例如该长度可以是20cm至260cm。
在一个优选的实施例中，所述空间为将所述轨枕抬高至预定的位置后在所述轨枕下表面与所述聚氨酯道碴道床表面之间形成的空间。由于沉降发生的原因不同，该空间可以具有不同的高度和形状。
所述预定的位置可以是本领域技术人员任何期望的位置，其可以使用本领域技术人员熟知的器械，例如起道器将轨枕抬高至预定的位置。
在本发明一个实施例中，所述预定的位置为轨面标高位置，即轨道表面位于基准高度时的位置。
图1是根据本发明一个实施例的聚氨酯道碴道床维修方法的示意图。如图1所示，本发明的聚氨酯道碴道床维修方法包括使用起道器150将轨道110连同轨枕120抬升至轨面标高位置，即铁轨表面处于基准高度。此时，在轨枕120和聚氨酯道碴道床130表面之间形成了空间140，然后向该空间140中浇注聚氨酯组合物，聚氨酯组合物原位发泡固化后形成聚氨酯泡沫充填了所述空间140，从而对沉降的聚氨酯道碴道床起到维修的作用。
在图1中，空间140呈近似长方体形的形状，根据聚氨酯道碴道床的沉降情况不同，形状会有所不同。图1中的形状仅是空间140的一个实例，而不应将其视为对本发明的限制。
在本发明一个实施例中，可以在空间140中设置增强材料，然后再浇注聚氨酯组合物，再发泡固化；或者向空间140中浇注聚氨酯组合物后，在聚氨酯反应体系发泡固化之前向其中设置增强材料，如此形成的聚氨酯泡沫中由于包含增强材料，其强度更高，更有利于支撑轨枕；还可以将例如黄沙、玻璃纤维的增强材料与B组分混合后，通过挤出机浇注入空间中。
可用于本发明的增强材料的实例包括但不限于：无碱玻璃布、无纺布、织物、玻璃纤维、牛皮纸、碳纤、芳纶纤维、石块、砖块、混凝土块、金属块、橡胶粒、塑料粒、黄沙、玻璃微珠以及它们的组合。
铁路设施
本发明还一方面涉及一种铁路设施，该铁路设施包括轨枕和聚氨酯道碴道床，其特征在于：在所述轨枕和所述聚氨酯道碴层之间还设置有用于支撑所述轨枕的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫根据上述聚氨酯组合物制备。
聚氨酯泡沫是将上述聚氨酯组合物浇注到所述空间140中，固化后填充所述空间所形成的泡沫结构，其中还可包括上述增强材料。
由于该聚氨酯泡沫填充了所述空间，因此其厚度与所述空间的高度一致，为10至100mm。
另外，所得的聚氨酯泡沫具有以下性质：拉伸强度为2-40Mpa，密度为0.4-1.5g/cm3，硬度为30-90Shore A和40-80shore D，断裂伸长率为2-55％。
实施例
下列实施例用于说明本发明优选的实施方案。本领域技术人员应该理解的是，在下列实施例中所披露的技术代表了发明人所发现的、在本发明实践中运作良好的技术，因此可以被认为是在实践中构成了优选的模式。但是，在本公开的启示下，本领域技术人员应该理解的是在不离开本发明精神和范围的同时，可对所公开的具体的实施方案可作出许多改变并得到相似的结果。
本发明文中提及的原料及设备说明如下：
Desmophen 4050E，第一聚醚多元醇，以乙二胺为起始剂，羟值620，官能度4.0，购自拜耳材料科技有限公司；；
Desmophen 4051B，第一聚醚多元醇，以乙二胺为起始剂，羟值470，官能度4.0，购自拜耳材料科技有限公司；
GR 403，第一聚醚多元醇，以乙二胺为起始剂，羟值770，官能度4.0，购自上海高桥聚氨酯公司；
GR 405，第一聚醚多元醇，以乙二胺为起始剂，羟值450，官能度4.0，购自上海高桥聚氨酯公司；
Arcol 1026，第二聚醚多元醇，以丙二醇为起始剂，羟值28，官能度2.0，购自拜耳材料科技有限公司；
Arcol 1021，第二聚醚多元醇，以丙二醇为起始剂，羟值56，官能度2.0，购自拜耳材料科技有限公司；
Arcol 3553，第二聚醚多元醇，以甘油为起始剂，羟值35，官能度3.0，购自拜耳材料科技有限公司；
Arcol 1362，第二聚醚多元醇，以甘油为起始剂，羟值28，官能度3.0，购自拜耳材料科技有限公司；
GE 220，第二聚醚多元醇，以丙二醇为起始剂，羟值56，官能度2.0，购自上海高桥聚氨酯公司；
GR 635，第三聚醚多元醇，以山梨醇/甘油为起始剂，羟值500，官能度4.5，购自上海高桥聚氨酯公司；
Arcol 3601，第三聚醚多元醇，以蔗糖/甘油为起始剂，羟值360，官能度4.2，购自拜耳材料科技有限公司；
Arcol 3607，第三聚醚多元醇，以蔗糖/甘油为起始剂，羟值450，官能度4.7，购自拜耳材料科技有限公司；
Desmophen 21AP27，第三聚醚多元醇，以蔗糖/乙二醇为起始剂，羟值440，官能度2.8，购自拜耳材料科技有限公司；
GE 303，第三聚醚多元醇，以甘油为起始剂，羟值480，官能度3.0，购自上海高桥聚氨酯公司；
Stepanpoly PS-1922，聚酯多元醇苯酐多元醇，羟值190，官能度2.0，购自美国斯太潘公司；
Tego Stab B 8715，稳定剂，购自德国赢创Evomnik公司；
DEG-二甘醇，扩链剂，购自市场常用化工产品；
DPG-二丙二醇，扩链剂，购自市场常用化工产品；
DBTDL-二丁基月桂酸锡，购自催化剂，美国汽体化学公司；
醋酸甲/二甘醇溶液，催化剂，购自市场常用化工产品；
Desmodur 44 V20L，PMDI，NCO含量31.5％，购自拜耳材料科技有限公司；
Desmodur 44P90，MDI预聚体，NCO含量28.1％，购自拜耳材料科技有限公司；
Desmodur 1511L，PMDI，NCO含量31.5％，购自拜耳材料科技有限公司；
H-XP3型常规高压机，配有浇注头：购自GRACO公司；
YQ-245液压起道器，玉峰液压机械有限公司；
CG-600-1-1填缝枪(Caulking gun)，购自耐上炯公司；
实施例1
使用YQ-245液压起道器将钢轨连同扣件及轨枕抬升到轨面标高，使得轨枕与聚氨酯道碴道床之间形成高度约25mm的空间；空间中先填入部分碎石道碴。将聚醚组合料按下表1比例在室温下混合均匀。用CG-600-1-1填缝枪，于60秒内按聚醚组合料/异氰酸酯1∶1比例浇注到轨枕和聚氨酯道碴道床之间的空间中；经30分钟固化形成填充于轨枕与聚氨酯道碴道床之间空间的聚氨酯泡沫。
表1：聚氨酯组合物配方以及物理机械性能
本实施例所提供的聚氨酯泡沫采用现场浇注、原位反应方式的得到，对表面形貌不规则的轨枕底面和聚氨酯道碴道床表面具有高度的适用性。
实施例2-3
使用YQ-245液压起道器将钢轨连同扣件及轨枕抬升到轨面标高，使得轨枕与聚氨酯道碴道床之间，形成高度约25mm的层状空腔；使用H-XP3型常规高压机，于30秒内将聚氨酯组合物按照表2所列用量浇注到轨枕和聚氨酯道碴道床之间的空间中；经30分钟固化形成填充于轨枕与聚氨酯道碴道床之间空间的聚氨酯垫。
表2：聚氨酯组合物配方以及物理机械性能
实施例3使用玻璃纤维增强材料，提高了机械性能，如拉伸强度和断裂伸长率。
实施例4
使用YQ-245液压起道器将钢轨连同扣件及轨枕抬升到轨面标高，使得轨枕与聚氨酯道碴道床之间形成高度约50mm的层状空腔；空腔内填入由玻璃纤维布和牛皮纸折叠成连续之字型垫片。先将B组分混合物按下表比例在室温下混合均匀，使用H-XP3型常规高压机，于30秒内将下述聚氨酯反应体系按1∶1比例浇注到轨枕和聚氨酯道碴道床之间的空间中；经30分钟固化形成填充于轨枕与聚氨酯道碴道床之间空间的聚氨酯垫层。
表3：聚氨酯组合物配方以及物理机械性能
本实施例所提供的聚氨酯垫采用现场浇注、原位反应方式的得到，对表面形貌不规则的轨枕底面和聚氨酯道碴道床表面具有高度的适用性；反应速度基本不受环境温度影响，体系反应后固化快，特别适合快速修复以及寒冷和高原地区道床修复工作。

Claims (15)

1.一种用于维修聚氨酯道碴道床的聚氨酯组合物，所述聚氨酯组合物包含：
(a)一种或多种多异氰酸酯；
(b)聚醚多元醇混合物，所述聚醚多元醇混合物包含：
(b1)第一聚醚多元醇，所述第一聚醚多元醇选自以胺为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为4，羟值为400-800mgKOH/g；
(b2)第二聚醚多元醇，所述第二聚醚多元醇选自以多元醇为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为2-3，羟值为10-120mgKOH/g；
(b3)第三聚醚多元醇，所述第三聚醚多元醇选自以多元醇为起始剂制备的聚醚多元醇，官能度为3-5，羟值为250-700mgKOH/g；
其中所述第一聚醚多元醇的含量为10-60wt％，所述第二聚醚多元醇的含量为1-70wt％，所述第三聚醚多元醇的含量为10-70wt％，以所述聚醚多元醇混合物的总重量为100wt％计。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其中所述第一聚醚多元醇的含量为30-60wt％，以所述聚醚多元醇混合物的总重量为100wt％计。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其中所述第二聚醚多元醇的官能度为2-3，羟值为25-60mgKOH/g。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其中所述第二聚醚多元醇的含量为10-30wt％，以所述聚醚多元醇混合物的总重量为100wt％计。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其中所述第三聚醚多元醇的含量为30-50wt％，以所述聚醚多元醇混合物的总重量为100wt％计。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯组合物，其中所述多异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或其组合。
7.一种聚氨酯道碴道床维修方法，所述聚氨酯道碴道床上设置有支持轨道的轨枕，所述方法包括向所述轨枕与所述聚氨酯道碴道床表面之间的空间中浇注根据权利要求1-6中任一项所述的聚氨酯组合物，使得所述聚氨酯组合物固化后填充所述空间。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述轨枕与所述聚氨酯道碴道床表面之间的空间为将所述轨枕抬高至预定的位置后在所述轨枕与所述聚氨酯道碴道床表面之间形成的空间。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述轨枕与所述聚氨酯道碴道床表面之间的空间的高度为10mm至100mm。
10.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括向所述空间中施用增强材料的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述增强材料选自：无碱玻璃布、无纺布、织物、玻璃纤维、碳纤、芳纶纤维、石块、砖块、混凝土块、金属块、橡胶粒、塑料粒、黄沙、玻璃微珠以及它们的组合。
12.一种铁路设施，包括轨枕和聚氨酯道碴道床，其中在所述轨枕和所述聚氨酯道碴层之间还设置有用于支撑所述轨枕的聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫根据权利要求1-6中任一项所述的聚氨酯组合物制备。
13.根据权利要求12所述的铁路设施，其中所述聚氨酯泡沫的厚度为10至100mm。
14.根据权利要求12所述的铁路设施，其中所述聚氨酯泡沫的拉伸强度为2-40Mpa，硬度为30-90Shore A或40-80shore D。
15.根据权利要求12所述的铁路设施，其中所述聚氨酯泡沫的密度为0.4-1.5g/cm3，断裂伸长率为2-55％。
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