CN104592744A - 一种高速铁路用减震垫块及其制作方法 - Google Patents

一种高速铁路用减震垫块及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高速铁路用聚氨酯微孔弹性体减震垫块及其制作方法。该减震垫块原料中包括由61.5～70.2份聚醚多元醇、0.18～0.45份发泡剂、0.3～0.6分匀泡剂、3.1～9.4份固化剂、0.23～0.45份催化剂组成的组份A和24.1～27.8份多异氰酸酯组成的组份B。组份A、组份B分别置于浇注机的A、B料罐中，然后浇注到预定的模具中，模具在45℃～55℃下保温25min～35min后脱模，后75℃～85℃温熟化10h～14h，即可得到减震垫块。本发明制得的产品具有极其优异的耐低温性能，即-40℃时静刚度变化率极低，对于高速铁路在西部、北部及东北地区的推广具有积极意义，而且其综合性能明显优于现有的减震垫块。

Description

一种高速铁路用减震垫块及其制作方法
技术领域：
本产品属于高分子复合材料的技术领域，特指一种高速铁路用减震垫块及其制作方法。
背景技术：
当前我国的高速铁路事业正处于飞速发展当中。我国新建铁路基本都是使用的无砟轨道，这种轨道具有使用周期长，维修成本低，列车可高速平稳运行等优点。但是其刚度大，弹性低，减震消声性能差。因此，必须采用一种弹性较好的减震垫板来客服这种缺点。
聚氨酯材料原料众多，可根据需要选择不同的原料来设计成合适的结构，从而制备出符合使用要求的材料。聚氨酯微孔弹性体孔径分布均匀，具有密度小、抗冲击、吸能、吸音、强度高、缓冲性能好、耐磨、耐油、抗疲劳等优异的综合性能，是高速铁路减震垫块制备材料的最佳选择。
高速列车的行车，涉及到人们的人身安全，对于各相关部件的使用要求很高。而且，由于聚氨酯原材料多种多样，要从中选择出合适的材料，制备出符合高速铁路使用要求的减震垫块，是一项艰巨的任务，体现弹性、缓冲性等性能的关键在于聚氨酯的材料的“软段”部分,也就是聚醚多元醇部分。另外，由于中国幅员辽阔，地形复杂，在北方以及一些高原地带，冬季气温非常低，在这些地方建设高速铁路，对于减震垫块的耐寒性能要求非常高，因此耐寒性能是高速铁路用减震垫块的一个非常重要的性能，其具体体现就是减震垫块在低温(铁道部规定为-40℃)下的静刚度变化率，根据铁道部要求，这一参数必须在20％以下。然而在目前研发人员对减震垫块的生产研发过程中都忽略了对减震垫块耐寒性的要求，导致所生产的减震垫块在-40℃时与常温相比的静刚度变化率较高甚至不符合要求，致使高速铁路行车存在重大安全隐患。而决定减震垫块在低温下静刚度变化率的，还是聚氨酯的“软段”部分，也就是聚醚多元醇部分，因此，聚醚多元醇的选择至关重要。聚醚多元醇的选择及搭配使用，是本发明的关键。
当前，我国高速铁路用聚氨酯微孔弹性体减震垫块的生产一般采取两步法。例如，中国专利CN201010284073.X发明了一种高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件及其制备方法，即先合成半预聚体，再通过模具成型，工艺复杂，成本较高；同时，该专利还需要采用前处理非常麻烦的改性纳米高岭土作为微孔聚氨酯弹性体的改性剂，使得只做工艺更加复杂。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种高速铁路用减震垫块的制作方法。
本发明实现其目的采用的技术方案是：一种高速铁路用减震垫块，该减震垫块原料中各组份及其重量配比为：
其中：多异氰酸酯为B组份，其它原料均匀混合后为A组份。
具体而言，所述的聚醚多元醇为三种聚醚多元醇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的混合物，其中，聚醚多元醇Ⅰ的含量为8.85份～29份，聚醚多元醇Ⅱ的含量为27份～52.6份，聚醚多元醇Ⅲ的含量为7.3份～16.5份。
所述的聚醚多元醇Ⅰ、Ⅱ的官能度为2，聚醚多元醇Ⅲ的官能度为3，且三种聚醚多元醇的分子量均为1000～6000。
所述的发泡剂为蒸馏水。
所述催化剂为双(二甲氨基乙基)醚及其类似物与二乙酸二丁基锡的混合物，其中，双(二甲氨基乙基)醚的含量为0.18份～0.35份，二乙酸二丁基锡的含量为0.05份～0.12份。
所述固化剂为1，4丁二醇或者乙二醇或者一缩丙二醇或者它们与3，5-二乙基甲苯二胺的混合物，混合物的比例可以为任意比例。
所述匀泡剂为硅油。
本发明还提供该高速铁路用减震垫块的制作方法，该制作方法包括以下步骤：
(1)将A组份中各种物料按比例混合好，加入到浇注机中A料罐；称取相应重量的多异氰酸酯加入浇注机的B料罐；
(2)调整A料和B料的温度为40℃～45℃，待发泡剂循环0.4h-0.6h后，设置搅拌速度为6000r/min～8000r/min，按照预定的浇注比将A料和B料浇注到模具中；
(3)将模具在45℃～55℃的烘箱中保温25min～35min后脱模，然后将垫块在75℃～85℃环境下熟化10h～14h。
本发明减震垫块及其生产工艺主要具有以下优点：
(1)本发明采用蒸馏水作为发泡剂，且不使用任何溶剂，低挥发，安全环保，不影响环境。
(2)成本低廉，工艺简单。本发明所采用的原料均为聚氨酯行业市场上常用的原料，价格低廉，采用一步法成型，工艺简单。
(3)本发明制得的产品具有极其优异的耐低温性能，即-40℃时静刚度变化率极低，对于高速铁路在西部、北部及东北地区的推广具有积极意义，而且其综合性能明显优于现有的减震垫块。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
A料组成为：
B组份为：
二苯基甲烷二异氰酸酯     27.8份
聚氨酯微孔弹性体减震垫块的具体制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇(其中官能度为2，平均分子质量为3000的聚醚多元醇Ⅰ29份；官能度为2，平均分子质量为4000的聚醚多元醇Ⅱ29份；官能度为3，平均分子质量为3000的聚醚多元醇Ⅲ为8.8份)、1，4丁二醇、蒸馏水、催化剂(双(二甲氨基乙基)醚/二乙酸二丁基锡＝0.18/0.05)、硅油按比例混合好，加入到浇注机中A料罐；称取相应重量的多异氰酸酯加入浇注机的B料罐；
(2)调整A料和B料的温度为45℃，待浇注机循环0.4h后，设置搅拌速度为8000r/min，按照预定的浇注比将A料和B料浇注到模具中；
(3)将模具在55℃的烘箱中保温25min后脱模，然后将垫块在75℃环境下熟化14h。
实施例2
A料组成为：
B组份为：
二苯基甲烷二异氰酸酯     24.1份
聚氨酯微孔弹性体减震垫块的具体制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇(其中官能度为2，平均分子质量为2000的聚醚多元醇Ⅰ24.5份、官能度为2，平均分子质量为3000的聚醚多元醇Ⅱ36.8份、官能度为3，平均分子质量为1500的聚醚多元醇Ⅲ分别为7.3份)、1，4丁二醇、3，5二乙基甲苯二胺、蒸馏水、催化剂(双(二甲氨基乙基)醚/二乙酸二丁基锡＝0.22/0.1)、硅油按比例混合好，加入到浇注机中A料罐；称取相应重量的多异氰酸酯加入浇注机的B料罐；
(2)调整A料和B料的温度为40℃，待浇注机循环0.6h后，设置搅拌速度为6000r/min，按照预定的浇注比将A料和B料浇注到模具中；
(3)将模具在45℃的烘箱中保温35min后脱模，然后将垫块在85℃环境下熟化10h。
实施例3
A料组成为：
B组份为：
二苯基甲烷二异氰酸酯     25.5份
聚氨酯微孔弹性体减震垫块的具体制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇(其中官能度为2，平均分子质量为1000的聚醚多元醇Ⅰ8.85份、官能度为2，平均分子质量为6000的聚醚多元醇Ⅱ52.6份、官能度为3，平均分子质量为3000的聚醚多元醇Ⅲ为8.8份)、乙二醇、蒸馏水、催化剂(双(二甲氨基乙基)醚/二乙酸二丁基锡＝0.35/0.1)、硅油按比例混合好，加入到浇注机中A料罐；称取相应重量的多异氰酸酯加入浇注机的B料罐；
(2)调整A料和B料的温度为42.5℃，待浇注机循环0.5h后，设置搅拌速度为7000r/min，按照预定的浇注比将A料和B料浇注到模具中；
(3)将模具在50℃的烘箱中保温30min后脱模，然后将垫块在80℃环境下熟化12h。
实施例4
A料组成为：
B组份为：
二苯基甲烷二异氰酸酯     27.8份
聚氨酯微孔弹性体减震垫块的具体制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇(其中官能度为2，平均分子质量为2000的聚醚多元醇Ⅰ18份、官能度为2，平均分子质量为3000的聚醚多元醇Ⅱ27份、官能度为3，平均分子质量为6000的聚醚多元醇Ⅲ为16.5份)、一缩丙二醇、3，5-二乙基甲苯二胺、蒸馏水、催化剂(双(二甲氨基乙基)醚/二乙酸二丁基锡＝0.22/0.12)、硅油按比例混合好，加入到浇注机中A料罐；称取相应重量的多异氰酸酯加入浇注机的B料罐；
(2)调整A料和B料的温度为43℃，待浇注机循环0.5h后，设置搅拌速度为7500r/min，按照预定的浇注比将A料和B料浇注到模具中；
(3)将模具在55℃的烘箱中保温30min后脱模，然后将垫块在78℃环境下熟化12h。
对比例1
样品按照吴义春等《WJ-8型高铁用聚氨酯弹性垫板的研究》论文中的20/80配方及所述方法制备，详见吴义春论文(《聚氨酯工业》，2011年第26卷第6期，P31～34)。
对比例2
样品按照罗玉媛《高速铁路WJ-8聚氨酯减震弹性垫板研制》论文中所叙述的配方及方法制备，详见罗玉媛论文(北京化工大学2012年硕士研究生毕业论文)。
以上各实施例减震垫块性能如下表：
从上述测试结果表格可以看出，本发明通过对于聚醚多元醇的搭配使用，重点解决了现有减震垫块耐寒性不足的问题，实施例1-4中的产品在-40℃下的静刚度变化率极低，这对于在我国一些非常寒冷的地方推广高速铁路具有积极意义，而且本发明所制得的产品，各方面的综合性能也明显优于中国专利CN201010284073.X中所制得的产品。

Claims (8)

1.一种高速铁路用减震垫块，其特征在于：该减震垫块原料中各组份及其重量配比为：
其中：多异氰酸酯为B组份，其它原料均匀混合后为A组份。
2.根据权利要求1所述的高速铁路用减震垫块，其特征在于：所述的聚醚多元醇为三种聚醚多元醇Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的混合物，其中，聚醚多元醇Ⅰ的含量为8.85份～29份，聚醚多元醇Ⅱ的含量为27份～52.6份，聚醚多元醇Ⅲ的含量为7.3份～16.5份。
3.根据权利要求2所述的高速铁路用减震垫块，其特征在于：所述的聚醚多元醇Ⅰ、Ⅱ的官能度为2，聚醚多元醇Ⅲ的官能度为3，且三种聚醚多元醇的分子量均为1000～6000。
4.根据权利要求1所述的高速铁路用减震垫块，其特征在于：所述的发泡剂为蒸馏水。
5.根据权利要求1所述的高速铁路用减震垫块，其特征在于：所述催化剂为双(二甲氨基乙基)醚及其类似物与二乙酸二丁基锡的混合物，其中，双(二甲氨基乙基)醚的含量为0.18份～0.35份，二乙酸二丁基锡的含量为0.05份～0.12份。
6.根据权利要求1所述的高速铁路用减震垫块，其特征在于：所述固化剂为1，4丁二醇或者乙二醇或者一缩丙二醇或者它们与3，5-二乙基甲苯二胺的混合物。
7.根据权利要求1所述的高速铁路用减震垫块，其特征在于：所述匀泡剂为硅油。
8.如权利要求1所述的一种高速铁路用减震垫块的制作方法，其特征在于：该制作方法包括以下步骤：
(1)将A组份中各种物料按比例混合好，加入到浇注机中A料罐；称取相应重量的多异氰酸酯加入浇注机的B料罐；
(2)调整A料和B料的温度为40℃～45℃，待发泡剂循环0.4h-0.6h后，设置搅拌速度为6000r/min～8000r/min，按照预定的浇注比将A料和B料浇注到模具中；
(3)将模具在45℃～55℃的烘箱中保温25min～35min后脱模，然后将垫块在75℃～85℃环境下熟化10h～14h。
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