CN105367749B - 一种用于极寒地区的低温浇注材料及其制造方法 - Google Patents

一种用于极寒地区的低温浇注材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于极寒地区的低温浇注材料，包括组分A和组分B，组分A与组分B的重量比为（80～150）：100，其中，每一份组分A中的低聚物多元醇、异氰酸酯、降粘剂、增塑剂重量比为100：24～42：5～20：8～16，每一份组分B中的扩链剂、填充剂、催化剂、阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、着色剂重量比为10～2：20～80：6～12：6～15：1～3：0.5～2：0.5～1。本发明的有益效果：玻璃化转变温度低，可在‑40℃及以上极寒地区环境温度下施工而不受温度影响，完全固化后可保持材料的高弹性；减振降噪作用优秀，并且提供满足要求的各向刚度、阻尼性能及物理性能；绿色环保、不易燃烧、安全可靠。

Description

一种用于极寒地区的低温浇注材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及轨道技术领域，特别是一种用于极寒地区的低温浇注材料及其制造方法。
背景技术
嵌入式轨道系统作为一种新型的无砟轨道系统，改变了传统无砟轨道采用扣件离散支撑和固定钢轨的方式。该轨道系统是将高分子复合材料浇注至承轨槽中，待固化后包覆钢轨，可替代传统扣件起到连续支撑与固定钢轨的作用。由于嵌入式轨道的力学要求，应用于嵌入式轨道系统中的高分子浇注料必须能够为整个轨道系统提供满足设计要求的横向刚度、竖向刚度和纵向刚度。
专利文献CN 103351579A公开了“一种用于嵌入式轨道系统的高分子复合材料”，解决了嵌入式轨道系统对三向刚度、减振降噪、施工工艺性能及绿色环保等技术问题。一般来说，固化后的该高分子复合材料在室温附近较大范围内均具有较高的弹性，可正常工作。但是，在一些极寒地区，如我国的内蒙古、黑龙江及俄罗斯的北部等地，冬季常遭遇极寒天气，温度甚至低至-40℃左右。面对这种极端低温环境，高分子浇注料的使用温度就会接近甚至是低于玻璃化转变温度，链段运动能力显著减弱，再加上低温结晶，使材料弹性急剧下降，从而导致嵌入式轨道的三向刚度骤升、减振降噪性能降低，失去正常工作的能力。此外，温度低也可导致高分子浇注料粘度增大，操作时间少，不利于施工。
因此，需要专门开发出一种用于嵌入式轨道系统的材料，以适应极寒地区。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于极寒地区的低温浇注材料及其制造方法，以解决现有高分子材料难以满足极寒地区嵌入式轨道系统对三向刚度、减振降噪及施工工艺性能等技术问题。
本发明采用的技术方案是这样的：
一种用于极寒地区的低温浇注材料，包括组分A和组分B，组分A与组分B的重量比为（80～150）：100，其中，每一份组分A包括100重量份的低聚物多元醇、24～42重量份的异氰酸酯、5～20重量份的降粘剂、8～16重量份的增塑剂，每一份组分B包括10～25重量份的扩链剂、20～80重量份的填充剂、6～12重量份的催化剂、6～15重量份的阻燃剂、1～3重量份的抗氧剂、0.5～2重量份的光稳定剂、0.5～1重量份的着色剂。
作为优选，所述低聚物多元醇选用聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、四氢呋喃-环氧丙烷共聚醚中的一种或几种。为解决低温脆化和结晶的问题，以聚醚多元醇为原料制备聚醚型聚氨酯作为基材，其分子链柔顺性好，且低温结晶倾向低，有效保证了浇注材料的低温弹性。
作为优选，所述异氰酸酯选用对位的甲苯二异氰酸酯（TDI-100），或对位、邻位甲苯二异氰酸酯的混合物（TDI-80）。
作为优选，所述降粘剂选用碳酸丙烯酯、1,1,1,3,3-五氟丙烷、一氟二氯乙烷中的至少一种。为解决因极寒带来粘度增大而无法正常施工的问题，加入降粘剂，可在不减小硬度的同时降低浇注材料的低温粘度，既保证了轨道系统的刚度要求又赢得了施工操作时间。
作为优选，所述增塑剂为高相容性环保型增塑剂，选用美国伊斯曼公司生产的BENZOFLEX 988、BENZOFLEX 988SG中的至少一种。配方中引入高相容性增塑剂，其增塑效率高、挥发性小、低温柔性好，且耐迁移、抽出，可有效阻止低温结晶，进一步提高浇注材料的低温弹性。
作为优选，所述扩链剂为二胺类扩链剂，选用3,3'－二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷（MOCA）、3,5-二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）中的至少一种。
作为优选，所述填充剂选用橡胶粉、碳酸钙、石英粉、钛白粉中的一种或多种，且粒径为40～600目。
作为优选，所述催化剂为非重金属类环保型催化剂，选用异辛酸锌、油酸钾、环烷酸钴、环烷酸铋中至少一种。
作为优选，所述阻燃剂为磷系高效阻燃剂，选用三（2-氯乙基）磷酸酯（TCEP）、三（2-氯异丙基）磷酸酯（TCPP）、磷酸三苯酯、多聚磷酸铵中的至少一种。采用磷系阻燃剂，具有低烟、无毒、无卤的特点，在不影响材料基础性能的情况下显著提高阻燃性能，可达二级阻燃标准。
作为优选，所述抗氧剂选用2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（抗氧剂264）、吩噻嗪、四（4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸）季戊四醇酯（抗氧剂1010）中的一种或几种。
作为优选，所述光稳定剂选用2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9）、2,2'-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-24）、2,2'-二羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮（UV-49）中的至少一种。
作为优选，所述着色剂选用红、黄、绿、蓝、黑、白六种色浆中的至少一种，可根据实际需要按相应比例进行调配。
前面所述用于极寒地区的低温浇注材料的制造方法包括以下步骤：
（1）将低聚物多元醇、异氰酸酯、降粘剂、增塑剂按100：24～42：5～20：8～16的重量比例配好，加入反应釜中100～110℃脱水，降温至70℃以下后，在真空条件下逐步加热搅拌至90℃，搅拌时间为3～4小时，冷却后制成组分A；
（2）将扩链剂、填充剂、催化剂、阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、着色剂按10～25：20～80：6～12：6～15：1～3：0.5～2：0.5～1的重量比例配好，加入至高速搅拌机（转速40rpm～100 rpm）搅拌均匀，然后用胶体研磨机研磨，研磨后，将料加入反应釜，加热至105～115℃，真空搅拌2小时，冷却后制成组分B。
（3）使用时按（80～150）：100的重量比例称量好组分A和组分B，加入浇注设备搅拌3～5分钟混合均匀，然后注入已准备好的承轨槽内。
本发明的有益效果：
1、具有较低的玻璃化转变温度，可在-40℃及以上极寒地区环境温度下施工而不受温度影响，完全固化后可保持材料的高弹性，将钢轨包覆在承轨槽内可有效降低振动、减少噪声源，起到优秀的减振降噪作用；
2、提供满足要求的各向刚度、阻尼性能及物理性能，从而实现在低温下正常工作；
3、为一种环保型低温浇注材料，配方原料无毒无害，且在现场浇注过程中不挥发有毒有害物质，对环境无污染，对施工操作人员无害，具有绿色环保、不易燃烧、安全可靠的特点。
具体实施方式
下面对本发明作详细的说明。
实施例1：
组分A：聚丙二醇100g、TDI-100 38g、碳酸丙烯酯16g、BENZOFLEX 988 12g；
组分B：MOCA 100g、橡胶粉100g（40目）、异辛酸锌8g、TCEP 12g、抗氧剂264 2.3g、UV-9 1g、色浆0.6g（黑：白：蓝=1：0.5：0.5）；
两组分混合比例为组分A：组分B=83：100（重量比）。
具体生产步骤为：
（1）将上述组分A原料按比例配好，加入反应釜中100～110℃脱水，降温至70℃以下后，在真空条件下逐步加热搅拌至90℃，搅拌时间3～4小时，冷却后制成A料。
（2）将组分B原料按比例配好，加入至高速搅拌机搅拌均匀，然后用胶体研磨机研磨。研磨后，将料加入反应釜，加热至105～115℃，真空搅拌2小时，冷却后制成B料。
（3）按比例称量好A料和B料，加入至浇注设备搅拌3～5分钟，待混合均匀后注入已准备好的承轨槽内。
低温浇注材料性能检测结果见下表：
序号 项目 结果 检测方法
1 初始粘度mPa·s 988 科技基[2008]74号
2 体积电阻 Ω 6.3×108 GB/T 21527
3 吸水率（室温×72h）% 0.4 GB/T 1690
4 密度g/cm3 1.05 GB/T6343
5 与钢板剥离粘合强度（冷粘）kN/m 15.3 GB/T 7760
6 硬度 IRHD 61 GB/T6031
7 拉伸强度 MPa 4.8 GB/T528
8 撕裂强度（直角撕裂）kN/m 36.2 GB/T529
9 弹性模量（23±2℃）MPa 12.4 DMA，拉伸模式，50HZ
10 损耗因子 0.45 DMA，拉伸模式，50HZ
11 玻璃化温度 ℃ -50 DMA，拉伸模式，50HZ
12 脆性温度 ℃ ＜-60 GB/T 15256
13 氧指数 % 26.3 GB 10707
14 300万次疲劳 无裂纹、无脱粘 4±1Hz
实施例2：
组分A：聚四亚甲基二醇100g、TDI-80 31g、1,1,1,3,3-五氟丙烷10g、BENZOFLEX988SG 12g；
组分B：MOCA 100g、碳酸钙（200目）60g、油酸钾6g、TCPP 8g、抗氧剂264 1.5g、吩噻嗪1g、UV-24 0.6g、色浆1g（黑：黄：绿=1：0.7：0.3）
两组分混合比例为组分A：组分B=108：100（重量比）。
具体生产步骤为：
（1）将上述组分A原料按比例配好，加入反应釜中100~110℃脱水，降温至70℃以下后，在真空条件下逐步加热搅拌至90℃，搅拌时间3~4小时，冷却后制成A料。
（2）将组分B原料按比例配好，加入至高速搅拌机搅拌均匀，然后用胶体研磨机研磨。研磨后，将料加入反应釜，加热至105~115℃，真空搅拌2小时，冷却后制成B料。
（3）按比例称量好A料和B料，加入至浇注设备搅拌3~5分钟，待混合均匀后注入已准备好的承轨槽内。
低温浇注材料性能检测结果见下表：
序号 项目 结果 检测方法
1 初始粘度mPa·s 1003 科技基[2008]74号
2 体积电阻 Ω 5.4×108 GB/T 21527
3 吸水率（室温×72h）% 0.6 GB/T 1690
4 密度g/cm3 1.11 GB/T6343
5 与钢板剥离粘合强度（冷粘）kN/m 12.1 GB/T 7760
6 硬度 IRHD 58 GB/T6031
7 拉伸强度 MPa 5.3 GB/T528
8 撕裂强度（直角撕裂）kN/m 38.9 GB/T529
9 弹性模量（23±2℃）MPa 11.5 DMA，拉伸模式，50HZ
10 损耗因子 0.39 DMA，拉伸模式，50HZ
11 玻璃化温度 ℃ -45 DMA，拉伸模式，50HZ
12 脆性温度 ℃ ＜-60 GB/T 15256
13 氧指数 % 25.8 GB 10707
14 300万次疲劳 无裂纹、无脱粘 4±1Hz
实施例3：
组分A：四氢呋喃-环氧丙烷共聚醚100g、TDI-100 25g、一氟二氯乙烷8g、BENZOFLEX 988SG 6g；
组分B：DMTDA 100g、石英粉（60目）40g、环烷酸钴10g、磷酸三苯酯10g、抗氧剂10102g、UV-49 0.9g、色浆1.2g（黑：红：白=1：0.4：0.2）
两组分混合比例为组分A：组分B=135：100（重量比）
具体生产步骤为：
（1）将上述组分A原料按比例配好，加入反应釜中100~110℃脱水，降温至70℃以下后，在真空条件下逐步加热搅拌至90℃，搅拌时间3~4小时，冷却后制成A料。
（2）将组分B原料按比例配好，加入至高速搅拌机搅拌均匀，然后用胶体研磨机研磨。研磨后，将料加入反应釜，加热至105~115℃，真空搅拌2小时，冷却后制成B料。
（3）按比例称量好A料和B料，加入至浇注设备搅拌3~5分钟，待混合均匀后注入已准备好的承轨槽内。
低温浇注材料性能检测结果见下表：
序号 项目 结果 检测方法
1 初始粘度mPa·s 1054 科技基[2008]74号
2 体积电阻 Ω 8.6×108 GB/T 21527
3 吸水率（室温×72h）% 0.3 GB/T 1690
4 密度g/cm3 1.07 GB/T6343
5 与钢板剥离粘合强度（冷粘）kN/m 13.8 GB/T 7760
6 硬度 IRHD 57 GB/T6031
7 拉伸强度 MPa 4.6 GB/T528
8 撕裂强度（直角撕裂）kN/m 32.2 GB/T529
9 弹性模量（23±2℃）MPa 10.4 DMA，拉伸模式，50HZ
10 损耗因子 0.42 DMA，拉伸模式，50HZ
11 玻璃化温度 ℃ -47 DMA，拉伸模式，50HZ
12 脆性温度 ℃ ＜-60 GB/T 15256
13 氧指数 % 27.1 GB 10707
14 300万次疲劳 无裂纹、无脱粘 4±1Hz
实施例4：
组分A：四氢呋喃-环氧丙烷共聚醚100g、TDI-80 28g、1,1,1,3,3-五氟丙烷18g、BENZOFLEX 988 9g；
组分B：DMTDA 100g、钛白粉（200目）70g、环烷酸铋11g、多聚磷酸铵15g、抗氧剂2641.4g、吩噻嗪0.9g、UV-9 0.8g、色浆1.5g（黑：绿：黄=1：0.5：0.2）
两组分混合比例为组分A：组分B=92：100（重量比）
具体生产步骤为：
（1）将上述组分A原料按比例配好，加入反应釜中100~110℃脱水，降温至70℃以下后，在真空条件下逐步加热搅拌至90℃，搅拌时间3~4小时，冷却后制成A料。
（2）将组分B原料按比例配好，加入至高速搅拌机搅拌均匀，然后用胶体研磨机研磨。研磨后，将料加入反应釜，加热至105~115℃，真空搅拌2小时，冷却后制成B料。
（3）按比例称量好A料和B料，加入至浇注设备搅拌3~5分钟，待混合均匀后注入已准备好的承轨槽内。
低温浇注材料性能检测结果见下表：
序号 项目 结果 检测方法
1 初始粘度mPa·s 1181 科技基[2008]74号
2 体积电阻 Ω 3.9×108 GB/T 21527
3 吸水率（室温×72h）% 0.5 GB/T 1690
4 密度g/cm3 1.12 GB/T6343
5 与钢板剥离粘合强度（冷粘）kN/m 10.6 GB/T 7760
6 硬度 IRHD 61 GB/T6031
7 拉伸强度 MPa 4.4 GB/T528
8 撕裂强度（直角撕裂）kN/m 31.5 GB/T529
9 弹性模量（23±2℃）MPa 9.9 DMA，拉伸模式，50HZ
10 损耗因子 0.33 DMA，拉伸模式，50HZ
11 玻璃化温度 ℃ -48 DMA，拉伸模式，50HZ
12 脆性温度 ℃ ＜-60 GB/T 15256
13 氧指数 % 27.8 GB 10707
14 300万次疲劳 无裂纹、无脱粘 4±1Hz

Claims (2)

1.一种用于极寒地区的低温浇注材料，其特征在于：由组分A和组分B组成，组分A与组分B的重量比为（80～150）：100，其中，每一份组分A由100重量份的低聚物多元醇、24～42重量份的异氰酸酯、5～20重量份的降粘剂、8～16重量份的增塑剂组成，每一份组分B由10～25重量份的扩链剂、20～80重量份的填充剂、6～12重量份的催化剂、6～15重量份的阻燃剂、1～3重量份的抗氧剂、0.5～2重量份的光稳定剂、0.5～1重量份的着色剂组成；所述低聚物多元醇选用聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、四氢呋喃-环氧丙烷共聚醚中的一种或几种；所述异氰酸酯选用对位的甲苯二异氰酸酯（TDI-100），或对位、邻位甲苯二异氰酸酯的混合物（TDI-80）；所述降粘剂选用碳酸丙烯酯、1,1,1,3,3-五氟丙烷、一氟二氯乙烷中的至少一种；所述增塑剂为高相容性环保型增塑剂，选用美国伊斯曼公司生产的BENZOFLEX 988、BENZOFLEX 988SG中的至少一种；所述扩链剂为二胺类扩链剂，选用3,3'－二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷（MOCA）、3,5-二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）中的至少一种；所述填充剂选用橡胶粉、碳酸钙、石英粉、钛白粉中的一种或多种，且粒径为40～600目；所述催化剂为非重金属类环保型催化剂，选用异辛酸锌、油酸钾、环烷酸钴、环烷酸铋中至少一种；所述阻燃剂为磷系高效阻燃剂，选用三（2-氯乙基）磷酸酯（TCEP）、三（2-氯异丙基）磷酸酯（TCPP）、磷酸三苯酯、多聚磷酸铵中的至少一种；所述抗氧剂选用2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（抗氧剂264）、吩噻嗪、四（4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸）季戊四醇酯（抗氧剂1010）中的一种或几种；所述光稳定剂选用2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-9）、2,2'-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮（UV-24）、2,2'-二羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮（UV-49）中的至少一种；所述着色剂选用红、黄、绿、蓝、黑、白六种色浆中的至少一种。
2.权利要求1所述的用于极寒地区的低温浇注材料的制造方法包括以下步骤：
（1）将低聚物多元醇、异氰酸酯、降粘剂、增塑剂按100：24～42：5～20：8～16的重量比例配好，加入反应釜中100～110℃脱水，降温至70℃以下后，在真空条件下逐步加热搅拌至90℃，搅拌时间为3～4小时，冷却后制成组分A；
（2）将扩链剂、填充剂、催化剂、阻燃剂、抗氧剂、光稳定剂、着色剂按10～25：20～80：6～12：6～15：1～3：0.5～2：0.5～1的重量比例配好，加入至高速搅拌机搅拌均匀，然后用胶体研磨机研磨，研磨后，将料加入反应釜，加热至105～115℃，真空搅拌2小时，冷却后制成组分B；
（3）使用时按（80～150）：100的重量比例称量好组分A和组分B，加入浇注设备搅拌3～5分钟混合均匀，然后注入已准备好的承轨槽内。
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