CN105500839A

CN105500839A - 一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木及制作方法

Info

Publication number: CN105500839A
Application number: CN201610080404.5A
Authority: CN
Inventors: 孙亚非; 马丽萍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明公开了一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木及制作方法，包括纤维块体，纤维块体为单层结构或多层结构，每一层结构由若干个植物纤维条形体叠加而成，每一个植物纤维条形体外部包裹有玻璃丝布，所述纤维块体外部由玻璃丝布包裹；植物纤维条形体和玻璃丝布均浸满复合胶体。制作本发明的复合材料枕木的原材料广泛，除竹纤维外，植物纤维采用农作物秸秆制作，属于环保型建筑材料。制作本发明复合材料枕木的植物秸秆分布极广，现在几乎为废弃物，未加以利用，该枕木使植物秸秆得到了充分利用；同时植物秸秆属于可再生资源，取之不尽，用之不竭，能够完全供应本发明枕木的制作要求。

Description

一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木及制作方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木及制作方法。

背景技术

枕木常被用于承载物体，是铁路建设、专用轨道走行设备铺设和承载设备领域中不可或缺的材料。高铁的设计时速为600公里/h，行驶时速为500公里/h，而由于枕木的原因，现有高铁的运行时速只能达到300多公里/h。现有的枕木因为内有钢筋，若时速在400公里左右，则车轮、钢轨和枕木的钢筋之间有可能会发生共振，严重时可造成列车脱轨，甚至造成列车解体，大大制约了高铁的经济效益和社会效益。

目前，对于该问题采用的解决办法为，用传统的可用作枕木的专用木材。然而我国是个少林国家，木材资源严重不足，长期以来木材供需矛盾尖锐，无法满足市场需求。生产枕木所需树木的年龄一般在80～100，而在我国这样年龄的立木蓄积量微乎其微。同时我国能够用来制作枕木的专用木材已经非常稀少，国家已不允许采伐。加上木材为有机物质，易为虫、菌侵蚀而腐朽变质，所以木枕使用寿命短，经防腐处理后额定使用年限13～19年，如货流加大、速度和载量提高，将降至8～10年。

现有的混凝土枕木不会腐朽，原料易得、寿命长、稳定性高、养护量小，但随着对铁路基础设施安全性和舒适性的重视，混泥土轨枕的缺点也逐渐暴露出来：重量大、脆性大、易出现裂纹，硬度大、弹性差、减震效果差，不能满足高速铁路发展的要求。现有的钢质枕木虽然牢固耐用，但造价高沉重不易搬动，弹性小。因此，目前亟需一种枕木能够取代现有枕木同时能够达到和满足高铁设计要求并保证使用效果。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木及其制作方法，不使用任何金属材料，强度高，柔韧性好，使用年限长，能够彻底解决共振问题，实现高铁设计要求的时速。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木，包括纤维块体，纤维块体为单层结构或多层结构，每一层结构由若干个植物纤维条形体叠加而成，每一个植物纤维条形体外部包裹有玻璃丝布，所述纤维块体外部由玻璃丝布包裹；植物纤维条形体和玻璃丝布均浸满复合胶体。

优选的，多层结构的纤维块体中的若干层结构由若干个竹纤维条形体叠加而成；设置了竹纤维条形体，韧性和耐磨性强，提升了枕木的使用寿命。

每一个所述竹纤维条形体外部包裹有玻璃丝布。

所述竹纤维条形体也浸满复合胶体。

所述植物纤维条形体外部包裹的玻璃丝布的层数为一层或多层。

所述纤维块体外部包裹的玻璃丝布的层数为一层或多层；可以设置一层玻璃丝布，通过复合胶体粘结即可满足设计要求；在需要加强枕木的强度情况下，可以设置多层玻璃丝布，然后通过复合胶体将各部分粘结为一体，完全满足铁路运行对枕木的要求。

一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木的制作方法，包括以下步骤：

(1).将植物秸秆经破碎形成植物纤维；

(2).在植物纤维外部由玻璃丝布包裹成长条形结构；

(3).按设计要求，叠加单层结构或多层结构的纤维块体，每一层结构由若干个长条形结构叠加而成，在纤维块体外部包裹玻璃丝布，形成枕木基体；

(4).将得到的枕木基体用复合胶体浸润；

(5).按设计要求，采用冲压或挤压或模具成型的方式，得到复合材料枕木。

优选的，所述步骤3中，多层结构的纤维块体中的若干层结构由若干个竹纤维长条形结构叠加而成。

所述竹纤维长条形结构的制作步骤为：

将竹经破碎形成竹纤维；竹纤维外部由玻璃丝布包裹成竹纤维长条形结构。

所述玻璃丝布采用增强型润剂前处理的无碱玻璃纤维纱制造而成。

优选的，所述步骤5之后进行以下步骤：按设计要求，在成型的复合材料枕木上制出预留螺丝孔；便于枕木通过螺丝与钢轨连接。

本发明的工作原理为：

本发明的复合材料枕木由植物纤维和玻璃丝布添加复合胶体后制成，或者可以再加入竹纤维层，未采用任何金属材料，材料强度测试超过水泥的17倍之多。

同时该枕木由植物纤维和竹纤维和玻璃丝布作为形成枕木的主要成分，强度高，剪切强度大大超过水泥预制枕木。

本发明方法制作的枕木具有钢筋水泥枕木所不具备的柔韧性和抗冲击性，特别是材质的物理结构的不同，使枕木的强度提高，本发明枕木中不使用任何金属件，与钢轨和车轮的振幅不一样，解决了由枕木、钢轨、车轮的金属间的相互影响所产生的共振问题，完全可以达到动车、高铁所需的设计时速；同时本发明的枕木具有和木材相似的弹性，特别是在盐碱地区寿命更高。

本发明就中国专利CN104532692A进行比较，具有以下独有的优势：

1.本发明枕木的强度高于水泥枕木，也即高于上述专利文件用树脂和木条粘合得到的枕木；

2.本发明枕木的柔韧性高于水泥枕木和上述专利文件中的枕木，本发明枕木具有木质枕木的物质属性；

3.本发明制作枕木的复合材料使用复合胶体，其使用寿命可达50年，建筑使用情况下可达70年以上；而上述专利文件使用树脂，树脂的使用年限仅为5-10年；本发明中使用的复合胶体为现有成熟技术；

4.本发明枕木耐高温不低于1400度，耐低温可达-60度，膨胀系数小于其他材料；上述专利文件中所用树脂很脆，容易断裂，剪切强度低；

5.上述专利文件枕木使用木条制作，仍采用木材，仍存在背景技术中的问题；且由于木质的不同，所得到的枕木的性能不能保证，同时其枕木无法机械大量化生产；本发明的枕木生产工艺简单，生产速度快，强度高；

6.本发明枕木耐腐蚀，浓酸碱对枕木均无法破坏；

7.本发明制作枕木的复合材料中除竹纤维外，其他均为植物纤维，为可再生资源，为废物利用，属绿色环保型产品。

本发明的有益效果为：

1.制作本发明的复合材料枕木的原材料广泛，除竹纤维外，植物纤维采用农作物秸秆制作，属于环保型建筑材料。

2.制作本发明复合材料枕木的植物秸秆分布极广，现在几乎为废弃物，未加以利用，该枕木使植物秸秆得到了充分利用；同时植物秸秆属于可再生资源，取之不尽，用之不竭，能够完全供应本发明枕木的制作要求。

3.本发明复合材料枕木的制作工艺简单，并可以大量生产和应用，能够满足实际运行对于枕木的要求。

4.本发明枕木可达到甚至超过高铁枕木的13个测试指标要求。

5.本发明枕木的意义在于，每提高铁路的运行速度，会使高铁的运力相应提高，相应的时间成本和运行成本会大幅降低，具有巨大的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例一中复合材料枕木的结构示意图；

图2为本发明实施例二中复合材料枕木的结构示意图；

图3为本发明实施例三中复合材料枕木的结构示意图；

图中，1为纤维块体，2为植物纤维条形体，3为竹纤维条形体，4为玻璃丝布，5为复合胶体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种复合材料枕木，包括纤维块体1，纤维块体1为单层结构或多层结构，每一层结构由若干个植物纤维条形体2叠加而成，每一个植物纤维条形体2外部包裹有玻璃丝布4，纤维块体1外部由玻璃丝布4包裹；植物纤维条形体2和玻璃丝布4均浸满复合胶体。

植物纤维条形体2可由多种不同植物秸秆制成，植物纤维条形体2外部由玻璃丝布4包裹形成条状结构，通过复合胶体5浸润，植物纤维条形体2与复合胶体5完全复合，成为枕木基本材料构成。

本实施例中，纤维块体1为多层结构，纤维块体1中的一层或多层结构由若干个竹纤维条形体3叠加而成；设置了竹纤维条形体，韧性和耐磨性强，提升了枕木的使用寿命。每一个所述竹纤维条形体3外部包裹有玻璃丝布4。竹纤维条形体3也浸满复合胶体。

根据枕木的要求强度，纤维块体1内的竹纤维条形体3和植物纤维条形体2可分层布设，本实施例中纤维块体1设置了两层植物纤维条形体2，两层植物纤维条形体2之间设置了一层竹纤维条形体3，通过植物纤维条形体和竹纤维条形体的不同排列形式，可根据不同铁路载重和速度的要求进行增减和排列。同时根据铁路不同车速和重量的要求，可以对植物纤维条形体和竹纤维条形体的比例进行调整，可选择不同厚度和强度的植物纤维条形体和竹纤维条形体；也可以对复合胶体的组分进行调整，使其耐高温可达2000度以上，耐强酸碱；可根据不同的柔韧度要求，对纤维块体进行调整；通过调整植物纤维条形体和竹纤维条形体和复合胶体，枕木的老化年限也可改变。

植物纤维条形体2和纤维块体1外部包裹的玻璃丝布4的层数为一层或多层。可以设置一层玻璃丝布，通过复合胶体粘结即可满足设计要求；在需要加强枕木的强度情况下，可以设置多层玻璃丝布，然后通过复合胶体将各部分粘结为一体，完全满足铁路运行对枕木的要求。

玻璃丝布4的厚度为0.5～3mm。

复合材料枕木的制作过程为：

1.将植物秸秆经破碎形成纤维状(短纤维)，短纤维由玻璃丝布进行包裹；

2.将竹经破碎形成纤维状(长纤维)，长纤维由玻璃丝布进行包裹；

3.将竹纤维和植物纤维按设计要求进行排列和组合，形成纤维块体，纤维块体外部由玻璃丝布进行包裹；

4.将得到的纤维块体用复合胶体浸润；

5.按设计要求，采用冲压或挤压或模具成型的方式，得到复合材料枕木；

6.按设计要求，在成型的复合材料枕木上制出预留螺丝孔，便于枕木通过螺丝与钢轨连接。

玻璃丝布3可以采用增强型润剂前处理的无碱玻璃纤维纱制造而成。

实施例2：

本实施例中纤维块体1设置了两层植物纤维条形体2和两层竹纤维条形体3，植物纤维条形体2和竹纤维条形体3分层叠加成为四层。

实施例3：

本实施例中，纤维块体1在外层设置了植物纤维条形体2，将内芯设置成竹纤维条形体3，植物纤维条形体2将竹纤维条形体3包于其内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木，其特征是，包括纤维块体，纤维块体为单层结构或多层结构，每一层结构由若干个植物纤维条形体叠加而成，每一个植物纤维条形体外部包裹有玻璃丝布，所述纤维块体外部由玻璃丝布包裹；植物纤维条形体和玻璃丝布均浸满复合胶体。

2.如权利要求1所述的复合材料枕木，其特征是，多层结构的纤维块体中的若干层结构由若干个竹纤维条形体叠加而成。

3.如权利要求2所述的复合材料枕木，其特征是，所述竹纤维条形体也浸满复合胶体。

4.如权利要求2所述的复合材料枕木，其特征是，每一个所述竹纤维条形体外部包裹有玻璃丝布。

5.如权利要求1所述的复合材料枕木，其特征是，所述植物纤维条形体外部包裹的玻璃丝布的层数为一层或多层。

6.如权利要求1所述的复合材料枕木，其特征是，所述纤维块体外部包裹的玻璃丝布的层数为一层或多层。

7.一种环保型高强度长寿命耐腐蚀复合材料枕木的制作方法，其特征是，包括以下步骤：

(1).将植物秸秆经破碎形成植物纤维；

(2).在植物纤维外部由玻璃丝布包裹成长条形结构；

(4).将得到的枕木基体用复合胶体浸润；

8.如权利要求7所述的复合材料枕木的制作方法，其特征是，所述步骤(3)中，多层结构的纤维块体中的若干层结构由若干个竹纤维长条形结构叠加而成。

9.如权利要求8所述的复合材料枕木的制作方法，其特征是，所述竹纤维长条形结构的制作步骤为：

10.如权利要求8所述的复合材料枕木的制作方法，其特征是，所述玻璃丝布采用增强型润剂前处理的无碱玻璃纤维纱制造而成；

所述步骤(5)之后进行以下步骤：按设计要求，在成型的复合材料枕木上制出预留螺丝孔；便于枕木通过螺丝与钢轨连接。