CN106046312A - 一种高速铁路用弹性垫板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速铁路用弹性垫板的制备方法，包括以下步骤：(1)组合料A的制备：将聚醚多元醇A加热融化，加入发泡剂、扩链和/或交联剂、表面活性剂和催化剂，搅拌混合均匀；(2)预聚体的制备：聚醚多元醇B与1,5‑萘二异氰酸酯反应得到NCO封端的预聚体；(3)浇注和后熟化：将步骤(1)制得的组合料A和步骤(2)制得的预聚体混合后进行浇注和后熟化。本发明制备出的弹性垫板提高了强度、静刚度及动静比等关键性能的指标要求，使制得的弹性垫板具有更优异的性能。

Description

一种高速铁路用弹性垫板的制备方法
技术领域
本发明涉及铁轨垫板技术领域，具体而言，涉及一种高速铁路用弹性垫板的制备方法。
背景技术
近年来，我国高速铁路迅猛发展，从2008年京津城际铁路开通到如今城际列车成为常态化的交通工具，列车的高速运行对轨道的减振性能提出了更高的要求。弹性减振垫板作为轨道减振的关键部件，其性能的优劣及质量稳定性对列车运行的稳定性和安全性、乘客的舒适性等有着很大的影响。弹性垫板位于水泥枕木和钢轨之间，主要作用是缓冲车辆通过轨道时产生的高速冲击震动，保护路基及枕木并降低噪音。良好的减震和缓冲性能不仅表现在合适的静刚度，更重要表现在较低的动静刚度比上。对于低速状态下的物体，在高速状态下会显得僵硬，在相同设计速度的轨道上，车辆的运行速度也不尽相同，在这种情况下，轨道垫板的动静刚度比越接近1，所起到的减震和缓冲效果越好。目前国内使用的橡胶弹性垫板只适用于时速为200km/h以下的中低速铁路，而高速铁路用高性能聚氨酯弹性垫板的制备技术仍被个别国际化大公司所垄断，国内生产的弹性减振垫板在技术上与国外仍有一定差距，尤其是关键的压缩变形性和低温静刚度变化率及减振降噪效果仍不是很理想，这严重制约了我国高速铁路的建设步伐。随着《暂行技术条件》的修订，弹性垫板的动静刚度比从1.5降至1.35，性能要求进一步提高，因此，如何降低动静刚度比成为研究中需要突破的关键技术难题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种高速铁路用弹性垫板的制备方法，本发明制备出的弹性垫板提高了强度、静刚度及动静比等关键性能的指标要求，使制得的弹性垫板具有更优异的性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高速铁路用弹性垫板的制备方法，包括以下步骤：
(1)组合料A的制备：将聚醚多元醇A加热融化，加入发泡剂、扩链和/或交联剂、表面活性剂和催化剂，搅拌混合均匀；
(2)预聚体的制备：聚醚多元醇B与1,5-萘二异氰酸酯反应得到NCO封端的预聚体；
(3)浇注和后熟化：将步骤(1)制得的组合料A和步骤(2)制得的预聚体混合后进行浇注和后熟化。
进一步，所述聚醚多元醇A为聚四氢呋喃多元醇，分子量为1000-3000。
进一步，所述聚四氢呋喃多元醇为聚四氢呋喃二醇，分子量为2000。
进一步，所述聚醚多元醇B为聚四氢呋喃二醇。
进一步，所述步骤(2)中，先将聚四氢呋喃二醇装入反应釜中进行真空脱水，脱水温度为110-120℃，当测得水分含量低于0.1％时终止反应；然后将脱水后的聚四氢呋喃二醇和1,5-萘二异氰酸酯混合，温度为120-130℃反应20-30min，得到预聚体。
进一步，所述预聚体的NCO含量为3-10wt％。
进一步，所述步骤(3)中，预聚体的NCO与组合料A中的OH的摩尔数比值为1.02-1.05。
进一步，步骤(3)中浇注的模压温度为80-90℃，时间为15-20min。
进一步，步骤(3)中后熟化为105-110℃熟化16-20h。
本发明的有益效果如下：
1、聚四氢呋喃醚多元醇分子规整度高，在应力作用下可应变结晶，使聚氨酯软段产生自增强作用，从而使制品的力学性能大大提高，同时，聚四氢呋喃醚多元醇末端不存在不饱和基团，与异氰酸酯反应可获得良好的交联密度，从而大大提高制品的耐老化，耐低温等物理性能；
2、现在通常采用MDI基(二苯基甲烷二异氰酸酯)微孔弹性体，虽然制备工艺简单，但在操作温度大于-25℃时阻尼值高，在动态载荷下内生热高，且受温度影响大，从而机械性能受到严重的影响，耐动态疲劳性能差，通过改变组分配比和制备工艺，MDI基弹性垫板的疲劳永久变形不能满足铁道部的要求，而NDI基(1,5-萘二异氰酸酯)微孔弹性体的储能模量在0～140℃时保持不变，动态载荷下内生热低，具有优异的动态性能，阻尼性小，回弹性高，特别适用于动态载荷和耐热性场合，而高速铁路的时速在300km/h以上，这就要求减震元件有非常好的耐疲劳性能，强度要高，压缩应力传递要均匀，这一点MDI基(二苯基甲烷二异氰酸酯)弹性体很难达到，由于NDI(1,5-萘二异氰酸酯)的熔点很高(127℃)，1,5位置上的NCO反应活性较高，萘环的刚性大，分子结构紧密，所以NDI基(1,5-萘二异氰酸酯)微孔弹性体则具有良好的耐疲劳性能、高强度和均匀的传递压缩应力。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例一：
一种高速铁路用弹性垫板的制备方法，包括以下步骤：
(1)组合料A的制备：将100g聚醚多元醇A加热至熔化，加入0.2g水，3g市售乙二醇，3g泡沫稳定剂，0.5g催化剂，搅拌均匀，真空脱泡，密封保存，制得组合料A；
(2)预聚体的制备：聚醚多元醇B与异氰酸酯反应得到NCO封端的预聚体。具体步骤为：先将100g聚醚多元醇B加入装有加热装置、搅拌装备、抽真空装置、温控装备和冷却装置的反应釜中进行真空脱水3h，脱水温度为120℃，定时测定聚醚多元醇B水分含量低于0.1％时即为终点；然后在氮气保护下将脱完水的聚醚多元醇B称重后加入到三口烧瓶中，保持温度130℃搅拌，速度为100r/min；最后再加入NDI(1,5-萘二异氰酸酯)，搅拌至其完全溶解，维持温度在130℃，定时测试NCO的含量达到5wt％时停止。
(3)浇注和后熟化：将步骤(1)制得的组合料A和步骤(2)制得的预聚体按预聚体中的NCO与组合料A中的OH的摩尔数比为1.05的配比进行混合浇注，模具温度为80℃，保持90℃模压20min，然后在110℃熟化20h。
所述聚醚多元醇A为聚四氢呋喃多元醇，分子量为1000-3000，优选地所述聚四氢呋喃多元醇为聚四氢呋喃二醇，分子量为3000。扩链剂选自乙二醇，二乙二醇，1,4-丁二醇，1,3-丁二醇，1,6-己二醇，一缩二丙二醇中的一种或多种，本实施例中优选为乙二醇。交联剂选自丙三醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种，本实施例中优选为三羟甲基丙烷。聚醚多元醇B为聚四氢呋喃二醇，分子量优选为1000。催化剂选自胺类、锡类或铋类催化剂中的一种或多种，本实施例中优选为锡类(二月桂酸二异丁基锡)。其他助剂包括发泡剂、泡孔稳定剂中的一种或多种，其中发泡剂选择水，泡孔稳定剂可选择非离子型表面活性剂或脂肪酸钠盐等乳化剂，本实施例中优选为市售非离子型表面活性剂如DC-193。
实施例二：
一种高速铁路用弹性垫板的制备方法，包括以下步骤：
(1)组合料A的制备：将100g聚醚多元醇A加热至熔化，加入0.2g水，3g市售1,3-丁二醇，1g市售三羟甲基丙烷，3g泡沫稳定剂，0.5g催化剂，搅拌均匀，真空脱泡，密封保存，制得组合料A；
(2)预聚体的制备：聚醚多元醇B与异氰酸酯反应得到NCO封端的预聚体。具体步骤为：先将100g聚醚多元醇B加入装有加热装置、搅拌装备、抽真空装置、温控装备和冷却装置的反应釜中进行真空脱水2-3h，脱水温度为110℃，定时测定聚醚多元醇B水分含量低于0.1％时即为终点；然后在氮气保护下将脱完水的聚醚多元醇B称重后加入到三口烧瓶中，保持温度120℃搅拌，速度为100r/min；最后再加入NDI(1,5-萘二异氰酸酯)，搅拌至其完全溶解，维持温度在120℃，定时测试NCO的含量达到3wt％时停止。
(3)浇注和后熟化：将步骤(1)制得的组合料A和步骤(2)制得的预聚体按预聚体中的NCO与组合料A中的OH的摩尔数比为1.02的配比进行混合浇注，模具温度为80℃，保持80℃模压15min，然后在105℃熟化20h。
所述聚醚多元醇A为聚四氢呋喃多元醇，分子量为1000，聚醚多元醇B为聚四氢呋喃二醇，分子量优选为2000。扩链剂选自乙二醇，二乙二醇，1,4-丁二醇，1,3-丁二醇，1,6-己二醇，一缩二丙二醇中的一种或多种，本实施例中优选为1,4-丁二醇。交联剂选自丙三醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种，本实施例中优选为三羟甲基丙烷。催化剂选自胺类、锡类或铋类催化剂中的一种或多种，本实施例优选为铋类。其他助剂包括发泡剂、泡孔稳定剂中的一种或多种，其中发泡剂选择水，泡孔稳定剂可选择非离子型表面活性剂或脂肪酸钠盐等乳化剂，本实施例中优选为市售非离子型表面活性剂DC-193。
实施例三：
一种高速铁路用弹性垫板的制备方法，包括以下步骤：
(1)组合料A的制备：将100g聚醚多元醇A加热至熔化，加入0.2g水，3g市售1,4丁二醇，3g泡沫稳定剂，0.5g催化剂，搅拌均匀，真空脱泡，密封保存，制得组合料A；
(2)预聚体的制备：聚醚多元醇B与异氰酸酯反应得到NCO封端的预聚体。具体步骤为：先将100g聚醚多元醇B加入装有加热装置、搅拌装备、抽真空装置、温控装备和冷却装置的反应釜中进行真空脱水2.5h，脱水温度为115℃，定时测定聚醚多元醇B水分含量低于0.1％时即为终点；然后在氮气保护下将脱完水的聚醚多元醇B称重后加入到三口烧瓶中，保持温度125℃搅拌，速度为100r/min；最后再加入NDI(1,5-萘二异氰酸酯)，搅拌至其完全溶解，维持温度在125℃，定时测试NCO的含量达到3.8wt％时停止。
(3)浇注和后熟化：将步骤(1)制得的组合料A和步骤(2)制得的预聚体按预聚体中的NCO与组合料A中的OH的摩尔数比为1.04的配比进行混合浇注，模具温度为80℃，保持85℃模压18min，然后在108℃熟化18h。
所述聚醚多元醇A为聚四氢呋喃多元醇，分子量为2000，聚醚多元醇B为聚四氢呋喃二醇，分子量优选为2000，聚醚多元醇A和聚醚多元醇B均优选为分子量为2000的聚四氢呋喃是因为分子量越大，极性越弱，分子运动受氢键影响越小，因而永久变形更低，弹性更好，但相应地强度也会有所降低，分子量2000的聚四氢呋喃二醇作软段能够获得最优的综合性能。链剂选自乙二醇，二乙二醇，1,4-丁二醇，1,3-丁二醇，1,6-己二醇，一缩二丙二醇中的一种或多种，本实施例中优选为1,4-丁二醇。交联剂选自丙三醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种，本实施例中优选为三羟甲基丙烷。催化剂选自胺类、锡类或铋类催化剂中的一种或多种，本实施例优选为胺类(三乙烯二胺)。其他助剂包括发泡剂、泡孔稳定剂中的一种或多种，其中发泡剂选择水，泡孔稳定剂可选择非离子型表面活性剂或脂肪酸钠盐等乳化剂，本实施例中优选为市售非离子型表面活性剂DC-193。
对实施例一、二和三采用本发明所述的制备方法得到的样品进行测试，具体结果如下表1：
表1
由表1可以看出，本发明制备的弹性垫板的拉伸强度和拉断伸长率方面都明显高于铁道部的指标，并且动静刚度比明显低于铁道部指标，说明本发明的弹性垫板具有良好的缓冲和减震效果，同时，压缩永久变形和疲劳永久变形均不高于10％，说明本发明的弹性垫板具有良好的回弹性能和耐久性。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)组合料A的制备：将聚醚多元醇A加热融化，加入发泡剂、扩链和/或交联剂、表面活性剂和催化剂，搅拌混合均匀；
(2)预聚体的制备：聚醚多元醇B与1,5-萘二异氰酸酯反应得到NCO封端的预聚体；
(3)浇注和后熟化：将步骤(1)制得的组合料A和步骤(2)制得的预聚体混合后进行浇注和后熟化。
2.根据权利要求1所述的高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇A为聚四氢呋喃多元醇，分子量为1000-3000。
3.根据权利要求2所述的高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，所述聚四氢呋喃多元醇为聚四氢呋喃二醇，分子量为2000。
4.根据权利要求3所述的高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇B为聚四氢呋喃二醇。
5.根据权利要求4所述的高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，先将聚四氢呋喃二醇装入反应釜中进行真空脱水，脱水温度为110-120℃，当测得水分含量低于0.1％时终止反应；然后将脱水后的聚四氢呋喃二醇和1,5-萘二异氰酸酯混合，温度为120-130℃反应20-30min，得到预聚体。
6.根据权利要求5所述的高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，所述预聚体的NCO含量为3-10wt％。
7.根据权利要求1所述的高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，预聚体的NCO与组合料A中的OH的摩尔数比值为1.02-1.05。
8.根据权利要求1所述的高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，步骤(3)中浇注的模压温度为80-90℃，时间为15-20min。
9.根据权利要求1所述的高速铁路用弹性垫板的制备方法，其特征在于，步骤(3)中后熟化为105-110℃熟化16-20h。
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