CN106633817A - 一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料的制备方法 - Google Patents

一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料的制备方法，属于填充材料制备技术领域。本发明通过将核桃壳碾磨避光煅烧收集多孔材料，随后通过正硅酸乙酯为主体，将凝胶液经由孔隙负载至多孔材料孔隙中，随后固化并煅烧使孔隙中凝胶液形成微胶囊，均匀牢固的负载至多孔材料孔隙中，收集得负载微胶囊多孔材料，在聚醚多元醇和三乙胺复合制备聚氨酯弹性体时，将其均匀分散至反应液中，通过聚氨酯预聚体室温下养护固化，使其填充于聚氨酯填充材料中，制备得高抗压填充材料，本发明制备步骤简单，制备的填充材料抗压强度高，较同类产品提高10～20%，符合国家铁道部使用指标，且通过核桃壳进行制备，安全绿色无污染。

Description

一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料的 制备方法
技术领域
本发明涉及一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料的制备方法，属于填充材料制备技术领域。
背景技术
高速铁路简称“高铁”，是指对原有路线(直线化、轨距标准化)进行改造，使最高营运速度达到每小时200公里以上，或专门构筑新的“高速新线”，使营运速度达到每小时250公里以上的铁路系统。由于其运能大、速度快、耗能少、安全舒适等优势，使得越来越多的国家和地区将高铁发展作为国民经济的重要组成部分。在轨道结构技术中，虽然传统材料的应用技术已经成熟，但是在施工和使用过程中仍然存在一定的问题，这使得新材料的研究和应用成为一个很重要的方向。如何探索出新型材料代替某些传统材料，从而提高材料的耐候性、耐疲劳性、增加材料的可靠性等性能及节约成本，是铁路发展中一个重要的研究方向。高速铁路中应用高分子材料在国外研究、应用的比较早，发展也比较快，如作为弹性材料用于减震，降低噪声等。
在高速铁路中，无论是无砟轨道还是道砟轨道，轨道的填充材料都应该满足以下性能：(1)能经受住钢轨和轨枕所施加的负荷，并且在列车运动的过程中能够承受住负荷；(2)能减弱列车传给路基的振动，从而减少路基的二次噪音；(3)耐磨损、耐挤压、耐侵蚀、抗剪强度；(4)附着力强，不易剥落；(5)能进行工业化大范围的生产并且价格较低。由于聚氨酯材料结构的多样性使其具有多种功能，因而制品可应用在多种领域。但是现有的聚氨酯填充材料由于其弹性模量和硬度较低，同时聚氨酯填充材料中气泡较多，导致材料力学性能大大降低，使聚氨酯材料在应用中范围缩小，无法满足现有高铁填充材料的需求，所以制备一种高强型的聚氨酯填充材料很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前制备的聚氨酯填充材料弹性模量和硬度较低，同时聚氨酯填充材料中气泡较多，导致材料力学性能大大降低的问题，提供了一种通过制备多孔隙中负载微胶囊，通过聚合添加改善其抗压强度的方法，本发明通过将核桃壳碾磨避光煅烧收集多孔材料，随后通过正硅酸乙酯为主体，将凝胶液经由孔隙负载至多孔材料孔隙中，随后固化并煅烧使孔隙中凝胶液形成微胶囊，均匀牢固的负载至多孔材料孔隙中，收集得负载微胶囊多孔材料，在聚醚多元醇和三乙胺复合制备聚氨酯弹性体时，将其均匀分散至反应液中，通过聚氨酯预聚体室温下养护固化，使其填充于聚氨酯填充材料中，制备得高抗压填充材料，有效解决了目前制备的聚氨酯填充材料弹性模量和硬度较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份花生壳、25～30份玉米秸秆芯和25～30份核桃壳混合并置于球磨罐中，球磨并过30～40目筛，收集球磨颗粒并置于120～130℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛下预热45～60min，随后按10℃/min升温至800～900℃，保温煅烧2～3h后，停止加热并收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒置于球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h，随后过190～200目筛，收集得煅烧球磨粉末；
（2）按质量比1:10，将上述制备的煅烧球磨粉末与正硅酸乙酯搅拌混合，在200～300W下超声振荡处理15～20min，制备得混合分散液，按重量份数计，分别称量45～50份混合分散液、10～15份正辛胺和3～5份吐温-80置于烧杯中，在45～50℃下水浴加热25～30min；
（3）待水浴加热完成后，再在200～300W下超声处理，同时对烧杯中滴加质量分数10%盐酸溶液，控制盐酸滴加质量为步骤（2）中加入正辛烷质量的3倍，待滴加完成后，静置25～30min，随后停止超声振荡并过滤，收集滤饼并用无水乙醇洗涤3～5次，在75～80℃下干燥3～5h，收集干燥颗粒并置于马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛保护下置于550～650℃马弗炉中煅烧3～5h，停止加热并静置冷却至室温，碾磨收集得改性颗粒；
（4）按重量份数计，分别称量3～5份硅烷偶联剂KH-550、10～15份上述改性颗粒和35～40份无水乙醇置于烧杯中，搅拌混合并在65～70℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒并碾磨过200目筛，收集干燥粉末；按重量份数计，分别称量45～50份聚醚多元醇330N、10～15份乙二醇、10～15份干燥粉末、3～5份甲基硅油和1～2份三乙醇胺置于烧杯中，搅拌混合制备得混合液，将混合液置于80～90℃下水浴加热25～30min；
（5）待加热完成后，滴加与步骤（4）中加入乙二醇质量相同的二苯基甲烷二异氰酸酯，随后将二苯基甲烷二异氰酸酯等分为3～5份，分次等量滴加并控制每次滴加时间为3～5min，每隔5min重复滴加一次，待滴加3～5次后，保温反应80～90min，随后将其浇筑至模具中，静置固化6～8h后，再在室温下静置养护44～48h，脱模即可制备得一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料。
本发明制备的高抗压型高铁轨道板下填充材料弹性系数为2.35～2.45kN/mm，视密度为1.15～1.18g/cm3，抗压强度为3.5～4.5MPa，剪切强度为1.75～1.85MPa，硬度为75～85D。
本发明的应用方法：首先安装轨道板压紧和防侧移装置，固定装置安装于轨道板的两端和中间，在轨道板上钻孔设置锚固钢筋，钢筋采用植筋胶锚固，孔深15cm。压紧装置施工前，进行锚杆抗拔试验，随后水泥乳化沥青砂浆硬化后将压紧装置拆除，对轨道板封边，将轨道板精调完成并压紧固定后进行轨道板封边施工，封边前应将缝隙内灰尘和杂物水洗干净，同时将轨道板封边，在其两侧面预留6个(每侧3个)排气孔，在两端预留4个（每端两个）排气孔，孔径为25～30mm，孔位要避开精调千斤顶周围的止浆垫位置，随后将本发明制备的高抗压型高铁轨道板下填充材料浇筑至轨道板下方，灌注时应仔细观察出气孔，封孔时待填充材料从孔内流出，判定灌浆饱满后采用专用孔塞或泡沫材料填充塞紧，防止漏浆即可完成。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备步骤简单，制备的填充材料抗压强度高，较同类产品提高10～20%，符合国家铁道部使用指标；
（2）本发明通过核桃壳进行制备，安全绿色无污染。
具体实施方式
首先按重量份数计，分别称量45～50份花生壳、25～30份玉米秸秆芯和25～30份核桃壳混合并置于球磨罐中，球磨并过30～40目筛，收集球磨颗粒并置于120～130℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛下预热45～60min，随后按10℃/min升温至800～900℃，保温煅烧2～3h后，停止加热并收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒置于球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h，随后过190～200目筛，收集得煅烧球磨粉末；按质量比1:10，将上述制备的煅烧球磨粉末与正硅酸乙酯搅拌混合，在200～300W下超声振荡处理15～20min，制备得混合分散液，按重量份数计，分别称量45～50份混合分散液、10～15份正辛胺和3～5份吐温-80置于烧杯中，在45～50℃下水浴加热25～30min；待水浴加热完成后，再在200～300W下超声处理，同时对烧杯中滴加质量分数10%盐酸溶液，控制盐酸滴加质量为步骤（2）中加入正辛烷质量的3倍，待滴加完成后，静置25～30min，随后停止超声振荡并过滤，收集滤饼并用无水乙醇洗涤3～5次，在75～80℃下干燥3～5h，收集干燥颗粒并置于马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛保护下置于550～650℃马弗炉中煅烧3～5h，停止加热并静置冷却至室温，碾磨收集得改性颗粒；按重量份数计，分别称量3～5份硅烷偶联剂KH-550、10～15份上述改性颗粒和35～40份无水乙醇置于烧杯中，搅拌混合并在65～70℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒并碾磨过200目筛，收集干燥粉末；按重量份数计，分别称量45～50份聚醚多元醇330N、10～15份乙二醇、10～15份干燥粉末、3～5份甲基硅油和1～2份三乙醇胺置于烧杯中，搅拌混合制备得混合液，将混合液置于80～90℃下水浴加热25～30min；待加热完成后，滴加与步骤（4）中加入乙二醇质量相同的二苯基甲烷二异氰酸酯，随后将二苯基甲烷二异氰酸酯等分为3～5份，分次等量滴加并控制每次滴加时间为3～5min，每隔5min重复滴加一次，待滴加3～5次后，保温反应80～90min，随后将其浇筑至模具中，静置固化6～8h后，再在室温下静置养护44～48h，脱模即可制备得一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料。
实例1
首先按重量份数计，分别称量45份花生壳、25份玉米秸秆芯和25份核桃壳混合并置于球磨罐中，球磨并过30目筛，收集球磨颗粒并置于120℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛下预热45min，随后按10℃/min升温至800℃，保温煅烧2h后，停止加热并收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒置于球磨罐中，在350r/min下球磨3h，随后过190目筛，收集得煅烧球磨粉末；按质量比1:10，将上述制备的煅烧球磨粉末与正硅酸乙酯搅拌混合，在200W下超声振荡处理15min，制备得混合分散液，按重量份数计，分别称量45份混合分散液、10份正辛胺和3份吐温-80置于烧杯中，在45℃下水浴加热25min；待水浴加热完成后，再在200W下超声处理，同时对烧杯中滴加质量分数10%盐酸溶液，控制盐酸滴加质量为加入正辛烷质量的3倍，待滴加完成后，静置25min，随后停止超声振荡并过滤，收集滤饼并用无水乙醇洗涤3次，在75℃下干燥3h，收集干燥颗粒并置于马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛保护下置于550℃马弗炉中煅烧3h，停止加热并静置冷却至室温，碾磨收集得改性颗粒；按重量份数计，分别称量3份硅烷偶联剂KH-550、10份上述改性颗粒和35份无水乙醇置于烧杯中，搅拌混合并在65℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒并碾磨过200目筛，收集干燥粉末；按重量份数计，分别称量45份聚醚多元醇330N、10份乙二醇、10份干燥粉末、3份甲基硅油和1份三乙醇胺置于烧杯中，搅拌混合制备得混合液，将混合液置于80℃下水浴加热25min；待加热完成后，滴加与加入乙二醇质量相同的二苯基甲烷二异氰酸酯，随后将二苯基甲烷二异氰酸酯等分为3份，分次等量滴加并控制每次滴加时间为3min，每隔5min重复滴加一次，待滴加3次后，保温反应80min，随后将其浇筑至模具中，静置固化6h后，再在室温下静置养护44h，脱模即可制备得一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料。
首先安装轨道板压紧和防侧移装置，固定装置安装于轨道板的两端和中间，在轨道板上钻孔设置锚固钢筋，钢筋采用植筋胶锚固，孔深15cm。压紧装置施工前，进行锚杆抗拔试验，随后水泥乳化沥青砂浆硬化后将压紧装置拆除，对轨道板封边，将轨道板精调完成并压紧固定后进行轨道板封边施工，封边前应将缝隙内灰尘和杂物水洗干净，同时将轨道板封边，在其两侧面预留6个(每侧3个)排气孔，在两端预留4个（每端两个）排气孔，孔径为25mm，孔位要避开精调千斤顶周围的止浆垫位置，随后将本发明制备的高抗压型高铁轨道板下填充材料浇筑至轨道板下方，灌注时应仔细观察出气孔，封孔时待填充材料从孔内流出，判定灌浆饱满后采用专用孔塞或泡沫材料填充塞紧，防止漏浆即可完成。本发明制备的高抗压型高铁轨道板下填充材料弹性系数为2.35kN/mm，视密度为1.15g/cm3，抗压强度为3.5MPa，剪切强度为1.75MPa，硬度为75D。
实例2
首先按重量份数计，分别称量47份花生壳、27份玉米秸秆芯和27份核桃壳混合并置于球磨罐中，球磨并过35目筛，收集球磨颗粒并置于125℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛下预热47min，随后按10℃/min升温至850℃，保温煅烧3h后，停止加热并收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒置于球磨罐中，在375r/min下球磨4h，随后过195目筛，收集得煅烧球磨粉末；按质量比1:10，将上述制备的煅烧球磨粉末与正硅酸乙酯搅拌混合，在250W下超声振荡处理17min，制备得混合分散液，按重量份数计，分别称量47份混合分散液、12份正辛胺和4份吐温-80置于烧杯中，在47℃下水浴加热27min；待水浴加热完成后，再在250W下超声处理，同时对烧杯中滴加质量分数10%盐酸溶液，控制盐酸滴加质量为加入正辛烷质量的3倍，待滴加完成后，静置27min，随后停止超声振荡并过滤，收集滤饼并用无水乙醇洗涤4次，在77℃下干燥4h，收集干燥颗粒并置于马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛保护下置于575℃马弗炉中煅烧4h，停止加热并静置冷却至室温，碾磨收集得改性颗粒；按重量份数计，分别称量4份硅烷偶联剂KH-550、12份上述改性颗粒和37份无水乙醇置于烧杯中，搅拌混合并在67℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒并碾磨过200目筛，收集干燥粉末；按重量份数计，分别称量47份聚醚多元醇330N、12份乙二醇、12份干燥粉末、4份甲基硅油和2份三乙醇胺置于烧杯中，搅拌混合制备得混合液，将混合液置于85℃下水浴加热27min；待加热完成后，滴加与加入乙二醇质量相同的二苯基甲烷二异氰酸酯，随后将二苯基甲烷二异氰酸酯等分为4份，分次等量滴加并控制每次滴加时间为4min，每隔5min重复滴加一次，待滴加4次后，保温反应85min，随后将其浇筑至模具中，静置固化7h后，再在室温下静置养护47h，脱模即可制备得一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料。
首先安装轨道板压紧和防侧移装置，固定装置安装于轨道板的两端和中间，在轨道板上钻孔设置锚固钢筋，钢筋采用植筋胶锚固，孔深15cm。压紧装置施工前，进行锚杆抗拔试验，随后水泥乳化沥青砂浆硬化后将压紧装置拆除，对轨道板封边，将轨道板精调完成并压紧固定后进行轨道板封边施工，封边前应将缝隙内灰尘和杂物水洗干净，同时将轨道板封边，在其两侧面预留6个(每侧3个)排气孔，在两端预留4个（每端两个）排气孔，孔径为30mm，孔位要避开精调千斤顶周围的止浆垫位置，随后将本发明制备的高抗压型高铁轨道板下填充材料浇筑至轨道板下方，灌注时应仔细观察出气孔，封孔时待填充材料从孔内流出，判定灌浆饱满后采用专用孔塞或泡沫材料填充塞紧，防止漏浆即可完成。本发明制备的高抗压型高铁轨道板下填充材料弹性系数为2.45kN/mm，视密度为1.18g/cm3，抗压强度为4.5MPa，剪切强度为1.85MPa，硬度为85D。
实例3
首先按重量份数计，分别称量50份花生壳、30份玉米秸秆芯和30份核桃壳混合并置于球磨罐中，球磨并过40目筛，收集球磨颗粒并置于130℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛下预热60min，随后按10℃/min升温至900℃，保温煅烧3h后，停止加热并收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒置于球磨罐中，在400r/min下球磨5h，随后过200目筛，收集得煅烧球磨粉末；按质量比1:10，将上述制备的煅烧球磨粉末与正硅酸乙酯搅拌混合，在300W下超声振荡处理20min，制备得混合分散液，按重量份数计，分别称量50份混合分散液、15份正辛胺和5份吐温-80置于烧杯中，在50℃下水浴加热30min；待水浴加热完成后，再在300W下超声处理，同时对烧杯中滴加质量分数10%盐酸溶液，控制盐酸滴加质量为加入正辛烷质量的3倍，待滴加完成后，静置30min，随后停止超声振荡并过滤，收集滤饼并用无水乙醇洗涤5次，在80℃下干燥5h，收集干燥颗粒并置于马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛保护下置于650℃马弗炉中煅烧5h，停止加热并静置冷却至室温，碾磨收集得改性颗粒；按重量份数计，分别称量5份硅烷偶联剂KH-550、15份上述改性颗粒和40份无水乙醇置于烧杯中，搅拌混合并在70℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒并碾磨过200目筛，收集干燥粉末；按重量份数计，分别称量50份聚醚多元醇330N、15份乙二醇、15份干燥粉末、5份甲基硅油和2份三乙醇胺置于烧杯中，搅拌混合制备得混合液，将混合液置于90℃下水浴加热30min；待加热完成后，滴加与加入乙二醇质量相同的二苯基甲烷二异氰酸酯，随后将二苯基甲烷二异氰酸酯等分为5份，分次等量滴加并控制每次滴加时间为5min，每隔5min重复滴加一次，待滴加5次后，保温反应90min，随后将其浇筑至模具中，静置固化8h后，再在室温下静置养护48h，脱模即可制备得一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料。
首先安装轨道板压紧和防侧移装置，固定装置安装于轨道板的两端和中间，在轨道板上钻孔设置锚固钢筋，钢筋采用植筋胶锚固，孔深15cm。压紧装置施工前，进行锚杆抗拔试验，随后水泥乳化沥青砂浆硬化后将压紧装置拆除，对轨道板封边，将轨道板精调完成并压紧固定后进行轨道板封边施工，封边前应将缝隙内灰尘和杂物水洗干净，同时将轨道板封边，在其两侧面预留6个(每侧3个)排气孔，在两端预留4个（每端两个）排气孔，孔径为27mm，孔位要避开精调千斤顶周围的止浆垫位置，随后将本发明制备的高抗压型高铁轨道板下填充材料浇筑至轨道板下方，灌注时应仔细观察出气孔，封孔时待填充材料从孔内流出，判定灌浆饱满后采用专用孔塞或泡沫材料填充塞紧，防止漏浆即可完成。本发明制备的高抗压型高铁轨道板下填充材料弹性系数为2.40kN/mm，视密度为1.17g/cm3，抗压强度为4.0MPa，剪切强度为1.80MPa，硬度为80D。

Claims (1)

1.一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份花生壳、25～30份玉米秸秆芯和25～30份核桃壳混合并置于球磨罐中，球磨并过30～40目筛，收集球磨颗粒并置于120～130℃马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛下预热45～60min，随后按10℃/min升温至800～900℃，保温煅烧2～3h后，停止加热并收集煅烧颗粒，将煅烧颗粒置于球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h，随后过190～200目筛，收集得煅烧球磨粉末；
（2）按质量比1:10，将上述制备的煅烧球磨粉末与正硅酸乙酯搅拌混合，在200～300W下超声振荡处理15～20min，制备得混合分散液，按重量份数计，分别称量45～50份混合分散液、10～15份正辛胺和3～5份吐温-80置于烧杯中，在45～50℃下水浴加热25～30min；
（3）待水浴加热完成后，再在200～300W下超声处理，同时对烧杯中滴加质量分数10%盐酸溶液，控制盐酸滴加质量为步骤（2）中加入正辛烷质量的3倍，待滴加完成后，静置25～30min，随后停止超声振荡并过滤，收集滤饼并用无水乙醇洗涤3～5次，在75～80℃下干燥3～5h，收集干燥颗粒并置于马弗炉中，通氮气排除空气，在氮气气氛保护下置于550～650℃马弗炉中煅烧3～5h，停止加热并静置冷却至室温，碾磨收集得改性颗粒；
（4）按重量份数计，分别称量3～5份硅烷偶联剂KH-550、10～15份上述改性颗粒和35～40份无水乙醇置于烧杯中，搅拌混合并在65～70℃下旋转蒸发至干，收集干燥颗粒并碾磨过200目筛，收集干燥粉末；按重量份数计，分别称量45～50份聚醚多元醇330N、10～15份乙二醇、10～15份干燥粉末、3～5份甲基硅油和1～2份三乙醇胺置于烧杯中，搅拌混合制备得混合液，将混合液置于80～90℃下水浴加热25～30min；
（5）待加热完成后，滴加与步骤（4）中加入乙二醇质量相同的二苯基甲烷二异氰酸酯，随后将二苯基甲烷二异氰酸酯等分为3～5份，分次等量滴加并控制每次滴加时间为3～5min，每隔5min重复滴加一次，待滴加3～5次后，保温反应80～90min，随后将其浇筑至模具中，静置固化6～8h后，再在室温下静置养护44～48h，脱模即可制备得一种一种高铁轨道板下多孔隙中负载微胶囊高抗压型填充材料。
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