CN107383321B - 减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料、制备方法及应用，属于聚氨酯材料领域。该聚氨酯灌浆组合材料既能替代现有扣件系统，为轨道线路提供优异的弹性性能，又能够替代现有钢轨阻尼材料，吸收钢轨的振动噪音。该减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料，包括聚氨酯主料，所述聚氨酯主料由A组分和B组分混合制备而成，所述A组分由以下材料制成：聚醚多元醇70‑90％，扩链剂5‑13％，抗氧剂0.5‑1％，胺类催化剂0.02‑0.1％，有机锡催化剂0.01‑0.05％，玻璃微珠5‑10％，流平剂0.5‑1％，色浆：0.1‑0.5％；将上述材料在100‑120℃下混合均匀，控制混合物中水分含量小于0.05％，即得A组分；所述B组分由30‑60％的异氰酸酯和40‑70％的多元醇在80‑90℃条件下反应3‑4h得到。

Description

减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及聚氨酯材料领域，尤其涉及一种减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料、制备方法及应用。
背景技术
传统的轨道线路减振型式多采用扣件系统固定、支撑铁路轨道，并通过扣件系统的高分子垫板提供弹性，起到减振的作用。同时，为降低列车通过时钢轨轨腰振动产生的噪音，部分城市轨道交通线路通过在钢轨轨腰处粘接(或用机械方式固定)阻尼材料的方式吸收振动和噪音。
聚氨酯材料是以多元醇为软段、异氰酸酯及扩链剂等为硬段组成的含有大量氨基甲酸酯基团且具有软硬段交替排列嵌段结构的线性或交联聚合物，由于软硬段之间及硬段自身可以形成大量的氢键以及链段有序排列产生的结晶等导致链段内部容易产生微相分离，使聚氨酯材料具有较好的力学性能。
我国的灌浆材料技术研究技术起步相对较晚，到20世纪70年代末才开始了聚氨酯弹性体灌浆材料的初步研究，80年代后，随着国家基础建设规模的不断扩大，在大型水电站、桥梁、地下工程等领域逐渐开始使用聚氨酯灌浆材料做为堵水、密封等使用。90年代以后，随着城市规模的扩张，轨道交通成为解决人民出行、工作等的重要交通方式之一，传统的轨道减震、降噪主要采用硫化橡胶垫片，随着新型轨道结构及施工方式的出现，对轨道的减震、降噪材料提出了新的要求。据报道，目前针对于轨道线路减振降噪用的聚氨酯弹性体灌浆材料，国内企业还无能力制造生产，现有轨道主要采用德国进口产品，价格十分昂贵，国内相关企业还未开发出类似产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料、制备方法及应用,该聚氨酯灌浆组合材料既能替代现有扣件系统，为轨道线路提供优异的弹性性能，又能够替代现有钢轨阻尼材料，吸收钢轨的振动噪音，材料拉伸强度≥1.7MPa；断裂伸长率≥120％；电阻≥3.5×109Ω；材料使用寿命长，疲劳试验300万次后未出现任何损坏。
本发明一方面提供了一种减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料，包括聚氨酯主料，所述聚氨酯主料由A组分和B组分混合制备而成，
所述A组分由以下材料制成：聚醚多元醇70-90％，扩链剂5-13％，抗氧剂0.5-1％，胺类催化剂0.02-0.1％，有机锡催化剂0.01-0.05％，玻璃微珠5-10％，流平剂0.5-1％，色浆：0.1-0.5％；将上述材料在100-120℃下混合均匀，控制混合物中水分含量小于0.05％，即得A组分；
所述B组分由30-60％的异氰酸酯和40-70％的多元醇在80-90℃条件下反应3-4h得到。
作为优选技术方案，所述聚醚多元醇为两种数均分子量为4000-6000，官能度为3的聚氧化丙烯三醇。
作为优选技术方案，所述扩链剂由1，3-丙二醇3-8％和4,4ˊ-亚甲基双-(2,6-二异丙基苯胺)2-5％构成。
作为优选技术方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
作为优选技术方案，所述胺类催化剂为三乙烯二胺；所述有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡。
作为优选技术方案，所述流平剂为改性聚硅氧烷。
作为优选技术方案，所述B组分中，异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；多元醇为两种数均分子量为1000-2000，官能度为2-3的聚氧化丙烯二醇。
作为优选技术方案，所述聚氨酯灌浆组合材料还包括辅料，所述辅料为抗老化剂、表面活性剂、防冻剂中的一种或多种。
本发明另一方面提供了减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料的制备方法，将A组分和B组分按照1:0.6-0.7的比例在25-40℃下混合搅拌均匀。
本发明再一方面提供了减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料的应用，将上述将A组分和B组分按照1:0.6-0.7的比例在25-40℃下混合搅拌均匀后，直接灌注在轨道基础相应部位，室温固化成型。
与现有技术相比，本发明的积极和有益效果在于：
1、目前市场上的扣件系统的橡胶弹性垫板都需要在工厂里硫化加工成型，而本发明的聚氨酯灌浆组合料可在施工现场的室温环境下发生固化反应，减少了硫化工序和硫化设备的投资，降低了成本，提高了效率；目前扣件系统对钢轨的支撑作用可视为不连续的点支撑，而本发明的聚氨酯灌浆组合料可在整根钢轨下面浇注，固化后对钢轨的支撑为连续支撑，减振效果优异，且能降低钢轨的波磨。
2、本发明的聚氨酯灌浆组合料施工方便，在现场将两种组份按比例混合均匀后，浇注到预期部位，1-2小时即可拆模，24小时后可进入下道工序施工。
3、本发明的聚氨酯灌浆组合料未固化时的状态为无定型液态，可根据实际需要在现场制成各种形状，满足不同的需求。
4、本发明的聚氨酯灌浆组合料材料同金属材料具有一定的粘接作用，可根据需要将材料浇注到钢轨的轨腰部位，起到阻尼减振的作用，也可以将轨底、轨腰全部包裹起来，不仅能够减振降噪，还具有防水防腐蚀的效果。
5、本发明的聚氨酯灌浆组合料可以根据不同的需要使用各种添加剂作为辅料，达到不同的效果，例如抗老化性能、流动性、耐温性、使用寿命等等。
6、本发明的聚氨酯灌浆组合料浇注后的产品固化后，材料拉伸强度≥1.7MPa；28天后的邵氏硬度50-55；断裂伸长率≥120％；电阻≥3.5×109Ω；样件静刚度为9-11kN/mm；材料使用寿命长，疲劳试验300万次后未出现任何损坏。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的聚氨酯灌浆组合材料包覆的钢轨与未包覆的钢轨的盐雾试验结果对比图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一实施例提供了一种减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料，包括聚氨酯主料，所述聚氨酯主料由A组分和B组分混合制备而成，
所述A组分由以下材料制成：聚醚多元醇70-90％，扩链剂5-13％，抗氧剂0.5-1％，胺类催化剂0.02-0.1％，有机锡催化剂0.01-0.05％，玻璃微珠5-10％，流平剂0.5-1％，色浆：0.1-0.5％；将上述材料在100-120℃下混合均匀，控制混合物中水分含量小于0.05％，即得A组分；
所述B组分由30-60％的异氰酸酯和40-70％的多元醇在80-90℃条件下反应3-4h得到。
本实施例将A组分和B组分分开制备，两种组份常温下均为液体状态，分别独立生产和存储，混合后可作为聚氨酯灌浆组合材料的聚氨酯主料，该聚氨酯灌浆组合材料使用方便，成本低，效果好，能够起到显著的减振和防腐的作用。
在一优选的实施例中，聚醚多元醇为两种数均分子量为4000-6000，官能度为3的聚氧化丙烯三醇。聚醚多元醇选用两种数均分子量为4000-6000的聚醚三醇，官能度为3利于形成网络结构从而提高材料弹性。其中一种聚醚多元醇为苯乙烯、丙烯腈改性的聚氧化丙烯三醇,另一种为普通的聚氧化丙烯三醇，有利于提高产品力学性能。具体的，聚醚多元醇的含量可以为75％，80％，85％等。
在一优选的实施例中，扩链剂由1，3-丙二醇3-8％和4,4ˊ-亚甲基双-(2,6-二异丙基苯胺)2-5％构成。扩链剂选1，3-丙二醇与4,4ˊ-亚甲基双-(2,6-二异丙基苯胺)，分别用于提高材料的弹性与强度，并可赋予材料良好的水解稳定性和低吸水性，从而提高材料防腐性能。具体的，1，3-丙二醇的含量可以为4％，5％，6％，7％等，4,4ˊ-亚甲基双-(2,6-二异丙基苯胺)的含量可以为2.5％，3％，3.5％，4％，4.5％等。
在一优选的实施例中，抗氧剂为抗氧剂1010。抗氧剂选择受阻酚类抗氧剂，优选抗氧剂1010，抗氧化效果较好。具体的，抗氧剂的含量可以为0.6％，0.7％，0.8％，0.9％等。
在一优选的实施例中，胺类催化剂为三乙烯二胺；所述有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡。本实施例中，催化剂选自胺类催化剂与有机金属类催化剂并用，催化效果好，二者的含量可以为上述范围内的任意数值。
在一优选的实施例中，流平剂为改性聚硅氧烷，玻璃微珠优选直径在1-50微米之间的微珠，玻璃微珠的加入，使得材料内部产生类似微孔弹性体的孔洞结构，孔洞结构越多，材料受力时变形量越大。当材料受到外界能量冲击时会引起微孔中空气的运动，因为空气的粘滞性内摩擦和热传导效应使能量衰减，并且气泡还可以将周围的体积压缩使其转变为剪切形变，增加内耗，使得材料具有高阻尼性能。此外，可以通过改变玻璃微珠含量调节产品刚度，不必再进行产品结构设计来满足刚度要求。具体的，玻璃微珠的加入量可以为6％，7％，8％，9％等。
在一优选的实施例中，对于B组分，异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；多元醇为两种数均分子量为1000-2000，官能度为2-3的聚氧化丙烯二醇，分别为一种分子量为1000、官能度为2的聚氧化丙烯二醇，另一种为分子量为2000、官能度为3的聚氧化丙烯二醇，二者的含量可以为上述百分比范围内的任意数值。
在一可选的实施例中，所述聚氨酯灌浆组合材料还包括辅料，所述辅料为抗老化剂、表面活性剂、防冻剂中的一种或多种。使用各种添加剂作为辅料，可以使得该聚氨酯灌浆组合材料达到不同的效果，例如抗老化性能、流动性、耐温性、使用寿命等等。
本发明的另一实施例为上述减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料的制备方法和应用，将A组分和B组分按照1:0.6-0.7的比例在25-40℃下混合搅拌均匀，直接灌注在轨道基础相应部位，室温固化成型。使用过程中可根据需要将材料浇注到钢轨的轨腰部位，起到阻尼减振的作用，也可以将轨底、轨腰全部包裹起来，不仅能够减振降噪，还具有防水防腐蚀的效果。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料、制备方法及应用，以下将结合具体实施例进行说明。
减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料的具体制备方法如下：
A组份的制备：将聚醚多元醇，扩链剂，抗氧剂，流平剂，玻璃微珠和色浆称重后加入反应釜中，搅拌并加热，在100-120℃、-0.095MPa条件下抽真空脱水脱气45min，降温至60-80℃加入胺类催化剂和有机锡催化剂，继续搅拌并抽真空20-30min，控制混合物中水分含量小于0.05％时，停止加热和搅拌，开始灌装。
B组份的制备：将异氰酸酯、多元醇称重后加入反应釜中，搅拌并加热，在80-90℃条件下反应3-4h，停止加热和搅拌后开始灌装。
以下实施例均以重量为单位。
实施例1：
A组份：两种数均分子量为4000-6000，官能度为3的聚氧化丙烯三醇：75％，扩链剂1，3-丙二醇：8％，扩链剂4,4ˊ-亚甲基双(2,6-二异丙基苯胺)：5％，抗氧剂1010：1％，胺类催化剂三乙烯二胺：0.02％，有机锡催化剂二月桂酸二丁基锡：0.01％，玻璃微珠：10％，改性聚硅氧烷流平剂：0.5％，色浆：0.47％；
B组份：二苯基甲烷二异氰酸酯：40％、两种数均分子量为1000-2000，官能度为2的聚氧化丙烯二醇：60％。
使用时，A组份与B组份按照重量比1:0.7的比例在25-40℃下混合搅拌均匀后，直接灌注在轨道基础相应部位，室温固化2小时成型。
对比例：
A组份：两种数均分子量为4000-6000，官能度为3的聚氧化丙烯三醇：75％，扩链剂1，3-丙二醇：8％，扩链剂4,4ˊ-亚甲基双(2,6-二异丙基苯胺)：5％，抗氧剂1010：1％，胺类催化剂三乙烯二胺：0.02％，有机锡催化剂二月桂酸二丁基锡：0.01％，改性聚硅氧烷流平剂：0.5％，色浆：0.47％；
B组份：二苯基甲烷二异氰酸酯：40％、两种数均分子量为1000-2000，官能度为2的聚氧化丙烯二醇：60％。
使用时，A组份与B组份按照重量比1:0.7的比例在25-40℃下混合搅拌均匀后，直接灌注在轨道基础相应部位，室温固化2小时成型。
实施例2：
A组份：两种数均分子量为4000-6000，官能度为3的聚氧化丙烯三醇：85％，扩链剂1，3-丙二醇：4％，扩链剂4,4ˊ-亚甲基双(2,6-二异丙基苯胺)：4％，抗氧剂1010：1％，胺类催化剂三乙烯二胺：0.05％，有机锡催化剂二月桂酸二丁基锡：0.02％，玻璃微珠：5％，改性聚硅氧烷流平剂：0.5％，色浆：0.43％；
B组份：二苯基甲烷二异氰酸酯：30％、两种数均分子量为1000-2000，官能度为2的聚氧化丙烯二醇：70％。
使用时，A组份与B组份按照重量比1:0.6的比例在25-40℃下混合搅拌均匀后，直接灌注在轨道基础相应部位，室温固化2小时成型。
实施例3：
A组份：两种数均分子量为4000-6000，官能度为3的聚氧化丙烯三醇：88.87％，扩链剂1，3-丙二醇：3％，扩链剂4,4ˊ-亚甲基双(2,6-二异丙基苯胺)：2％，抗氧剂1010：0.5％，胺类催化剂三乙烯二胺：0.02％，有机锡催化剂二月桂酸二丁基锡：0.01％，玻璃微珠：5％，改性聚硅氧烷流平剂：0.5％，色浆：0.1％；
B组份：二苯基甲烷二异氰酸酯：30％、两种数均分子量为1000-2000，官能度为2的聚氧化丙烯二醇：70％。
使用时，A组份与B组份按照重量比1:0.6的比例在25-40℃下混合搅拌均匀后，直接灌注在轨道基础相应部位，室温固化2小时成型。
实施例4：
A组份：两种数均分子量为4000-6000，官能度为3的聚氧化丙烯三醇：74.35％，扩链剂1，3-丙二醇：8％，扩链剂4,4ˊ-亚甲基双(2,6-二异丙基苯胺)：5％，抗氧剂1010：1％，胺类催化剂三乙烯二胺：0.1％，有机锡催化剂二月桂酸二丁基锡：0.05％，玻璃微珠：10％，改性聚硅氧烷流平剂：1％，色浆：0.5％；
B组份：二苯基甲烷二异氰酸酯：60％、两种数均分子量为1000-2000，官能度为2的聚氧化丙烯二醇：40％。
使用时，A组份与B组份按照重量比1:0.6的比例在25-40℃下混合搅拌均匀后，直接灌注在轨道基础相应部位，室温固化2小时成型。
盐雾试验：
试验方法及步骤：
试样尺寸：Ф70mm×5mm(倒角2mm)；
试样材质：Q235基材试样；
试验条件：按GB 10125-1997《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》中性盐雾试验标准，试验溶液：溶解50±5g分析纯氯化钠于电导率低于20μS/cm的去离子水中，并稀释到1L然后调pH在6.5-7.2之间；盐雾试验喷嘴压强控制在70-170kPa，保证连续工作；盐雾箱设备、检测件摆放位置，按国家标准制定；箱内温度为35±2℃；盐雾沉降量根据喷雾24h的平均计，盐雾沉降量为1-2ml/(80cm2*h)；产品盐雾试验周期为25天(共600小时)和41.6天(共1000小时)。
试验步骤：将两块相同材质的试验样块做为一组对比试样，其中一块表面包覆6mm厚本发明的聚氨酯材料，另一块未做包覆，同时放入试验箱中进行周期试验，试验结束后取出，将表面包覆本发明的聚氨酯材料剥离后，进行基材表面腐蚀程度对比。
具体的试验结果参见图1，由图1可以看出，未包覆聚氨酯材料的基材，600小时及1000小时盐雾试验后，基材表面均出现严重的锈蚀现象；而表面包覆6mm厚聚氨酯材料，将包覆材料去除后，观察到包覆界面与包覆位置均未出现红锈，与试验前相比基材表面基本无锈蚀，试验说明本发明的聚氨酯材料具有优异的防腐性能。
性能测试
对实施例1-4的材料和对比例以及国外进口的材料进行性能测试对比，结果如下表1
表1实施例与对比例和国外材料试验数据对比
Figure BDA0001393497590000091
通过表1可以看出本发明的聚氨酯灌浆组合材料拉伸强度≥1.7MPa；断裂伸长率≥120％；电阻≥3.5×109Ω；动静刚度比＜1.27；与国外的材料相比达到了性能相当甚至更加优异,与对比例不加玻璃微珠的材料相比，本发明的材料的动静刚度比能够达到1.25以下，体积电阻率大，相比于对比例的材料和本领域其它的聚氨酯材料，性能更加优异。另外，本发明的材料吸水率低，材料使用寿命长，疲劳试验300万次后未出现任何损坏；疲劳试验后静刚度变化率及永久变形均＜5％。因此，本发明的材料既能替代现有扣件系统，为轨道线路提供优异的弹性性能，又能够替代现有钢轨阻尼材料，吸收钢轨的振动噪音，材料多数性能参数优于进口材料性能。

Claims (7)

1.减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料，其特征在于，包括聚氨酯主料，所述聚氨酯主料由A组分和B组分混合制备而成，
所述A组分由以下材料制成：聚醚多元醇70-90％，扩链剂5-13％，抗氧剂0.5-1％，胺类催化剂0.02-0.1％，有机锡催化剂0.01-0.05％，玻璃微珠5-10％，流平剂0.5-1％，色浆：0.1-0.5％；
将上述材料在100-120℃下混合均匀，控制混合物中水分含量小于0.05％，即得A组分；所述B组分由30-60％的异氰酸酯和40-70％的多元醇在80-90℃条件下反应3-4h得到；
所述聚醚多元醇为两种数均分子量为4000-6000，官能度为3的聚氧化丙烯三醇；
所述B组分中，异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；多元醇为两种数均分子量为1000-2000，官能度为2-3的聚氧化丙烯二醇；
所述扩链剂由1，3-丙二醇3-8％和4,4ˊ-亚甲基双-(2,6-二异丙基苯胺)2-5％构成。
2.根据权利要求1所述的减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
3.根据权利要求1所述的减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料，其特征在于，所述胺类催化剂为三乙烯二胺；所述有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡。
4.根据权利要求1所述的减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料，其特征在于，所述流平剂为改性聚硅氧烷。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料，其特征在于，所述聚氨酯灌浆组合材料还包括辅料，所述辅料为抗老化剂、表面活性剂、防冻剂中的一种或多种。
6.权利要求1-5任意一项所述的减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料的制备方法，其特征在于，将A组分和B组分按照1:0.6-0.7的比例在25-40℃下混合搅拌均匀。
7.权利要求1-5任意一项所述的减振防腐的聚氨酯灌浆组合材料的应用，其特征在于，将A组分和B组分按照1:0.6-0.7的比例在25-40℃下混合搅拌均匀后，直接灌注在轨道基础相应部位，室温固化成型。
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