CN108611041A - 一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶及其制作方法 - Google Patents

一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶及其制作方法，所述聚氨酯嵌缝胶包括异氰酸酯封端预聚体、增塑剂、特种炭黑、纳米碳酸钙、改性碳酸钙粉、偶联剂、有机锡类催化剂、分散剂、溶剂、除水剂、消泡剂、胺类催化剂；其具有材料组分设计合理、操作使用方便、制作及维护成本低、使用寿命长、和基层附着力好、耐候性好、模量低、弹性好、延伸性好、抗撕裂性好、耐候性好、耐疲劳性好等优点。

Description

一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶及其制作方法
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶及其使用方法。
背景技术
目前，国内高速铁路无砟轨道结构中，底座板道床板等均采用长线连续浇筑结构，由于采用此类结构，在设计及施工这能够需要每间隔一端距离设置伸缩缝或者假缝，以保证无砟轨道的平顺性及稳定性，同时适应不同环境温度变化、受力不均等外界环境改变所导致的混凝土结构出现的变形。另外，在轨道结构与线下基础件封闭层的接口处，需要采用弹性材料作为嵌缝进行防水密封及腐蚀轨道。嵌缝材料的选择在伸缩缝、假缝以及上述接口处的使用中，如果嵌缝材料失效，会严重影响高速铁路无砟轨道的正常运行，给行车安全带来安全隐患。嵌缝材料按照施工方式可分为加热施工式嵌缝材料和常温施工式嵌缝材料，前者多采用石油沥青，后者则采用聚氨酯类、硅酮类、氯丁橡胶类等等。其中，石油沥青的理化性质决定其在使用时存在粘接效果差、易老化、使用周期短等缺点；而对于上述常温施工式嵌缝材料而言，同时存在耐开裂、硬化性能差、生产制作成本较高、使用寿命不长、维护成本也大大提高等缺陷。因此，如何设计出一种能够克服上述缺陷的嵌缝胶具有重要的研究意义和现实意义。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术中嵌缝材料存在的上述不足，提供一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶及其制作方法，其具有材料组分设计合理、操作使用方便、制作及维护成本低、使用寿命长、和基层附着力好、耐候性好、模量低、弹性好、延伸性好、抗撕裂性好、耐候性好、耐疲劳性好等优点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶，所述聚氨酯嵌缝胶包括异氰酸酯封端预聚体、增塑剂、特种炭黑、纳米碳酸钙、改性碳酸钙粉、偶联剂、有机锡类催化剂、分散剂、溶剂、除水剂、消泡剂、胺类催化剂；其中，各个组分的重量份数如下：
异氰酸酯封端预聚体：15-20份；增塑剂：20-25份；
特种炭黑：0.01-0.05份；纳米碳酸钙:40-60份；
改性碳酸钙粉：0-5份；偶联剂：0.1-0.5份；
有机锡类催化剂：0.01-0.05份；分散剂：0.1-0.5份；
溶剂：0-5份；除水剂：1-5份；
消泡剂：0.1-0.5份；胺类催化剂：0.1-0.5份。
作为上述方案的进一步优化，所述增塑剂采用DOP、DINP、DIDP中的一种或其任意组合；偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种混合物；分散剂为FT201分散剂，异氰酸酯封端预聚体为东大EP-330N和DL-2000中的一种或其混合物同二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或其混合物聚合而成；除水剂为进口噁唑烷类固化剂、对甲基苯磺酰异氰酸酯、氧化钙、氧化镁的一种或其混合物；消泡剂为丙烯酸类消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或几种混合物；抗老化剂为巴斯夫1130和292。
作为上述方案的进一步优化，所述填缝密封材料的异氰酸酯封端预聚体为17.5份，增塑剂为22.5份，特种炭黑为0.03份，纳米碳酸钙为50份，改性碳酸钙份为3份，偶联剂为0.3份，有机锡类催化剂为0.03份，分散剂为0.3份，溶剂为3份，除水剂为3份，消泡剂为0.3份，胺类催化剂为0.3份。
作为上述方案的进一步优化，所述异氰酸酯封端预聚体：15份；增塑剂：20份；特种炭黑：0.01份；纳米碳酸钙：40份；改性碳酸钙粉：1份；偶联剂：0.1份；有机锡类催化剂：0.01份；分散剂：0.1份；溶剂：1份；除水剂：1份；消泡剂：0.1份；胺类催化剂：0.1份。
作为上述方案的进一步优化，所述异氰酸酯封端预聚体：20份；增塑剂：25份；特种炭黑：0.05份；纳米碳酸钙：60份；改性碳酸钙粉：5份；偶联剂：0.5份；有机锡类催化剂：0.05份；分散剂：0.5份；溶剂：5份；除水剂：5份；消泡剂：0.1-0.5份；胺类催化剂：0.1-0.5份。
本发明上述应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶的制作方法包括如下步骤：
1)异氰酸酯封端预聚体的制备
A.根据设计需要，在上述各个组分的重量份数取值范围内，将含水量低于万分之五的聚醚多元醇350份、抗老化剂1130和292各7份加入反应釜，开启搅拌，并进行加热升温，将温度升至65-70℃，再取50份的溶剂，搅拌均匀后加入MDI100份，继续搅拌0.5小时；然后升温至75-80℃，反应1.5小时；
B.保持75-80℃加入前述聚醚多元醇240份后80℃计时反应1.5小时；
C.加入有机锡类催化剂0.5份、溶剂)50份、除水剂50份、消泡剂0.5份、偶联剂0.5份，计时0.5h后完成预聚体的制备；
2)捏合粉体的制备
A.根据设计需要，将上述各个组分的重量份数的增塑剂、分散剂、纳米碳酸钙、改性碳酸钙粉和特种炭黑加入到捏合机中；
B.开启搅拌和升温，待温度达到110℃关闭升温系统，开启真空泵抽真空，将压力抽至-0.095MPa以下，计时3小时；计时完成后即完成了捏合粉体的制备；
3)填缝密封材料的合成
A.待捏合粉体温度降至50℃以下，取捏合粉体与异氰酸酯封端预聚体比例为10-20份:7份的混合物加入行星反应釜，充入氮气，开启搅拌，分散5分钟；
B.完成上述步骤A的分散后，取在步骤1)得到的混合物中加入胺类催化剂；
C.停止分散并继续保持-0.095MPa的真空压力，脱泡5分钟；
D.用氮气解除真空，出料包装得到高速铁路无砟铁路聚氨酯嵌缝胶。
采用本发明的应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶及其制作方法具有如下有益效果：
(1)接缝密闭性好。由于高速铁路施工一直暴露在室外，受热胀冷缩的影响比较大，这导致板块间接缝变形量大，因此填缝密封材料必须具备一定的应力缓和能力，可以抵御板块间的适量变形。本材料具有特殊的应力缓释功能，抗位移变形能力好，可以保障位移下的完整，因此保证了持续的粘接性和密封性。
(3)抗疲劳性好。随着板块受热或遇冷变化，接缝宽度尺寸将会缩小或扩大，
这需要密封胶具有良好的抗疲劳性，以应对接缝运动变化。本材料作为一款高位移能力的密封材料产品，不仅可以承受1000％的位移量，同时可以抵抗6000次以上的拉伸-压缩循环。
(4)耐候性好。本材料具有优异的耐候性，可长期用于室外，具有持久的稳定性，不会因气候变化而破坏，保证了接缝的密封以及外在的美观。
(5)粘接性好。本材料对大部分材料都具有良好的粘接性，不仅施工方便而且粘结效果好。
(6)易修复。本材料同材质之间粘接牢固，便于二次施工或维护。本发明产品各个组分的设计合理，制作工艺简单，生产效率高，全项性能满足标准要求，经严格实验，效果良好。
具体实施方式
下面对本发明应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶及其制作方法作以详细说明。
一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶，所述聚氨酯嵌缝胶包括异氰酸酯封端预聚体、增塑剂、特种炭黑、纳米碳酸钙、改性碳酸钙粉、偶联剂、有机锡类催化剂、分散剂、溶剂、除水剂、消泡剂、胺类催化剂；其中，各个组分的重量份数如下：
异氰酸酯封端预聚体：15-20份；增塑剂：20-25份；
特种炭黑：0.01-0.05份；纳米碳酸钙:40-60份；
改性碳酸钙粉：0-5份；偶联剂：0.1-0.5份；
有机锡类催化剂：0.01-0.05份；分散剂：0.1-0.5份；
溶剂：0-5份；除水剂：1-5份；
消泡剂：0.1-0.5份；胺类催化剂：0.1-0.5份。
作为上述方案的进一步优化，所述增塑剂采用DOP、DINP、DIDP中的一种或其任意组合；偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种混合物；分散剂为菲特201分散剂，异氰酸酯封端预聚体为东大EP-330N和DL-2000中的一种或其混合物同二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或其混合物聚合而成；除水剂为进口噁唑烷类固化剂、对甲基苯磺酰异氰酸酯、氧化钙、氧化镁的一种或其混合物；消泡剂为丙烯酸类消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或几种混合物；抗老化剂为巴斯夫1130和292，溶剂为二甲苯、四甲苯、醋酸丁酯中的一种或任意混合。
本发明上述应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶的制作方法包括如下步骤：
1)异氰酸酯封端预聚体的制备
A.根据设计需要，在上述各个组分的重量份数取值范围内，将含水量低于万分之五的聚醚多元醇350份、抗老化剂1130和292各7份加入反应釜，开启搅拌，并进行加热升温，将温度升至65-70℃，再取50份的溶剂，搅拌均匀后加入MDI100份，继续搅拌0.5小时；然后升温至75-80℃，反应1.5小时；
B.保持75-80℃加入前述聚醚多元醇240份后80℃计时反应1.5小时；
C.加入有机锡类催化剂0.5份、溶剂50份、除水剂50份、消泡剂0.5份、偶联剂0.5份，计时0.5h后完成预聚体的制备；
2)捏合粉体的制备
A.根据设计需要，将上述各个组分的重量份数的增塑剂DOP、分散剂、纳米碳酸钙、改性碳酸钙粉和特种炭黑加入到捏合机中；
B.开启搅拌和升温，待温度达到110℃关闭升温系统，开启真空泵抽真空，将压力抽至-0.095MPa以下，计时3小时；计时完成后即完成了捏合粉体的制备；
3)填缝密封材料的合成
A.待捏合粉体温度降至50℃以下，取捏合粉体与异氰酸酯封端预聚体比例为10-20份:7份的混合物加入行星反应釜，充入氮气，开启搅拌，分散5分钟；
B.完成上述步骤A的分散后，取在步骤1)得到的混合物中加入胺类催化剂；
C.停止分散并继续保持-0.095MPa的真空压力，脱泡5分钟；
D.用氮气解除真空，出料包装得到高速铁路无砟铁路聚氨酯嵌缝胶。
下面对本发明上述嵌缝胶举出三个实施例并对其性能参数进行分析：、
实施例1：所述异氰酸酯封端预聚体：15份；增塑剂：20份；特种炭黑：0.01份；纳米碳酸钙：40份；改性碳酸钙粉：1份；偶联剂：0.1份；有机锡类催化剂：0.01份；分散剂：0.1份；溶剂：1份；除水剂：1份；消泡剂：0.1份；胺类催化剂：0.1份。
实施例2：所述填缝密封材料的异氰酸酯封端预聚体为17.5份，增塑剂为22.5份，特种炭黑为0.03份，纳米碳酸钙为50份，改性碳酸钙份为3份，偶联剂为0.3份，有机锡类催化剂为0.03份，分散剂为0.3份，溶剂为3份，除水剂为3份，消泡剂为0.3份，胺类催化剂为0.3份。
实施例3：所述异氰酸酯封端预聚体：20份；增塑剂：25份；特种炭黑：0.05份；纳米碳酸钙：60份；改性碳酸钙粉：5份；偶联剂：0.5份；有机锡类催化剂：0.05份；分散剂：0.5份；溶剂：5份；除水剂：5份；消泡剂：0.1-0.5份；胺类催化剂：0.1-0.5份。
上述三组实施例的性能参数如下表1：
表1三组实施例的性能检验结果
通过表1中能够得出：本发明的嵌缝材料的性能参数如下：
干燥时间：23±2℃；表干≤2h；拉伸强度：23℃下1.2-1.5MPa，-20℃下1.7-1.9MPa，热老化80℃336h后0.7-0.8MPa，碱处理336小时后0.7-0.9MPa，紫外老化720小时后0.6-0.7MPa；断裂延伸率：23℃下≥1000％，-20℃下≥800％，热老化80℃336h后≥900％，碱处理336小时后≥900％，紫外老化720小时后≥900％；定伸粘结性：无破坏；弹性恢复(定伸60％时)：90％；定伸粘结性(定伸60％时)：23℃无破坏，-20℃无破坏，80℃热老化336h无破坏，浸水192h无破坏；拉伸模量(23℃，MPa)≤0.4，与混凝土粘接破坏面积10％；冷拉-热压后粘接无破坏；拉伸-压缩循环后粘接无破坏；
本发明采用异氰酸酯封端预聚体与捏合粉体分开制作，再通过混合分散加助剂的方式，不仅缩短了工艺流程，使生产更有效率，还使各成分更加均匀，相比于传统工艺生产效率更高，品质更加稳定。
本发明用于高速铁路无渣铁路的聚氨酯嵌缝胶的具体使用方法为：
1)伸缩缝处理
伸缩缝两侧用角磨机磨出新鲜面，将多余的混凝土应用锤子、凿子和角磨机将其清除，接缝内的多余泡沫塑料、杂物、碎石等应用角磨机和一字螺丝刀将其清理，然后使用扫帚、吹风机将伸缩缝及附近混凝土的杂物吹扫干净，确保伸缩缝内的清洁干燥。
2)衬条安装
选择适宜的泡沫衬条，并将其放入伸缩缝内,泡沫衬条宽度要大于缝宽，使其保持足够的支撑力，确保实干后的密封材料成型标准。
3)伸缩缝封闭与防护
衬条安装完成后用胶带将缝周围的板面遮盖，防止施工过程中嵌缝胶污染板面。
4)涂刷界面剂
防护完成后，将界面剂涂刷在伸缩缝内侧，涂刷应均匀且涂刷层厚度应适中。
5)嵌缝作业
待界面剂表干后，将嵌缝材料用胶枪缓慢打入伸缩缝中，随后将表面用铲刀抹平。
6)现场清理
嵌缝作业完成后，不待材料表干，即可拆除伸缩缝两侧封闭。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶，其特征在于：所述聚氨酯嵌缝胶包括异氰酸酯封端预聚体、增塑剂、特种炭黑、纳米碳酸钙、改性碳酸钙粉、偶联剂、有机锡类催化剂、分散剂、溶剂、除水剂、消泡剂、胺类催化剂；其中，各个组分的重量份数如下：
异氰酸酯封端预聚体：15-20份；增塑剂：20-25份；
特种炭黑：0.01-0.05份；纳米碳酸钙：40-60份；
改性碳酸钙粉：0-5份；偶联剂：0.1-0.5份；
有机锡类催化剂：0.01-0.05份；分散剂：0.1-0.5份；
溶剂：0-5份；除水剂：1-5份；
消泡剂：0.1-0.5份；胺类催化剂：0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶，其特征在于：所述增塑剂采用DOP、DINP、DIDP中的一种或其任意组合；
偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种混合物；
分散剂为菲特201分散剂，
异氰酸酯封端预聚体为东大EP-330N和DL-2000中的一种或其混合物同二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种或其混合物聚合而成；
除水剂为进口噁唑烷类固化剂、对甲基苯磺酰异氰酸酯、氧化钙、氧化镁的一种或其混合物；
消泡剂为丙烯酸类消泡剂、有机硅类消泡剂中的一种或几种混合物；
抗老化剂为巴斯夫1130和292。
溶剂为二甲苯、四甲苯、醋酸丁酯中的一种或任意混合。
3.根据权利要求1所述的应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶，其特征在于：所述填缝密封材料的异氰酸酯封端预聚体为17.5份，增塑剂为22.5份，特种炭黑为0.03份，纳米碳酸钙为50份，改性碳酸钙份为3份，偶联剂为0.3份，有机锡类催化剂为0.03份，分散剂为0.3份，溶剂为3份，除水剂为3份，消泡剂为0.3份，胺类催化剂为0.3份。
4.根据权利要求1所述的应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶，其特征在于：所述异氰酸酯封端预聚体：15份；增塑剂：20份；特种炭黑：0.01份；纳米碳酸钙：40份；改性碳酸钙粉：1份；偶联剂：0.1份；有机锡类催化剂：0.01份；分散剂：0.1份；溶剂：1份；除水剂：1份；消泡剂：0.1份；胺类催化剂：0.1份。
5.根据权利要求1所述的应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶，其特征在于：所述异氰酸酯封端预聚体：20份；增塑剂：25份；特种炭黑：0.05份；纳米碳酸钙：60份；改性碳酸钙粉：5份；偶联剂：0.5份；有机锡类催化剂：0.05份；分散剂：0.5份；溶剂：5份；除水剂：5份；消泡剂：0.1-0.5份；胺类催化剂：0.1-0.5份。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的应用于高速铁路无砟铁路的聚氨酯嵌缝胶的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
1)异氰酸酯封端预聚体的制备
A.根据设计需要，在上述各个组分的重量份数取值范围内，将含水量低于万分之五的聚醚多元醇350份、抗老化剂1130和292各7份加入反应釜，开启搅拌，并进行加热升温，将温度升至65-70℃，再取50份的溶剂，搅拌均匀后加入MDI100份，继续搅拌0.5小时；然后升温至75-80℃，反应1.5小时；
B.保持75-80℃加入前述聚醚多元醇240份后80℃计时反应1.5小时；
C.加入有机锡类催化剂0.5份、溶剂50份、除水剂50份、消泡剂0.5份、偶联剂0.5份，计时0.5h后完成预聚体的制备；
2)捏合粉体的制备
A.根据设计需要，将上述各个组分的重量份数的增塑剂DOP、分散剂、纳米碳酸钙、改性碳酸钙粉和特种炭黑加入到捏合机中；
B.开启搅拌和升温，待温度达到110℃关闭升温系统，开启真空泵抽真空，将压力抽至-0.095MPa以下，计时3小时；计时完成后即完成了捏合粉体的制备；
3)填缝密封材料的合成
A.待捏合粉体温度降至50℃以下，取捏合粉体与异氰酸酯封端预聚体比例为10-20份:7份的混合物加入行星反应釜，充入氮气，开启搅拌，分散5分钟；
B.完成上述步骤A的分散后，取在步骤1)得到的混合物中加入剩余助剂；
C.停止分散并继续保持-0.095MPa的真空压力，脱泡5分钟；
D.用氮气解除真空，出料包装得到高速铁路无砟铁路聚氨酯嵌缝胶。
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