CN108997555B - 一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种聚氨酯预聚体以及以所述聚氨酯预聚体为原料对的一种聚氨酯弹性体及其制备方法。所述聚氨酯预聚体的原料包括芳香族二异氰酸酯和低聚多元醇，以所述聚氨酯组合物的总质量为基准，所述组分的质量百分比为：芳香族二异氰酸酯15‑45％，低聚多元醇55‑85％。在此基础上，本发明还提供一种含有所述聚氨酯弹性体的铁路轴向聚氨酯垫。该铁路轴向聚氨酯垫具有优良的弹性和力学性能，而且各项抗老化性能突出，从而延长了轴向聚氨酯垫的使用寿命，降低养护成本，保证行车安全。

Description

一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子技术领域和铁路货车配件技术领域，具体涉及一种聚氨酯组合物及其制备的铁路货车轴向聚氨酯垫。
背景技术
采用交叉支撑装置的转向架是我国铁路货车装用的主流转向架。与传统铸钢三大件式转向架所不同的是，采用交叉支撑装置转向架是通过交叉杆和轴向橡胶垫将两侧架弹性连接的一种转向架，具有良好的抗菱刚度和直线运行的稳定性。其中轴向橡胶垫是交叉支撑装置转向架的重要配件之一，主要用于转8G、转8AG和转K2型转向架。它成对安装在交叉杆端部,每个转向架安装8个,每辆车安装16个。轴向橡胶垫的主要功能是在转向架发生菱变、交叉杆扭动时起缓冲、减振作用。轴向橡胶垫由硫化橡胶和金属(铁件)复合而成，见图1所示，其中橡胶层3和铁芯1、铁件2及铁件4之间通过胶黏剂粘合。《铁路货车段修规程》第2.2.3.9条规定：段修时，交叉杆轴向橡胶垫使用满6年时须报废。但是由于铁路货车本身载量大，提速之后带来的振动冲击进一步加大；在工作状态下长期受到压缩力会使轴向橡胶垫的橡胶环状部分外露而处于大气环境中，外露的橡胶极易受到大气中臭氧老化而产生裂纹并扩展。因此轴向橡胶垫往往不满6年就不得不报废。另外，轴向橡胶垫的制备工艺复杂，需经过铁件喷砂、清洗、涂刷胶黏剂、包胶、硫化、去飞边等一系列工序。
针对轴向橡胶垫的上述缺陷，现有技术中已经出现了以聚氨酯弹性体或聚酯弹性体材料的弹性件替代橡胶的轴向聚氨酯垫，其中所述弹性体与铁件过盈配合而非粘合。具体参见中国实用新型专利“轴向弹性垫”(专利号ZL201721089712.0，授权公号日2018年5月8日)，在此以全文引用形式并入本发明的说明书。该轴向弹性垫的结构示意图见图2，包括第一铁件10和弹性件20，所述第一铁件包括具有中央通孔的第一铁件柱状部，并且第一铁件柱状部的一端沿着与第一铁件柱状部的轴向方向垂直的方向向外延伸以形成第一铁件凸台；所述嵌套在第一铁件的外侧，并且弹性件包括具有中央通孔的弹性件柱状部，并且弹性件柱状部的内壁下部与第一铁件柱状部的外壁过盈配合、弹性件柱状部的内壁上部与第一铁件柱状部的外壁之间具有缝隙，并且弹性件具有与第一铁件凸台相贴合的弹性件凸台，且弹性件凸台的外边缘不超出第一铁件凸台的外边缘。因为弹性体20与第一铁件10之间仅需要简单的装配，不再需要借助胶黏剂粘合，简化了加工过程。但是，显而易见的，聚氨酯弹性体或聚氨酯弹性材料的性能，尤其是抗老化性能对轴向聚氨酯垫决定了轴向聚氨酯垫的使用寿命。对于这方面，现有技术的研究报道较少。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种聚氨酯组合物及其在制备铁路货车轴向聚氨酯垫中的应用。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种聚氨酯预聚体，原料包括芳香族二异氰酸酯和低聚多元醇，以所述聚氨酯组合物的总质量为基准，所述组分的质量百分比为：
芳香族二异氰酸酯15-45％，低聚多元醇55-85％。
优选的，所述聚氨酯组合物，原料由芳香族二异氰酸酯和低聚多元醇组成。
优选的，所述芳香族二异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、二苯基联苯二异氰酸酯(TODI)和萘二异氰酸酯(NDI)中的至少一种。
优选的，所述二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为MDI-100。
优选的，所述低聚多元醇的官能度大于等于2，数均分子量800-2000。
进一步优选的，上述低聚多元醇选自聚四氢呋喃二元醇、聚氧化丙烯多元醇、羟基改性聚有机硅氧烷、己二酸系聚酯多元醇、芳香族聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯二元醇中的至少一种。
更优选的，上述低聚多元醇选自聚四氢呋喃二元醇、聚己内酯二元醇和聚碳酸酯二元醇中的至少一种。
最优选的，上述低聚多元醇选自聚四氢呋喃二元醇1000(PTMG1000)、聚四氢呋喃二元醇2000(PTMG2000)、聚己内酯二元醇CAPA7201A、聚碳酸酯二元醇N980和聚碳酸酯二元醇N981中的至少一种。
本发明的另一个目的在于提供上述聚氨酯预聚体的制备方法，包括如下步骤：
i.按照质量百分比准备所述芳香族二异氰酸酯和低聚多元醇；
ii.在反应容器中，氮气保护下，加入所述的干燥低聚多元醇，控制温度50-90℃；
iii.向反应容器中加入所述芳香族二异氰酸酯，氮气保护下，70-90℃反应0.5-3h，测试残留-NCO含量达到理论值，降温，即得。
本发明还有一个目的在于提供一种聚氨酯组合物，包括上述聚氨酯预聚体和固化剂，以所述聚氨酯预聚体的质量为基准，所述固化剂的质量百分比为5-20％。
优选的，所述固化剂的原料包括小分子扩链交联剂和抗氧剂；优选的，还可以包括催化剂。
作为一种优选的实施方案，本发明所述的固化剂的原料由小分子扩链交联剂和抗氧剂组成，或者由小分子扩链交联剂、抗氧剂和催化剂组成。
优选的，以所述固化剂的总质量为基准，所述小分子扩链交联剂、抗氧剂、催化剂的质量百分比为：
小分子扩链交联剂75-95％，抗氧剂5-20％，催化剂0-5％。
优选的，所述小分子扩链剂选自乙二醇(EG)、1,3-丁二醇(BG)、1,4-丁二醇(BDO)、1,2-丙二醇(PG)、新戊二醇(NPG)、1,6-己二醇(HDO)、一缩二乙二醇(DEG)、一缩二丙二醇(DPG)、乙基丁基丙二醇(BEPD)、1,4-二羟甲基环己烷(CHDM)、对苯二酚二羟乙基醚(HQEE)、间苯二酚二羟乙基醚(HER)、三羟甲基丙烷(TMP)、甘油、二乙醇胺(DEOA)、三乙醇胺(TEOA)、三异丙醇胺(TIPA)、3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺(MOCA)、3,5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)、3,5-二乙基甲苯二胺(DETDA)、4,4’-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(M-CDEA)和2,4-二氨基-3,5-二甲硫基氯苯(TX-2)中的至少一种。
更优选的，所述的小分子扩链交联剂选自1,4-丁二醇(BDO)、一缩二乙二醇(DEG)、对苯二酚二羟乙基醚(HQEE)中的至少一种。
优选的，所述抗氧剂选自2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(抗氧剂264)和四亚甲基(3，5-二-叔丁基-4-羟基苯丙酸)甲酯(抗氧剂1010)中的至少一种。
优选的，所述催化剂选自叔胺类催化剂和有机金属类催化剂中的至少一种。
更优选的，所述催化剂选自三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、醋酸苯汞、有机铋和有机锌中的至少一种。
进一步优选的，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡和有机铋中的至少一种。
本发明还提供上述固化剂的制备方法，包括如下步骤：
A.按照所述质量配比准备所述小分子扩链交联剂、抗氧剂和催化剂；
B.在反应容器中加入所述小分子扩链交联剂和抗氧剂，在105-120℃下脱水2-3h，降温至70℃加入催化剂搅拌30min，即得。
本发明还有一个目的在于提供上述聚氨酯组合物的制备方法，包括如下步骤：
按照所述质量配比准备所述聚氨酯预聚体和所述固化剂；将所述聚氨酯预聚体和所述固化剂在60-100℃混合均匀，即得。
另外，本发明还提供上述聚氨酯组合物在制备铁路货车轴向聚氨酯垫中的应用。
本发明还提供一种包括上述聚氨酯组合物的铁路货车轴向聚氨酯垫。
作为一种优选的实施方式，所述铁路货车轴向聚氨酯垫的结构基本如图2所示，包括第一铁件和聚氨酯弹性件；所述第一铁件包括具有中央通孔的第一铁件柱状部，并且所述第一铁件柱状部的一端沿着与所述第一铁件柱状部的轴向方向垂直的方向向外延伸以形成第一铁件凸台；所述聚氨酯弹性件嵌套在所述第一铁件的外侧，并且所述聚氨酯弹性件包括具有中央通孔的聚氨酯弹性件柱状部，并且所述聚氨酯弹性件柱状部的内壁下部与所述第一铁件柱状部的外壁过盈配合，所述弹性件柱状部的内壁上部与所述第一铁件柱状部的外壁之间具有缝隙，并且所述聚氨酯弹性件具有与所述第一铁件凸台相贴合的弹性件凸台，其中，所述弹性件凸台的外边缘不超出所述第一铁件凸台的外边缘。
所述铁路货车轴向聚氨酯垫的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照所述质量配比准备所述聚氨酯预聚体和所述固化剂；
(2)将所述聚氨酯预聚体和所述固化剂在60-100℃混合均匀，浇注到100-130℃的模具中硫化24小时，冷却至80℃脱模，得到聚氨酯弹性件；
(3)将步骤(2)得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得。
本发明提供的聚氨酯组合物制备的聚氨酯弹性体，与传统橡胶相比，具有更加优异的力学性能、动态性能、高低温度适应性能、抗疲劳性能、耐介质性能和耐候性，其使用温度可以达到-50℃-110℃，具有非常好的温度适应性和稳定性。铁路货车采用本发明的轴向聚氨酯垫可以提高货车行驶的安全性。另外，本发明提供的铁路货车轴向聚氨酯垫使用寿命更长，从而降低维修和使用成本。
附图说明
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
图1的照片示出了传统轴向橡胶垫，其中：1为铁芯，2为铁件(1)，3为橡胶层，4为铁件(2)。
图2示出了所述轴向聚氨酯垫的结构示意图，其中：10为第一铁件，20为聚氨酯弹性件。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分试剂和原料的英文缩写和购买情况如下：
PTMG1000：聚四氢呋喃二醇，数均分子量Mn＝1000(BASF公司)；
PTMG2000：聚四氢呋喃二醇，数均分子量Mn＝2000(BASF公司)；
CAPA7201A：聚己内酯二醇，数均分子量Mn＝2000(瑞典Perstorp集团)；
N981：聚碳酸酯二醇，数均分子量Mn＝1000(日本聚氨酯工业株式会社)；
N980：聚碳酸酯二醇，数均分子量Mn＝2000(日本聚氨酯工业株式会社)；
MDI-100：4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(烟台万华聚氨酯有限公司)；
PPDI：对苯二异氰酸酯(浙江丽水有邦化工有限公司)；
TODI：二苯基联苯二异氰酸酯(海宁崇舜化工有限公司)；
NDI：萘二异氰酸酯(海宁崇舜化工有限公司)；
BDO：1,4-丁二醇(BASF公司)；
HQEE：对苯二酚二羟乙基醚；(苏州市湘园特种精细化工有限公司)
DEG：一缩二乙二醇(美国Huntsman公司)；
1010：四亚甲基(3，5-二-叔丁基-4-羟基苯丙酸)甲酯(中国台湾双键化工有限公司)；
264：2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(南京宁康化工有限公司)；
Bi1610：有机铋催化剂(美国领先化学)。
下述实施例1-7和对比例2的铁路轴向聚氨酯垫的结构示意图如图2所示，该结构在中国实用新型专利“轴向弹性垫”(专利号ZL201721089712.0，授权公号日2018年5月8日)说明书附图1中示出。其包括第一铁件10和聚氨酯弹性件20；所述第一铁件10包括具有中央通孔的第一铁件柱状部，并且所述第一铁件柱状部的一端沿着与所述第一铁件柱状部的轴向方向垂直的方向向外延伸以形成第一铁件凸台；所述聚氨酯弹性件20嵌套在所述第一铁件10的外侧，并且所述聚氨酯弹性件包括具有中央通孔的聚氨酯弹性件柱状部，并且所述聚氨酯弹性件柱状部的内壁下部与所述第一铁件柱状部的外壁过盈配合，所述弹性件柱状部的内壁上部与所述第一铁件柱状部的外壁之间具有缝隙，并且所述聚氨酯弹性件具有与所述第一铁件凸台相贴合的弹性件凸台，其中，所述弹性件凸台的外边缘不超出所述第一铁件凸台的外边缘。
本领域技术人员应该理解，本发明的轴向聚氨酯垫也可以采用其它轴向弹性垫的结构，例如所述实用新型专利说明书中图2-4中所示出的，或者其它的等同形式，其都在本发明的范围内。
实施例1：一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫，包括聚氨酯弹性体和第一铁件。所述聚氨酯弹性体的原料由聚氨酯预聚体和固化剂组成，其中聚氨酯预聚体和固化剂的质量比为：聚氨酯预聚体：固化剂＝100:11；所述聚氨酯预聚体的原料由41.5wt％的MDI-100和余量的PTMG1000组成；所述固化剂的原料由86.8wt％的BDO、10.2wt％的抗氧剂264和余量的催化剂Bi1610组成。
本实施例所述轴向聚氨酯垫通过如下方法制备：
1、按照质量配比准备各原料；
2、聚氨酯预聚体的制备：在干燥反应容器中加入熔化完全的MDI-100，通干燥氮气保护，加入干燥PTMG1000，控制温度不超过70℃，于70℃下反应2.0h，测试残留NCO含量达到9.0wt％即可停止反应，降温出料。
3、固化剂的制备：反应容器中加入BDO、抗氧剂264，加热至110℃于-0.1MPa下真空脱水2h，水含量低于0.05wt％时降温至70℃，加入催化剂Bi1610，搅拌30min出料。
4、聚氨酯弹性体的制备：把上述制备得到的聚氨酯预聚体和固化剂按照质量配比于70℃下混合均匀，真空脱泡后浇注到110℃的模具中，硫化24h后脱模，得到聚氨酯弹性体；
5、将上一步得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得铁路货车轴向聚氨酯垫。
实施例2：一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫，包括聚氨酯弹性体和第一铁件。所述聚氨酯弹性体的原料由聚氨酯预聚体和固化剂组成，其中聚氨酯预聚体和固化剂的质量比为：聚氨酯预聚体：固化剂＝100:18；所述聚氨酯预聚体的原料由33.8wt％的MDI-100和余量的PTMG2000组成；所述固化剂的原料由78.3wt％的HQEE、13.2wt％的DEG、6.5wt％的抗氧剂264和余量的催化剂Bi1610组成。
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫通过如下方法制备：
1、按照质量配比准备各原料；
2、聚氨酯预聚体的制备：在干燥反应容器中加入熔化完全的MDI-100，通干燥氮气保护，加入干燥PTMG2000，控制温度不超过70℃，于70℃下反应2.0h，测试残留NCO含量达到7.5wt％即可停止反应，降温出料。
3、固化剂的制备：反应容器中加入HQEE、DEG、抗氧剂264，加热至110℃于-0.1MPa下真空脱水2h，水含量低于0.05wt％时降温至90℃，加入催化剂Bi1610，搅拌30min保温待用。
4、聚氨酯弹性体的制备：把上述制备得到的聚氨酯预聚体和固化剂按照质量配比于90℃下混合均匀，真空脱泡后浇注到110℃的模具中，硫化24h后脱模，得到聚氨酯弹性体；
5、将上一步得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得铁路货车轴向聚氨酯垫。
实施例3：一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备
本实施例所述轴向聚氨酯垫，包括聚氨酯弹性体和第一铁件。所述聚氨酯弹性体的原料由聚氨酯预聚体和固化剂组成，其中聚氨酯预聚体和固化剂的质量比为：聚氨酯预聚体：固化剂＝100:7；所述聚氨酯预聚体的原料由28.6wt％的NDI和余量的PTMG1000组成；所述固化剂的原料由58.3％wt％的BDO、21.9％wt％的DEG、15.2wt％的抗氧剂264和余量的催化剂Bi1610组成。
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫通过如下方法制备：
1、按照质量配比准备各原料；
2、聚氨酯预聚体的制备：在干燥反应容器中加入干燥的PTMG1000，加热至90℃，通干燥氮气保护，快速加入NDI粉末，剧烈搅拌使NDI快速溶解，控制温度不超过90℃，于90℃下反应0.5h，测试残留NCO含量达到5.0wt％即可停止反应，直接出料。
3、固化剂的制备：反应容器中加入BDO、DEG、抗氧剂264，加热至110℃于-0.1MPa下真空脱水2h，水含量低于0.05wt％时降温至70℃，加入催化剂Bi1610，搅拌30min出料。
4、聚氨酯弹性体的制备：把上述制备得到的聚氨酯预聚体和固化剂按照质量配比于80℃下混合均匀，真空脱泡后浇注到110℃的模具中，硫化24h后脱模，得到聚氨酯弹性件；
5、将上一步得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得铁路货车轴向聚氨酯垫。
实施例4：一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫，包括聚氨酯弹性体和第一铁件。所述聚氨酯弹性体的原料由聚氨酯预聚体和固化剂组成，其中聚氨酯预聚体和固化剂的质量比为：聚氨酯预聚体：固化剂＝100:9.5；所述聚氨酯预聚体的原料由19.4wt％的NDI和余量的PTMG2000组成；所述固化剂的原料由77.5wt％的HQEE、8.8wt％的BDO、11.4wt％的抗氧剂264和余量的催化剂Bi1610组成。
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫通过如下方法制备：
1、按照质量配比准备各原料；
2、聚氨酯预聚体的制备：在干燥反应容器中加入干燥的PTM2000，加热至90℃，通干燥氮气保护，快速加入NDI粉末，剧烈搅拌使NDI快速溶解，控制温度不超过90℃，于90℃下反应0.5h，测试残留NCO含量达到4.0wt％即可停止反应，直接出料。
3、固化剂的制备：反应容器中加入HQEE、BDO、抗氧剂264，加热至110℃于-0.1MPa下真空脱水2h，水含量低于0.05wt％时降温至90℃，加入催化剂Bi1610，搅拌30min保温待用。
4、聚氨酯弹性体的制备：把上述制备得到的聚氨酯预聚体和固化剂按照质量配比于90℃下混合均匀，真空脱泡后浇注到110℃的模具中，硫化24h后脱模，得到聚氨酯弹性体；
5、将上一步得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得铁路货车轴向聚氨酯垫。
实施例5：一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫，包括聚氨酯弹性体和第一铁件。所述聚氨酯弹性体的原料由聚氨酯预聚体和固化剂组成，其中聚氨酯预聚体和固化剂的质量比为：聚氨酯预聚体：固化剂＝100:12；所述聚氨酯预聚体的原料由16wt％的PPDI和余量的CAPA7201A组成；所述固化剂的原料由75.9wt％的HQEE、12.4wt％的DEG、9.7wt％的抗氧剂264和余量的催化剂Bi1610组成。
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫通过如下方法制备：
1、按照质量配比准备各原料；
2、聚氨酯预聚体的制备：在干燥反应容器中加入熔化好的CAPA7201A，加热至80℃，通干燥氮气保护，快速加入PPDI粉末，剧烈搅拌使PPDI快速溶解，控制温度不超过90℃，于90℃下反应2.0h，测试残留NCO含量达到4.5wt％即可停止反应，降温出料。
3、固化剂的制备：反应容器中加入HQEE、DEG、抗氧剂264，加热至110℃于-0.1MPa下真空脱水2h，水含量低于0.05wt％时降温至80℃，加入催化剂Bi1610，搅拌30min保温待用。
4、聚氨酯弹性体的制备：把上述制备得到的聚氨酯预聚体和固化剂按照质量配比于80℃下混合均匀，真空脱泡后浇注到120℃的模具中，硫化24h后脱模，得到聚氨酯弹性体；
5、将上一步得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得铁路货车轴向聚氨酯垫。
实施例6：一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫，包括聚氨酯弹性体和第一铁件。所述聚氨酯弹性体的原料由聚氨酯预聚体和固化剂组成，其中聚氨酯预聚体和固化剂的质量比为：聚氨酯预聚体：固化剂＝100:6.5；所述聚氨酯预聚体的原料由33.3wt％的TODI和余量的N981组成；所述固化剂的原料由80.6wt％的BDO、16.1wt％的抗氧剂264和余量的催化剂Bi1610组成。
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫通过如下方法制备：
1、按照质量配比准备各原料；
2、聚氨酯预聚体的制备：在干燥反应容器中加入熔化好的N981，加热至90℃，通干燥氮气保护，快速加入TODI粉末，剧烈搅拌使TODI快速溶解，控制温度不超过90℃，于90℃下反应2.0h，测试残留NCO含量达到5.0wt％即可停止反应，降温出料。
3、固化剂的制备：反应容器中加入BDO、抗氧剂264，加热至110℃于-0.1MPa下真空脱水2h，水含量低于0.05wt％时降温至80℃，加入催化剂Bi1610，搅拌30min降温出料。
4、聚氨酯弹性体的制备：把上述制备得到的聚氨酯预聚体和固化剂按照质量配比于90℃下混合均匀，真空脱泡后浇注到120℃的模具中，硫化24h后脱模，得到聚氨酯弹性体；
5、将上一步得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得铁路货车轴向聚氨酯垫。
实施例7：一种铁路货车轴向聚氨酯垫及其制备
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫，包括聚氨酯弹性体和第一铁件。所述聚氨酯弹性体的原料由聚氨酯预聚体和固化剂组成，其中聚氨酯预聚体和固化剂的质量比为：聚氨酯预聚体：固化剂＝100:8.7；所述聚氨酯预聚体的原料由17.6wt％的NDI和余量的N980组成；所述固化剂的原料由74.6wt％的HQEE、12.1wt％的DEG、12.1wt％的抗氧剂264和余量的催化剂Bi1610组成。
本实施例所述铁路货车轴向聚氨酯垫通过如下方法制备：
1、按照质量配比准备各原料；
2、聚氨酯预聚体的制备：在干燥反应容器中加入熔化好的N980，加热至90℃，通干燥氮气保护，快速加入NDI粉末，剧烈搅拌使NDI快速溶解，控制温度不超过90℃，于90℃下反应0.5h，测试残留NCO含量达到3.6wt％即可停止反应，直接出料。
3、固化剂的制备：反应容器中加入HQEE、DEG、抗氧剂264，加热至110℃于-0.1MPa下真空脱水2h，水含量低于0.05wt％时降温至80℃，加入催化剂Bi1610，搅拌30min保温待用。
4、聚氨酯弹性体的制备：把上述制备得到的聚氨酯预聚体和固化剂按照质量配比于100℃下混合均匀，真空脱泡后浇注到120℃的模具中，硫化24h后脱模，得到聚氨酯弹性体；
5、将上一步得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得铁路货车轴向聚氨酯垫。
测试例1：实施例1-7的聚氨酯弹性体的性能测试
对实施例1-7制备得到的聚氨酯弹性体进行性能测试按照以下方法进行，结果见表1。
硬度：硬度测试按照GB/T531-2008进行；
拉伸应力应变：拉伸应力应变测试按照GB/T 528-2009进行；
撕裂强度：撕裂强度测试按照GB/T 529-2008进行；
回弹性：回弹性测试按照GB/T 1681-2009进行。
表1聚氨酯弹性体的性能测试
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
硬度(邵氏A) 95 95 96 96 94 96 96
拉伸强度(MPa) 42 35 38 35 50 54 48
撕裂强度(KN/m) 100 105 125 130 115 120 120
回弹率(％) 45 48 55 60 55 20 43
表1的结果示出：实施例1-7制备得到的聚氨酯弹性体具有良好的力学和弹性性能，完全满足现行行业标准对铁路轴向聚氨酯垫弹性件的性能要求。
对比例1：轴向橡胶垫
本对比例为商购的传统轴向橡胶垫，结构如图1所示，由橡胶包裹到铁件上后热硫化模压成型。
对比例2：一种轴向聚氨酯垫
本对比例所述轴向聚氨酯垫，包括聚氨酯弹性体和第一铁件。所述聚氨酯弹性体的原料由聚氨酯预聚体和固化剂组成，其中聚氨酯预聚体和固化剂的质量比为：聚氨酯预聚体：固化剂＝100:16.4；所述聚氨酯预聚体的原料由26.0wt％的TDI-100和余量的PTMG1000组成；所述固化剂的原料由93.0wt％的E300和余量的抗氧剂264组成。
本对所述轴向聚氨酯垫通过如下方法制备：
1、按照质量配比准备各原料；
2、聚氨酯预聚体的制备：在干燥反应容器中加入TDI-100，，通干燥氮气保护，快速加入干燥PTMG1000，控制温度不超过80℃，于80℃下反应3.0h，测试残留NCO含量达到6.3wt％即可停止反应，直接出料。
3、固化剂的制备：反应容器中加入E300、抗氧剂264，加热至110℃于-0.1MPa下真空脱水2h，水含量低于0.05wt％时降温待用。
4、聚氨酯弹性体的制备：把上述制备得到的聚氨酯预聚体和固化剂按照质量配比于80℃下混合均匀，真空脱泡后浇注到110℃的模具中，硫化24h后脱模，得到聚氨酯弹性体。
5、将上一步得到的成型的聚氨酯弹性体与铁件配合安装，即得轴向聚氨酯垫。
测试例2：本发明的聚氨酯垫与传统橡胶垫的性能对比测试
将实施例3制备得到的铁路轴向聚氨酯垫、对比例1的轴向橡胶垫和对比例2的轴向聚氨酯垫进行了各种老化性能和疲劳性能测试，测试按照以下方法进行：
热空气老化：按照GB/T 3512-2014进行；
紫外线老化：按照GB/T 16585-1996进行；
臭氧老化：按照GB/T 7762-2014进行；
疲劳性能：按照TJ/CL 155-2006进行；
结果见表2。
表2的结果示出：本发明实施例3的轴向聚氨酯垫的性能最优。传统的轴向橡胶垫抗老化性能最差，因此使用寿命短。对比例2的轴向聚氨酯垫性能虽较传统的橡胶垫有所改善，但是仍然不及本发明的轴向聚氨酯垫。因此，本发明提供的聚氨酯弹性体是保证轴向聚氨酯垫优异性能的物质基础。
表2聚氨酯垫和传统橡胶垫的性能测试
Figure GDA0001825351210000121
总之，本发明提供了一种铁路轴向聚氨酯垫。该铁路轴向聚氨酯垫不仅力学和弹性性能优良，而且具有优异的抗老化性能，在各项指标上都优于传统的轴向橡胶垫，可以很好地解决现有的轴向橡胶垫寿命短，更换频繁的问题。以本发明所述的轴向聚氨酯垫取代轴向橡胶垫，不仅可以降低维护成本，而且更有利于铁路行车安全。

Claims (10)

1.一种聚氨酯组合物在制备铁路货车轴向聚氨酯垫中的应用，所述聚氨酯组合物由聚氨酯预聚体和固化剂组成；以所述聚氨酯预聚体的质量为基准，所述固化剂的质量百分比为5-20％；
所述聚氨酯预聚体原料由芳香族二异氰酸酯和低聚多元醇组成，以所述聚氨酯预聚体的总质量为基准，所述组分的质量百分比为：
芳香族二异氰酸酯15-45％，低聚多元醇55-85％；
所述芳香族二异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二苯基联苯二异氰酸酯和萘二异氰酸酯中的一种；
所述低聚多元醇的官能度大于等于2，数均分子量800-2000，选自聚四氢呋喃二元醇、聚己内酯二元醇和聚碳酸酯二元醇中的一种；
所述的固化剂的原料由小分子扩链交联剂和抗氧剂组成，或者由小分子扩链交联剂、抗氧剂和催化剂组成；
以所述固化剂的总质量为基准，所述小分子扩链交联剂、抗氧剂、催化剂的质量百分比为：
小分子扩链交联剂75-95％，抗氧剂5-20％，催化剂0-5％；
所述的小分子扩链交联剂选自1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、对苯二酚二羟乙基醚中的至少一种；
所述铁路货车轴向聚氨酯垫的结构为：
所述铁路货车轴向聚氨酯垫包括第一铁件(10)和聚氨酯弹性件(20)；所述第一铁件(10)包括具有中央通孔的第一铁件柱状部，并且所述第一铁件柱状部的一端沿着与所述第一铁件柱状部的轴向方向垂直的方向向外延伸以形成第一铁件凸台；所述聚氨酯弹性件(20)嵌套在所述第一铁件(10)的外侧，并且所述聚氨酯弹性件包括具有中央通孔的聚氨酯弹性件柱状部，并且所述聚氨酯弹性件柱状部的内壁下部与所述第一铁件柱状部的外壁过盈配合，所述弹性件柱状部的内壁上部与所述第一铁件柱状部的外壁之间具有缝隙，并且所述聚氨酯弹性件具有与所述第一铁件凸台相贴合的弹性件凸台，其中，所述弹性件凸台的外边缘不超出所述第一铁件凸台的外边缘；
所述聚氨酯弹性件由所述聚氨酯组合物制备。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为MDI-100。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述低聚多元醇选自聚四氢呋喃二元醇1000、聚四氢呋喃二元醇2000、聚己内酯二元醇CAPA7201A、聚碳酸酯二元醇N980和聚碳酸酯二元醇N981中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的应用，其特征在于，所述聚氨酯预聚体通过如下方法制备：
i.按照质量百分比准备所述芳香族二异氰酸酯和低聚多元醇；
ii.在反应容器中，氮气保护下，加入所述的干燥低聚多元醇，控制温度50-90℃；
iii.向反应容器中加入所述芳香族二异氰酸酯，氮气保护下，70-90℃反应0.5-3h，测试残留-NCO含量达到理论值，降温，即得。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述抗氧剂选自2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和四亚甲基(3，5-二-叔丁基-4-羟基苯丙酸)甲酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述催化剂选自三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、醋酸苯汞、有机铋和有机锌中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡和有机铋中的至少一种。
8.根据权利要求1、5、6或7所述的应用，其特征在于，所述固化剂的制备方法，包括如下步骤：
A.按照所述质量配比准备所述小分子扩链交联剂、抗氧剂和催化剂；
B.在反应容器中加入所述小分子扩链交联剂和抗氧剂，在105-120℃下脱水2-3h，降温至70℃加入催化剂搅拌30min，即得。
9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述聚氨酯组合物的制备方法，包括如下步骤：
按照所述质量配比准备所述聚氨酯预聚体和所述固化剂；将所述聚氨酯预聚体和所述固化剂在60-100℃混合均匀，即得。
10.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的铁路货车轴向聚氨酯垫的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照所述质量配比准备所述聚氨酯预聚体和所述固化剂；
(2)将所述聚氨酯预聚体和所述固化剂在60-100℃混合均匀，浇注到100-130℃的模具中硫化24小时，冷却至80℃脱模，得到聚氨酯弹性件；
(3)将步骤(2)得到的成型的聚氨酯弹性件与铁件配合安装，即得。
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