CN110552259A - 一种高弹性低密度缓冲减振器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高弹性低密度缓冲减振器件及其制备方法，由弹性保护层、增韧层和减振缓冲层三种结构材料组成；弹性保护层处于垫板最下层，为非发泡聚氨酯弹性体材料，弹性保护层材料性能为：硬度90±5A，强度≥35MPa，伸长率≥300％；增韧层设置于弹性保护层和减振缓冲层之间，如高强玻纤毡、玻纤布、尼龙布、无纺布、土工布、帘子布材料等；缓冲减振层处于垫板最上层，为发泡型聚氨酯弹性体材料：密度0.3～0.8g/cm3、硬度邵A30～60A、强度≥2.0Mpa、伸长率≥250％、弹性≥50％。该缓冲减振器件为复合材料，强度高、寿命长、防刺穿效果好，减少轨枕与石子的刚性碰撞，进而减少砟石粉化。并且通过使用高弹性的微孔聚氨酯弹性体材料，可降低减振器件的重量、密度，降低成本。
Description
技术领域
本发明属于缓冲减振工程技术领域，主要涉及一种聚氨酯材料类的减振垫板器件。
背景技术
随着工业技术的不断发展，轨道交通领域正处在飞速发展阶段，垫板是轨道结构中的重要部件之一，垫板在降低轨道刚度、提高线路弹性、改善轮轨互相作用等方面起着不可替代的作用。
对于现有的有砟轨道，其虽然具备建设成本低的优点，但同时需要对轨枕垫板经常更换和道床的捣固清筛等，导致养护维修工作量大、成本高等缺点，尤其是在铁路的道岔区，垫板减振层与砟石的摩擦力更大，轨道几何尺寸破坏及砟石粉化也更为严重。轨枕与道床砟石的刚性碰是造成砟石粉化的主要原因。通过在轨枕下加装弹性减振层，可有效减少轨枕与石子的刚性碰撞，进而减少砟石粉化。目前使用的为橡胶垫板，但是橡胶材料的耐受性和强度相对较差，很容易被砟石刺穿，同时在热、氧、紫外线和雨水等因素作用下，橡胶垫板的使用寿命也会大大缩短。因此急需新型的高性能垫板，提高现有轨枕垫板减隔振效果。降低列车通行时对道床砟石的粉化，延长使用寿命，替代目前的橡胶垫板，是亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是，提供一种高弹性低密度缓冲减振器件。该缓冲减振器件为复合材料，强度高、寿命长、防刺穿效果好，减少轨枕与石子的刚性碰撞，进而减少砟石粉化。并且通过使用高弹性的微孔聚氨酯弹性体材料，可降低减振器件的重量、密度，降低成本。
本发明要解决的第二个技术问题是，提供一种该高弹性低密度缓冲减振器件的制备方法。
为要解决第一个技术问题，本发明采取的技术方案是：一种高弹性低密度缓冲减振器件，由弹性保护层、增韧层和减振缓冲层三种结构材料组成；所述弹性保护层处于垫板最下层，为非发泡聚氨酯弹性体材料，弹性保护层材料性能为：硬度90±5A、强度≥35Mpa、伸长率≥300％；所述增韧层设置于弹性保护层和减振缓冲层之间，如高强玻纤毡、玻纤布、尼龙布、无纺布、土工布、帘子布材料等，优选的，轨枕垫板所用的增韧层材料经过表面改性处理；缓冲减振层处于垫板最上层，为发泡型聚氨酯弹性体材料，材料性能为：密度0.3～0.8g/cm3、硬度邵A30～60A、强度≥2.0Mpa、伸长率≥250％、弹性≥50％。
缓冲减振器件厚度根据产品的要求进行调整，作为轨道垫板用，一般弹性保护层厚度≤3mm，增韧层≤3mm。
为解决第二个技术问题，本发明提供一种该高弹性低密度缓冲减振器件的制备方法，包括以下步骤：(1)按聚氨酯浇注物料要求的温度和混合比，混合除泡后浇入预定温度的模具中，在物料凝固过程中放入增韧层，并进行压模处理，使未凝固物料和增韧层物料具有良好的粘结性；(2)待可脱模时，脱模后把复合结构的弹性保护层和增韧层一起放入另外一个封闭型发泡模具中，根据体积和所需密度，按计量混合浇注聚氨酯微孔弹性体物料，并立即合模使其发泡，充满模腔并固化；(3)待物料凝固至可脱模时，脱模，放入烘箱进行后熟化；(4)后熟化完成，进行修饰处理，即得高弹性低密度缓冲减振器件成品。
与橡胶材料相比，本发明的有益效果是：本发明所述高弹性低密度缓冲减振器件，由弹性保护层、增韧层和减振缓冲层三种结构材料组成，所述弹性保护层为高硬度、高强度、高弹性和高耐磨的非发泡聚氨酯弹性体材料，可提供更好的防刺穿和耐磨性能等，延长垫板的寿命；所述增韧层可很好地嵌入弹性保护层和减振缓冲层之间，可进一步提高垫板韧性和防刺穿性能；缓冲减振层处于垫板的最上层，为发泡型聚氨酯弹性体材料，与弹性保护层材料相比，减振缓冲层的发泡型聚氨酯弹性体材料具有高弹性、低密度的特点，缓冲减振层的高弹性、低密度、泡孔结构可大大吸收能量，降低砟石和轨枕之间的刚性作用，提高器件的减振缓冲作用，有利于使用效果。且降低密度、减轻重量后可降低成本。本发明所述高弹性低密度缓冲减振器件，用于轨道交通，可减少轨枕与石子的刚性碰撞，进而减少砟石粉化。
本发明所述的制备方法，弹性保护层、减振缓冲层在未固化前进行了压模处理，与增韧层发生粘结作用，与其融为一体，粘接牢固。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1)使用黎明化工研究设计院有限责任公司生产的T2093牌号的聚氨酯浇注物料，保持物料A组分80℃，B组分120℃，按A/B质量比100/14.7，混合均匀并脱泡后浇入100℃模具中，厚度为2mm，在物料凝固过程中，放入裁剪好尺寸的土工布，并进行压模处理，使未凝固物料和土工布之间粘结在一起；
(2)待可脱模时脱模，在土工布上涂覆市售凯姆洛克218胶黏剂，并把复合结构的弹性保护层和增韧层一起放入另外一个封闭型发泡模具中，然后使用黎明化工研究设计院有限责任公司生产的S6971牌号的聚氨酯微孔弹性体浇注物料，按照A组分/B组分(包括多元醇、扩链剂、催化剂、发泡剂等)＝100/60的比例混合浇注，快速合模使其充满模腔并固化，浇注的高弹性发泡聚氨酯物料厚度6mm；
(3)待物料凝固至可脱模时，脱模，放入100℃烘箱后熟化16小时；
(4)后熟化完成后，进行修饰处理，即得复合缓冲减振垫板器件成品，总厚度11mm。
其中缓冲减振器件中，弹性保护层的聚氨酯材料性能为：硬度邵A93，拉伸强度43MPa，伸长率380％，回弹率40％；缓冲减振层的微孔聚氨酯弹性体材料性能为：密度0.37g/cm3，硬度邵A42，拉伸强度2.9MPa，伸长率330％，回弹率53％。该垫板样件参考TJ/GW103-2013标准进行300万次疲劳后，未发生被砟石刺穿、垫板撕裂现象。
实施例2
(1)使用黎明化工研究设计院有限责任公司生产的M4087牌号的聚氨酯浇注物料，保持聚氨酯浇注物料A组分50℃，B组分40℃，C组分45℃，按A/B/C比例100/80/13.3，混合均匀并脱泡后浇入80～100℃模具中，根据物料密度，控制浇注物料质量，使其厚度为2.5mm，在物料凝固过程中，放入裁剪好尺寸的尼龙布，并进行压模处理，使未凝固物料和土工布之间完全粘结；
(2)待可脱模时，脱模后把复合结构的弹性保护层和增韧层一起放入另外一个封闭的发泡模具中，然后使用黎明化工研究设计院有限责任公司生产的S6975牌号的聚氨酯微孔弹性体浇注物料，按照异氰酸酯组分/多元醇组分(包括多元醇、扩链剂、催化剂、发泡剂等)＝100/76的比例混合浇注，快速合模使其充满模腔并固化，浇注的高弹性发泡聚氨酯物料厚度7mm；
(3)待物料凝固至可脱模时，脱模，放入100℃烘箱进行后熟化20小时；
(4)后熟化完成后，进行修饰处理，即得复合缓冲减振垫板器件成品，总厚度11mm。
其中缓冲减振器件中弹性保护层的聚氨酯材料性能为硬度邵A87，拉伸强度40MPa，伸长率520％，回弹45％；缓冲减振层的微孔聚氨酯弹性体材料性能为：密度0.42g/cm3，硬度邵A60，拉伸强度5.4MPa，伸长率450％，弹性55％。该垫板样件参考TJ/GW 103-2013标准进行300万次疲劳后，未发生被砟石刺穿、垫板撕裂现象。
对比例
与实施例相同厚度的橡胶垫板在参考TJ/GW 103-2013标准进行300万次疲劳后，发生明显的被砟石刺穿、材料撕裂现象。
Claims (8)
1.一种高弹性低密度缓冲减振器件，由弹性保护层、增韧层和减振缓冲层三种结构材料组成；所述弹性保护层处于垫板最下层，为非发泡聚氨酯弹性体材料，弹性保护层材料性能为：硬度90±5A、强度≥35Mpa、伸长率≥300％；所述增韧层设置于弹性保护层和减振缓冲层之间；缓冲减振层处于垫板的最上层，为发泡型聚氨酯弹性体材料，材料性能为：密度0.3～0.8g/cm3、硬度邵A30～60A、强度≥2.0Mpa、伸长率≥250％、弹性≥50％。
2.根据权利要求1所述的高弹性低密度缓冲减振器件，其特征是所述增韧层为高强玻纤毡、玻纤布、尼龙布、无纺布、土工布或帘子布材料。
3.根据权利要求1所述的高弹性低密度缓冲减振器件，其特征是增韧层材料经过表面改性处理。
4.根据权利要求1所述的高弹性低密度缓冲减振器件，其特征是弹性保护层厚度≤3mm，增韧层≤3mm。
5.一种制备权利要求1～4之一所述的高弹性低密度缓冲减振器件的方法，包括以下步骤：(1)按聚氨酯浇注物料要求的温度和混合比，混合除泡后浇入预定温度的模具中，在物料凝固过程中放入增韧层，并进行压模处理，使未凝固物料和增韧层物料具有良好的粘结性；(2)待可脱模时，脱模后把复合结构的弹性保护层和增韧层一起放入另外一个封闭型发泡模具中，根据体积和所需密度，按计量混合浇注聚氨酯微孔弹性体物料，并立即合模使其发泡，充满模腔并固化；(3)待物料凝固至可脱模时，脱模，放入烘箱进行后熟化；(4)后熟化完成，进行修饰处理，即得高弹性低密度缓冲减振器件成品。
6.根据权利要求5所述的方法，所述聚氨酯浇注物料是指黎明化工研究设计院有限责任公司生产的牌号为T2093、M4087的产品。
7.根据权利要求5所述的方法，所述聚氨酯微孔弹性体物料是指黎明化工研究设计院有限责任公司生产的牌号为S6971、S6975的产品。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征是增韧层上喷涂市售的聚氨酯材料胶黏剂凯姆洛克218。
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