CN113085225B - 一种以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法 - Google Patents

一种以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法，由包括可控聚氨酯组合料、连续玻璃纤维、短切玻璃纤维和玻璃纤维毡加工获得，各组分按质量百分比构成如下：可控聚氨酯组合料30～40％，连续玻璃纤维40～60％，短切玻璃纤维5～20％，玻璃纤维毡1～10％。本方法能够解决聚氨酯合成轨枕拉挤固化过程中制品烧芯、开裂，无法拉挤截面尺寸较大的产品，无法实现制品尺寸随意切换，无法连续化自动生产、生产效率低，固化成型过程中前期起发快、后期熟化慢而导致产品的性能出现缺陷，浸胶系统对纤维数量较多时无法充分浸润的问题，以保证制品不易开裂，使得聚氨酯组合料与玻璃纤维浸润性更佳，实现模腔尺寸的有效调整。

Description

一种以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法
技术领域
本发明属于铁路工务工程辅助构件技术领域，具体涉及一种以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法。
背景技术
铁路是目前世界上最重要的运输工具之一，随着铁路向高速、重载和环保方向的发展，对轨道的要求也越来越高，轨枕作为轨道的重要组成部分，在轨道建设中起着至关重要的作用。
目前我国铁路线路工程中使用的枕木主要是木枕、钢轨枕、混凝土枕以及聚氨酯合成轨枕四种。其中，木枕作为传统铁路普遍采用的轨枕，具有造价低、富有弹性、重量轻、绝缘性能好的优点，但是由于森林资源有限，长期砍伐会出现严重的环境问题，另外木枕长期处于恶劣的环境下，存在防腐性能差、易风化开裂、寿命短、耐久性差、物理力学性能差、保持轨距道钉抗拔性能差等缺点；钢轨枕主要是由大量废钢铁冶炼制成，使用寿命长，但是存在造价高、笨重、噪音大等缺点；混凝土轨枕是目前使用最为广泛的轨枕，具有寿命长、稳定性好的优点，缺点是硬度大、弹性差、重量大、消音减震效果差、使用过程中容易出现裂缝等问题；聚氨酯合成轨枕是一种新型的轨枕，具有重量轻、物理力学性能优异，保持轨距道钉抗拔性能好、合成材料资源丰富的优点，已经逐渐替代传统的木枕、钢轨枕和混凝土轨枕的使用。
目前常用的聚氨酯合成轨枕为城市轨道交通用的低密度产品和铁路钢桥用的高密度产品两种类型，大部分为粘接成型而非整体式结构，其使用过程中存在粘接面开裂等质量问题与安全隐患。制造整体式复合轨枕可以避免粘结成型聚氨酯合成轨枕的问题，但在生产制造过程中存在如下问题：
1、整体式聚氨酯合成轨枕制造过程中，其固化过程容易产生烧芯。因为聚氨酯发泡过程中放热，且热量无法及时散出，导致热量聚集所致。
2、聚氨酯组合料反应时间不可控。聚氨酯开始反应起发后，反应比较快，迅速反应膨胀，而完全熟化则需要更长的时间。
3、聚氨酯组合料与玻璃纤维浸润性不好。聚氨酯组合料浸润性不好或玻璃纤维数量较多，渗透时间长。
4、浸润系统自动化程度低且效果一般。一般为低频点式或线式机械拍打、滚压等装置，可部分代替人工揉搓，但是浸润不充分，制品的浸润不均匀。
5、对于纤维含量大、密度较高、截面尺寸大的制品，拉挤成型工艺不成熟，制品不均匀，易出现开裂现象；此类制品主要采用粘接成型的方法，无法一次成型较大截面，发泡过程中，纤维数量大，会在下层聚集，导致上层密度、含纱量低、下层高，内应力大，出模后容易膨胀开裂。
6、拉挤设备模腔尺寸可调节性差，一般为固定尺寸，或者更换侧挡板来进行调整尺寸，调节效率很低。生产出的产品尺寸精度低，打磨工作量大。
7、拉挤设备固化成型阶段，设备固化温度无梯度化，为同一温度，导致制品成型后的稳定性不好，出模后因温度差异而产生收缩不一致，导致产品的性能存在缺陷。
8、生产各工序间断、不连续。在生产过程中，多处需要人工对复合轨枕半成品进行搬运，影响生产效率。
发明内容
本发明旨在提供一种以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法，以解决聚氨酯合成轨枕拉挤固化过程中制品烧芯、开裂，无法拉挤截面尺寸较大的产品，无法实现制品尺寸随意切换，无法连续化自动生产、生产效率低，固化成型过程中前期起发快、后期熟化慢而导致产品的性能出现缺陷，浸胶系统对纤维数量较多时无法充分浸润的问题，以保证制品不易开裂，以使得聚氨酯组合料与玻璃纤维浸润性更佳，以实现模腔尺寸的有效调整。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
本发明以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法，是由包括可控聚氨酯组合料、连续玻璃纤维、短切玻璃纤维和玻璃纤维毡加工获得，各组分按质量百分比构成如下：可控聚氨酯组合料30～40％，连续玻璃纤维40～60％，短切玻璃纤维5～20％，玻璃纤维毡1～10％。
所述连续玻璃纤维为9600TEX或19200TEX的连续玻璃纤维。
所述短切玻璃纤维为长度5～10mm、直径5～20μm的短切玻璃纤维。短切玻璃纤维可提高材料的除0°方向以外的各个方向的力学性能。如90°方向的力学性能，避免材料在二次加工和使用过程中开裂。
所述玻璃纤维毡为300～600g/m2。
所述可控聚氨酯组合料是由包括聚氨酯树脂A组分和聚氨酯树脂B组分，其中聚氨酯树脂A组分与聚氨酯树脂B组分的质量比为1～1.18:1。
所述聚氨酯树脂A组分包括通过聚合MDI与聚氨酯预聚体混合而成的异氰酸酯组分。所述聚氨酯树脂A组分是通过包括如下步骤的工艺制备获得：将100质量份MDI-50与10～20质量份聚醚多元醇在80℃下聚合2小时，形成预聚体，然后再加入聚合MDI，混合均匀后即为A组份，其中聚合MDI与预聚体混合的质量比为8：2。
所述聚合MDI为PM200、M20S、44V20L、5005、MR-200、PAPI-27中的一种；所述聚醚多元醇为2、3官能度，羟值30～100mgKOH/g。
所述聚氨酯树脂B组分包括组合聚醚、扩链剂、阻燃剂、防老剂、催化剂、匀泡剂、发泡剂；各组分按质量份数构成如下：
组合聚醚100份，扩链剂5～15份，阻燃剂5～20份，防老剂0.2～2份，催化剂0.01～0.5份，匀泡剂0.1～1份，发泡剂0.2～0.5份。
所述组合聚醚包括303、4110、635和POP3628，质量比为1：3：2：2。
所述扩链剂为XYlink 311或Caytur 31 DA中的一种。
所述阻燃剂为磷系阻燃剂与对异丙苯聚合物(聚联枯)
Figure BDA0003000645210000031
的混合物。具体地说，所述阻燃剂是由三(2-氯乙基)磷酸酯、三(2-氯丙基)磷酸酯、甲基膦酸二甲酯中的一种或几种与对异丙苯聚合物混合使用，协同作用；所述磷系阻燃剂与对异丙苯聚合物的质量比为2：1。
所述防老剂包括抗氧剂和紫外线吸收剂，抗氧剂与紫外线吸收剂的质量比为1:2。
所述催化剂为ECOADD SA-102、ECOADD SA-1、C-225、JEFFCAT LED-103中的一种或几种的组合。
所述匀泡剂为AK-8805、AK-8818、AK-8882中的一种或几种。
所述发泡剂为水。
所述聚氨酯树脂B组分是通过包括如下步骤的工艺制备获得：将部分组合聚醚(占组合聚醚总量30～50％)与阻燃剂、防老剂、匀泡剂、发泡剂混合均匀后用研磨机研磨至30μm以下，再与余下的组合聚醚、催化剂和扩链剂一同加入反应釜中，控制物料温度低于40～60℃，搅拌均匀后即为B组份。
本发明以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法，包括如下步骤：
S1、连续玻璃纤维经过纱架，通过张紧器张紧后，进入到导纱系统内形成股状；由喷雾装置向连续玻璃纤维的表面喷涂表面处理剂，对连续玻璃纤维的表面进行预处理；所述表面处理剂为硅烷类偶联剂，喷涂量为聚氨酯总量(此处的聚氨酯总量是指A、B组分总质量)的1～5‰。
S2、预处理过的连续玻璃纤维经过注胶区域，由注胶系统将可控聚氨酯组合料与短切玻璃纤维瞬间混合后立即喷涂于连续玻璃纤维的表面；
S3、经步骤S2处理后的连续玻璃纤维分层导入到高频交错式浸润系统内，由高频交错式浸润系统对表面布有短切玻璃纤维与可控聚氨酯组合料的连续玻璃纤维进行水平状态的揉搓浸润，浸润结束后输送至模具中，并且在模具的上、下、左、右表面分别预铺设一层玻璃纤维毡。
S4、对步骤S3处理后的玻璃纤维进行微波照射，以调控聚氨酯反应速率；
S5、将可自动调节模腔调整至所要的型腔状，然后将步骤S4处理后的玻璃纤维注入可自动调节模腔内，形成复合轨枕半成品；
S6、将复合轨枕半成品导入梯度加热系统内，由梯度加热系统依次对复合轨枕半成品进行中温加热、高温加热、低温定型，通过温度控制聚氨酯各阶段反应程度，形成复合轨枕；
S7、成型后的复合轨枕在牵引系统的带动下继续向前输送，通过在线切割系统被切割成固定的长度；
S8、经切割后的复合轨枕进入到在线打磨系统内，由在线打磨系统对复合轨枕进行输送打磨；
S9、经打磨后的复合轨枕进入到在线涂装系统内，通过在线涂装系统向复合轨枕的表面进行喷漆；
S10、经喷漆后的复合轨枕进入到烘干装置进行烘干处理，最后下线码垛包装。
步骤S3中，高频交错式浸润系统的上下板夹持力15～35kPa，交错距离5～20cm，频率2～5Hz。
步骤S4中，微波照射的功率1～5kW，照射时间(根据生产线速度计算得出)30s～2min。
步骤S6中，所述中温加热的加热温度设置为30-50℃，所述高温加热的加热温度设置为60-100℃，所述低温定型的加热温度设置为20-40℃。所述梯度加热系统为连续式生产线，加热时间与生产时的线速度相关。线速度快，加热时间短，反之加热时间长。根据线速度计算后，加热时间分别为：中温区10～20min；高温区10～20min；低温区10～20min。
本发明连续化制备工艺中使用的高频交错式浸润系统包括竖直设置的浸润机架，浸润机架上横向设置有若干层水平连接板，每层水平连接板的上方分别设置有若干交错设置、用于对注胶后的玻璃纤维进行往复揉搓的揉搓浸润机构。所述揉搓浸润机构包括固定端固定设置在浸润机架上并与浸润机架相垂直的第一液压缸，第一液压缸的活塞杆端固定间隔设置有两个竖直连接板，两个竖直连接板的底端固定连接有与水平连接板顶端面具有一定间距的面式推板，面式推板与水平连接板之间形成用于使得待揉搓浸润的玻璃纤维通过的浸润通道。所述面式推板的底端面固定设置有若干用于提高揉搓效果的弧形凸起。
本发明连续化制备工艺中使用的梯度加热系统包括之间形成有传送通道用于在相对转动时对复合轨枕半成品进行输送的上方传动机构和下方传动机构，上方传动机构和下方传动机构沿复合轨枕半成品输送方向的内部依次对应设置有中温加热区、高温加热区和低温加热区。所述中温加热的加热温度设置为30-50℃，所述高温加热的加热温度设置为60-100℃，所述低温定型的加热温度设置为20-40℃。所述梯度加热系统为连续式生产线，加热时间与生产时的线速度相关。线速度快，加热时间短，反之加热时间长。根据线速度计算后，加热时间分别为：中温区10～20min；高温区10～20min；低温区10～20min。
相对于现有技术来说，本发明的有益效果体现在：
本发明聚氨酯组合料是用来生产聚氨酯泡沫合成轨枕，该合成轨枕可代替木枕，用于铁路钢桥、城市轨道交通。本发明通过加入吸热树脂、调整催化剂体系的方式，降低反应放热，避免了聚氨酯合成轨枕固化时容易烧芯的问题；通过微波照射可引发聚氨酯开始起发，温度升高后快速固化成型，保证聚氨酯组合料反应时间可控；在玻璃纤维提前用浸润剂预处理，提高聚氨酯的浸润性。
本发明注胶区域，采用张紧器使玻璃纤维处于张紧状态，玻璃纤维之间不接触，有利于聚氨酯树脂均匀分布在玻璃纤维中。
本发明采用面式的高频交错式浸润方式对通过的玻璃纤维进行往复揉搓，能够使得短切玻璃纤维与聚氨酯混合料十分均匀地浸润到玻璃纤维内，浸润充分、效果好、效率高，制品浸润均匀。
本发明梯度加热系统(即固化区)沿复合轨枕半成品输送方向的内部依次对应设置有中温加热区、高温加热区和低温加热区，确保制品前期浸润时间充分后，迅速反应熟化，模具内冷却定型，出模后，制品固化完全，无内应力，尺寸稳定性好。
附图说明
图1为本发明整体式复合轨枕的生产装置的结构示意图。
图2为本发明整体式复合轨枕的生产装置中高频交错式浸润系统的结构示意图.
图3为本发明整体式复合轨枕的生产装置中高频交错式浸润系统的俯视图。
图4为本发明整体式复合轨枕的生产装置中高频交错式浸润系统的部分结构示意图。
图5为本发明整体式复合轨枕的生产装置中梯度加热系统的结构示意图。
图6为本发明整体式复合轨枕的生产装置中梯度加热系统的部分剖开图。
其中：1纱架；2导纱系统；3张紧器；4注胶系统，41注胶架，42喷胶枪；5高频交错式浸润系统，51浸润机架，52第一液压缸，53竖直连接板，54面式推板，55弧形凸起；6可自动调节模腔；7梯度加热系统，71上方传动机构，72下方传动机构，73中温加热机构，74高温加热机构，75低温加热机构，76加热板，77传热导辊；8牵引系统；9在线切割系统；10在线打磨系统；11在线涂装系统；12复合轨枕；13玻璃纤维。
图7是实施例1产品的浸润效果图。
图8是实施例2产品的浸润效果图。
图9是实施例3产品的浸润效果图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
(一)生产装置
本发明使用的整体式复合轨枕的生产装置，结合图1-图6所示，包括纱架1、导纱系统2、张紧器3、注胶系统4、高频交错式浸润系统5、可自动调节模腔6、梯度加热系统7、牵引系统8、在线切割系统9、在线打磨系统10、在线涂装系统11、烘干装置和码垛包装机。
本发明中纱架1起到了对单根玻璃纤维进行导向的作用，能够使得单根玻璃纤维进行穿过。
张紧器3用于实现对单根玻璃纤维的张紧输送。
导纱系统2用于将从纱架1导出的单根玻璃纤维汇聚成股状。
本发明中的导纱系统2将玻璃纤维分成3层，也可根据高频交错式浸润系统5的层数分成多层。
注胶系统4包括注胶架41、喷胶枪42和注胶罐，注胶架41设置有多层，喷胶枪42连通设置在注胶架41上，注胶架41与注胶罐相连通，注胶罐设置有两个，注胶罐为盛装聚氨酯树脂的罐体。
高频交错式浸润系统5包括竖直设置的浸润机架51，浸润机架51上横向设置有若干层水平连接板，每层水平连接板的上方分别设置有揉搓浸润机构，揉搓浸润机构设置有若干个，分别交错设置，本发明中每层水平连接板上设置有三个揉搓浸润机构，揉搓浸润机构用于对注胶后的玻璃纤维进行往复揉搓，将玻璃纤维和聚氨酯树脂充分浸润。本发明中设置有三层水平连接板，也可根据实际需求设置为多层，每层水平连接板上设置有三个揉搓浸润机构。
揉搓浸润机构为液压传动式。揉搓浸润机构包括固定端固定设置在浸润机架51上并与浸润机架51相垂直的第一液压缸52，第一液压缸52的活塞杆端固定间隔设置有两个竖直连接板53，两个竖直连接板53的底端固定连接有与水平连接板顶端面具有一定间距的面式推板54，面式推板54与水平连接板之间形成用于使得待揉搓浸润的玻璃纤维通过的浸润通道。第一液压缸52的往复运动能够带动面式推板54的往复运动，进而使得面式推板54具备往复揉搓的功能。同时第一液压缸52的频率可以调节，能够控制面式推板54的往复揉搓速度。
面式推板54的底端固定设置有若干用于提高揉搓效果的弧形凸起55，弧形凸起55成呈规则状排布。
可自动调节模腔6可调整制品尺寸为：高度0～400mm；宽度0～500mm。即可生产薄的板材、也可生产大的立方体型材。
梯度加热系统7包括之间形成有传送通道用于在相对转动时对复合轨枕半成品进行输送的上方传动机构71和下方传动机构72，上方传动机构71和下方传动机构72沿复合轨枕半成品输送方向的内部依次对应设置有中温加热区、高温加热区和低温加热区。
中温加热区的长度占梯度加热系统7总长度的1/4，高温加热区占梯度加热系统7总长度的1/2，低温加热区占梯度加热系统7总长度的1/4。中温加热区的加热温度为40-60℃，高温加热区的加热温度为60-80℃，低温加热区的加热温度为20-40℃。中温加热区内设置有中温加热机构73，高温加热区内设置有高温加热机构74，低温加热区内设置有低温加热机构75，中温加热机构73、高温加热机构74和低温加热机构75分别为加热板76，各加热板的加热温度不同。
上方传动机构71和下方传动机构72均为皮带传动机构，包括皮带、主动转辊、从动转辊、主动转辊驱动电机、传动机架，加热板设置在皮带的内部，皮带与加热板之间设置有一排传热导辊77，传热导辊77转动设置在传动机架的侧壁上，传热导辊77可与加热板直接接触。加热板可通过连接板固定设置在传动机架的侧壁上。上方传动机构71和下方传动机构72之间具有一定的间距，且形成输送通道，加热板上发出的热量可通过传热导辊77传输至位于输送通道上的复合轨枕上，同时设置的传热导辊77能够避免加热板直接与皮带相接触。
(二)生产工艺
本发明以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法，包括如下步骤：
S1、连续玻璃纤维经过纱架，通过张紧器张紧后，进入到导纱系统内形成股状；由喷雾装置向连续玻璃纤维的表面喷涂表面处理剂，对连续玻璃纤维的表面进行预处理；所述表面处理剂为硅烷类偶联剂，喷涂量为聚氨酯总量的1～5‰。
S2、预处理过的连续玻璃纤维经过注胶区域，由注胶系统将可控聚氨酯组合料与短切玻璃纤维瞬间混合后立即喷涂于连续玻璃纤维的表面；
S3、经步骤S2处理后的连续玻璃纤维分层导入到高频交错式浸润系统内，由高频交错式浸润系统对表面布有短切玻璃纤维与可控聚氨酯组合料的连续玻璃纤维进行水平状态的揉搓浸润，浸润结束后输送至模具中，并且在模具的上、下、左、右表面分别预铺设一层玻璃纤维毡。高频交错式浸润系统的上下板夹持力15～35kPa，交错距离5～20cm，频率2～5Hz。
S4、对步骤S3处理后的玻璃纤维进行微波照射，以调控聚氨酯反应速率；微波照射的功率1～5kW，照射时间(根据生产线速度计算得出)30s～2min。
S5、将可自动调节模腔调整至所要的型腔状，然后将步骤S4处理后的玻璃纤维注入可自动调节模腔内，形成复合轨枕半成品；
S6、将复合轨枕半成品导入梯度加热系统内，由梯度加热系统依次对复合轨枕半成品进行中温加热、高温加热、低温定型，通过温度控制聚氨酯各阶段反应程度，形成复合轨枕；
先通过中温区，温度为30-50℃，聚氨酯开始缓慢起发，充满模腔。
再通过高温区，温度为60～100℃，聚氨酯熟化完全。
接着通过低温定型区，温度为20～40℃，材料在由压力的条件下逐渐降温、定型。
出模具后，材料温度降至40℃以下，不会因为温差而产生变形或开裂。
所述梯度加热系统为连续式生产线，加热时间与生产时的线速度相关。线速度快，加热时间短，反之加热时间长。根据线速度计算后，加热时间分别为：中温区10～20min；高温区10～20min；低温区10～20min。
S7、成型后的复合轨枕在牵引系统的带动下继续向前输送，通过在线切割系统被切割成固定的长度；
S8、经切割后的复合轨枕进入到在线打磨系统内，由在线打磨系统对复合轨枕进行输送打磨；
S9、经打磨后的复合轨枕进入到在线涂装系统内，通过在线涂装系统向复合轨枕的表面进行喷漆；
S10、经喷漆后的复合轨枕进入到烘干装置进行烘干处理，最后下线码垛包装。
(三)具体实施例的工艺参数以及性能表征
1、制品尺寸240×240×3000mm、纤维含量62％、密度1200kg/cm3。
2、拉挤线速度0.8m/min、注胶量300g/s、表面处理剂用量2‰。
3、短切玻璃纤维长度7mm、直径100μm、连续玻璃纤维为19200TEX、聚氨酯树脂A组分与B组分质量比1.08:1、玻璃纤维连续毡克重400g/m2。
4、工艺参数
Figure BDA0003000645210000091
5、树脂产品玻纤浸润效果
说明：实施例1、2、3因为表面处理剂对纤维预处理和浸润系统的加和作用，使得浸润效果都非常好，纤维和树脂分散性好。
1、2、3对应的浸润系统夹持力、交错距离、频率是逐渐减小的，即浸润系统的强度逐渐降低，导致浸润效果的差异。1的分散最均匀、2和3分别出现了树脂局部聚集的现象，即均匀性略差，特别是3，出现树脂聚集区较大。
6、实施例产品性能对比
检验项目 单位 指标要求 实施例1 实施例2 实施例3 现有产品性能 检测标准
弯曲强度 MPa ≥200 317 288 256 233.8 TJGW161-2019
弯曲弹性模量 GPa ≥12 25.3 23.6 21.2 18.3 TJGW161-2019
剪切强度 MPa ≥18 22.5 22.0 21.5 18.6 TJGW161-2019
冲击韧性 J/cm<sup>2</sup> ≥10 34.6 28.9 25.4 20.1 TJGW161-2019
螺纹道钉抗拔力 kN ≥60 118.2 116.5 110.8 88.5 TJGW161-2019
成品抗弯曲荷载 kN ≥1000 1810 1665 1398 1286 TJGW161-2019
*作为对比的现有产品为铁科腾跃科技有限公司的HFFP型产品。
说明：微波照射主要是控制树脂起发反应时间，树脂不会提前反应；1、2、3功率逐渐增大，反应速率也越快，固化效果好，力学性能高。梯度加热系统主要是控制熟化过程，温度高，熟化效果好，力学性能高。玻纤和树脂浸润性好，材料均匀性好，无应力集中，力学性能好。因此力学性能是按1、2、3逐渐提高的。
短切纤维和玻璃纤维毡的使用，增加了材料横向连接，使材料在横向不是单一的靠聚氨酯树脂的粘接，还有短切纤维和玻璃纤维毡的物理连接，可以有效提高产品的剪切强度。

Claims (3)

1.一种以可控聚氨酯组合料连续化制备整体式复合轨枕的方法，其特征在于：
所述整体式复合轨枕是由包括可控聚氨酯组合料、连续玻璃纤维、短切玻璃纤维和玻璃纤维毡加工获得，各组分按质量百分比构成如下：可控聚氨酯组合料30~40%，连续玻璃纤维40~60%，短切玻璃纤维5~20%，玻璃纤维毡1~10%；包括如下步骤：
S1、连续玻璃纤维经过纱架，通过张紧器张紧后，进入到导纱系统内形成股状；由喷雾装置向连续玻璃纤维的表面喷涂表面处理剂，对连续玻璃纤维的表面进行预处理；
S2、预处理过的连续玻璃纤维经过注胶区域，由注胶系统将可控聚氨酯组合料与短切玻璃纤维瞬间混合后立即喷涂于连续玻璃纤维的表面；
S3、经步骤S2处理后的连续玻璃纤维分层导入到高频交错式浸润系统内，由高频交错式浸润系统对表面布有短切玻璃纤维与可控聚氨酯组合料的连续玻璃纤维进行水平状态的揉搓浸润，浸润结束后输送至模具中，并且在模具的上、下、左、右表面分别预铺设一层玻璃纤维毡；
S4、对步骤S3处理后的玻璃纤维进行微波照射，以调控聚氨酯反应速率；
S5、将可自动调节模腔调整至所要的型腔状，然后将步骤S4处理后的玻璃纤维注入可自动调节模腔内，形成复合轨枕半成品；
S6、将复合轨枕半成品导入梯度加热系统内，由梯度加热系统依次对复合轨枕半成品进行中温加热、高温加热、低温定型，通过温度控制聚氨酯各阶段反应程度，形成复合轨枕；
S7、成型后的复合轨枕在牵引系统的带动下继续向前输送，通过在线切割系统被切割成固定的长度；
S8、经切割后的复合轨枕进入到在线打磨系统内，由在线打磨系统对复合轨枕进行输送打磨；
S9、经打磨后的复合轨枕进入到在线涂装系统内，通过在线涂装系统向复合轨枕的表面进行喷漆；
S10、经喷漆后的复合轨枕进入到烘干装置进行烘干处理，最后下线码垛包装；
所述连续玻璃纤维为9600TEX或19200TEX的连续玻璃纤维；
所述短切玻璃纤维为长度5~10mm、直径5~20μm的短切玻璃纤维；
所述可控聚氨酯组合料是由包括聚氨酯树脂A组分和聚氨酯树脂B组分混合构成，其中聚氨酯树脂A组分与聚氨酯树脂B组分的质量比为1~1.18:1；
所述聚氨酯树脂A组分包括通过聚合MDI与聚氨酯预聚体混合而成的异氰酸酯组分；
所述聚氨酯树脂B组分包括组合聚醚、扩链剂、阻燃剂、防老剂、催化剂、匀泡剂以及发泡剂；
所述聚氨酯树脂A组分是通过包括如下步骤的工艺制备获得：将100质量份MDI-50与10~20质量份聚醚多元醇在80℃下聚合2小时，形成预聚体，然后再加入聚合MDI，混合均匀后即为A组份，其中聚合MDI与预聚体混合的质量比为8：2；
步骤S3中，高频交错式浸润系统的上下板夹持力15~35kPa，交错距离5~20cm，频率2~5Hz；
步骤S4中，微波照射的功率1~5kW，照射时间30s~2min；
步骤S6中，所述中温加热的加热温度设置为30-50℃，所述高温加热的加热温度设置为60-100℃，所述低温定型的加热温度设置为20-40℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述聚合MDI为PM200、M20S、44V20L、5005、MR-200、PAPI-27中的一种；所述聚醚多元醇为2、3官能度，羟值30~100mgKOH/g。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述聚氨酯树脂B组分中各组分按质量份数构成如下：
组合聚醚100份，扩链剂5~15份，阻燃剂5~20份，防老剂0.2~2份，催化剂0.01~0.5份，匀泡剂0.1~1份，发泡剂0.2~0.5份。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109228411A (zh) * 2018-10-19 2019-01-18 洛阳科博思新材料科技有限公司 一种纤维增强复合材料的机械化浸渍系统及其应用
CN115401934A (zh) * 2022-10-12 2022-11-29 深圳市郎搏万先进材料有限公司 一种风力发电叶片及其制备方法

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CN102059833B (zh) * 2010-10-27 2013-11-06 航天材料及工艺研究所 组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材及生产方法设备
DE102012004942B4 (de) * 2012-03-12 2014-02-20 Munich Composites Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Vorformlings und eines daraus hergestellten Faserverbundfertigbauteils
CN106671453A (zh) * 2014-06-16 2017-05-17 胜利油田新大管业科技发展有限责任公司 一种多层复合防偏磨连续抽油杆的制作方法
CN204455726U (zh) * 2015-03-09 2015-07-08 衡水冀军工程技术有限公司 一种新型高强度高抗剪切合成轨枕
CN106120480A (zh) * 2016-08-17 2016-11-16 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所 一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕及其制作方法
CN205917533U (zh) * 2016-08-17 2017-02-01 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所 一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕
CN108504085B (zh) * 2018-06-19 2023-12-05 铁科腾跃科技有限公司 一种纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕及其制备方法
CN109304874A (zh) * 2018-09-18 2019-02-05 洛阳科博思新材料科技有限公司 一种纤维增强聚氨酯泡沫塑料板材的连续生产工艺
CN109438967A (zh) * 2018-11-07 2019-03-08 铁科腾跃科技有限公司 连续玻璃纤维增强聚氨酯复合材料步行板及其制备方法
CN111216381A (zh) * 2020-01-19 2020-06-02 南京聚发新材料有限公司 纤维增强双层树脂复合材料、及其挤成型装置和工艺
CN111873487A (zh) * 2020-07-30 2020-11-03 四川锦华航空技术有限公司 一种高效生产frp光缆加强芯的生产方法

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