CN113292821B - 一种适用于嵌入式轨道的环氧橡胶沥青填充材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于嵌入式轨道的环氧橡胶沥青填充材料及其制备方法与应用，环氧橡胶沥青填充材料包括重量比1：1～10的A组分和B组分；所述A组分为环氧树脂，所述B组分由重量百分比如下的成分组成：基质沥青材料20～120、改性剂0～10、增容剂60～120、固化剂80～140、橡胶颗粒20～80。本发明的环氧沥青材料具有良好的压缩与拉伸性能，能满足嵌入式轨道系统的刚度要求；低温性能较好，在较大温度范围内保持良好的减振降噪性能，具有一定的耐老化、耐疲劳特性；绿色环保。

Description

一种适用于嵌入式轨道的环氧橡胶沥青填充材料及其制备方 法与应用

技术领域

本发明涉及建筑高分子材料领域，尤其涉及一种适用于嵌入式轨道的环氧橡胶沥青填充材料及其制备方法与应用。

背景技术

嵌入式轨道相比于其他减振降噪轨道型式，其特点是钢轨连续支承，且钢轨这一主要噪声源的2/3埋入高分子填充材料之中，加上高分子填充材料的减振耗能作用，使其具有更好的减振降噪性能。嵌入式轨道结构的力学特性决定了高分子填充材料应具备一定的抗压强度，与钢材、水泥等材料粘结强度应较大，且具有较好的减振降噪性能。现有的槽内填充材料多为聚氨酯材料等，其与轨道基材粘结性不佳，且有一定毒性，较难同时满足嵌入式轨道填充材料的要求。

申请号为CN102391464A《嵌入式轨道用的聚氨酯树脂》的专利公开了一种嵌入式轨道用的聚氨酯树脂材料，该材料与钢轨及水泥都具有良好的粘结性能、且具有适当的抗压强度及耐老化、耐疲劳性能以及低放热性。但其生产中使用的异氰酸酯具有强刺激性和高活性，要求在低温无光照下储存，不利于生产、施工。

申请号为CN103351579A《用于嵌入式轨道系统的高分子复合材料》的专利公布了一种用于嵌入式轨道系统的高分子复合材料，该材料通过聚氨酯改性环氧树脂，提高了脆性，具有良好的力学性能与减振降噪性能。但该材料生产时要求低温，生产难度大。

因此，选择一种易于获得且性能良好的阻尼材料作为其替代品就很有必要，目前常见的阻尼材料有聚氨酯类、橡胶类、沥青类、树脂类等，而环氧沥青包含了沥青、树脂等阻尼材料，且还有强度高、高温时抗塑性流动和永久变形能力强、抗老化以及抵抗化学物质侵蚀的能力等特点，特别是用橡胶改性的环氧沥青材料，既可以改善环氧沥青低温韧性差，变形协调能力不足的特性，又能保证材料具有一定的阻尼性能以满足轨道结构减振降噪的需要。同时，橡胶也是环氧沥青增柔改韧技术中应用较广、成本较低的一种方式。

从应用场景与改性目的看，当前增柔改韧的环氧沥青主要应用在道路上的环氧沥青混凝土和包覆、粘结材料的粘结剂中，前者要求混凝土在保持高强度的同时能具备一定的低温韧性，后者则要求材料具有粘性与低温韧性，因此目前橡胶改性环氧沥青的特点是加入少量橡胶及其他组分保证材料在低温与常温下的拉伸强度与断裂延伸率等指标不至相差太大，这可以从申请号为CN108912707A《纤维增强环氧沥青路面材料及其制备方法》以及申请号为CN107151419A的《一种高韧性冷拌环氧沥青粘结剂及其制备方法》等专利中看出。

对于应用在嵌入式轨道槽内结构的环氧沥青而言，其不仅需要在较大温度范围内具有较好的拉伸性能，同时也要求材料的抗压强度在合理范围内，这对许多橡胶改性的环氧沥青材料来说极难满足，因为上述环氧沥青配方中沥青占比较高，加入少量改性剂较难满足材料对抗压强度特别是低温下抗压强度的要求，而橡胶在常温下具有较高的拉压强度与韧性，且对温度较不敏感，因此可以利用大掺量的橡胶来改性其抗压强度，并且在沥青中加入改性剂、引入增容剂改进材料相容性，同时利用柔性固化剂保证材料拉伸性能良好，沥青作用是改善材料阻尼性能。

发明内容

技术问题：

本发明针对目前嵌入式轨道填充材料与环氧沥青所存在的不足，提出一种适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料，有一定的抗压强度、良好的粘结性与拉伸性能，良好的低温性能，且能在较大温度范围内保持优良的减振降噪特性。

技术方案：

一种适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料，包括重量比1：1～10的A组分和B组分；所述A组分为环氧树脂，重量百分比为100；所述B组分由重量百分比如下的成分组成：

名称	配比
		基质沥青材料	20～120
改性剂	0～10
		增容剂	60～120
固化剂	80～140
		橡胶颗粒	20～80

优选的，所述的基质沥青材料为石油沥青、焦油沥青和石油抽出油中一种或几种的任意混合。

优选的，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂肪族环氧化烯烃化合物和多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种或几种的任意混合。

优选的，所述的增容剂为结构式为R-NH₂，其中R为12～18烷基的物质的一种或几种的任意混合。

优选的，所述的改性剂为丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酰胺、马来酸酐中的一种或几种的任意混合。

优选的，所述的固化剂为酚醛胺固化剂、改性胺、脂环族胺固化剂中的一种或两种以上的混合物，或由聚酰胺固化剂、聚醚胺固化剂、芳香胺固化剂中的一种或两种以上的混合物与酚醛胺固化剂、改性胺、脂环族胺固化剂中的一种以上混合组成。

优选的，所述的橡胶颗粒为目数为20目、40目、60目、80目、120目废旧轮胎橡胶的一种或几种的任意混合。

所述环氧沥青填充材料的制备方法为：

(1)将20～120份基质沥青材料加热至130～150℃，添加0～20份改性剂，将混合物在反应釜中以500r/min的转速搅拌，反应时间为3～5h，制得改性沥青材料；

(2)将步骤(1)制得的改性沥青材料冷却至70～90℃，按比例与80～140份固化剂以300r/min搅拌30min，制成B₁料；

(3)将60～120份增容剂倒入混合好的B₁料中，在70～90℃温度下以500r/min搅拌40min，并加入20～160份的橡胶颗粒，即得适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料的B组分；

(4)将B组分按比例与100份为A组分的环氧树脂加入搅拌器中混合，在110～130℃温度下以500r/min搅拌20min至混合均匀；

(5)将上述混合均匀的料液倒入预制的模具中加热至70℃放置36h固化；或倒入嵌入式轨道的承轨槽中，现场浇筑72h固化。

有益效果：

本发明中环氧沥青填充材料应用于嵌入式轨道结构中，能带来以下效果：

1.本发明中环氧沥青填充材料具有一定的抗压强度，能够为钢轨提供连续支承并固定钢轨，且可以抵抗车轮冲击作用。

2.本发明中的环氧沥青填充材料具有良好的粘结性能与拉伸性能、能有效约束钢轨位移，耐低温、材料不会因温差过大而产生裂缝破坏等。

3.本发明中的环氧沥青填充材料在较大温度范围内保持优良的减振降噪性能，包裹住钢轨减少噪声源的同时因其阻尼较大而减振降噪性能更优。

4.本发明中的环氧沥青填充材料施工工艺简单、材料能流淌填充至所需形状，施工材料易得、成本低。

5.本发明中的环氧沥青填充材料低温性能良好，低温下拉伸性能不弱于常温性能，抗压强度也能满足轨道结构的要求。

与现有技术相比，本发明中将掺加橡胶颗粒的环氧沥青材料应用于嵌入式轨道填充，其具有一定的抗压强度、良好的粘结性与拉伸性能，良好的低温性能，且能在较大温度范围内保持优良的减振降噪特性，施工工艺简单，能满足嵌入式轨道填充用材料的各项要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。这些实施实例仅限用于解释说明本发明，而不限制本发明的范围。

实施例1

一种适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料，包括A组分和B组分，以重量份计各组分如下：

A组分：环氧树脂100份；

B组分：基质沥青材料30份，改性剂1份，增容剂70份，固化剂80份，橡胶颗粒60份；

所述基质沥青材料选择(70#石油沥青)，环氧树脂选择(双酚A型环氧树脂)，所述改性剂选择(丙烯酸)，所述增容剂选择(结构式为R-NH₂，其中R为18烷基的物质)，所述固化剂选择(聚酰胺与改性胺比例为1:3的混合)，所述橡胶颗粒选择(20)目。

以上所述的适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料中B组分的制备方法，包括以下步骤：

(1)将30份基质沥青材料加热至130℃，添加1份改性剂，将混合物在反应釜中以500r/min的转速搅拌，反应时间为3h，制得改性沥青材料；

(2)将步骤(1)制得的改性沥青材料冷却至70℃，按比例与80份固化剂以300r/min搅拌30min，制成B₁料；

(3)将70份增容剂倒入混合好的B₁料中，在70℃温度下以500r/min搅拌40min，并加入60份的橡胶颗粒，即得适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料的B组分。

实施例2

与实施例1不同之处在于，环氧沥青填充材料B组分中各成分的重量比为：基质沥青材料60份，改性剂2份，增容剂65份，固化剂90份，橡胶颗粒60份。所述基质沥青材料选择(70#石油沥青)，环氧树脂选择(双酚A型环氧树脂)，所述改性剂选择(马来酸酐)，所述增容剂选择(结构式为R-NH₂，其中R为18烷基的物质)，所述固化剂选择(聚醚胺与改性胺比例为1:1的混合)，所述橡胶颗粒选择(40)目。

实施例3

与实施例1不同之处在于，环氧沥青填充材料B组分中各成分的重量比为：基质沥青材料90份，改性剂3份，增容剂100份，固化剂50份，橡胶颗粒60份。所述基质沥青材料选择(70#石油沥青)，环氧树脂选择(双酚A型环氧树脂)，所述改性剂选择(马来酸酐)，所述增容剂选择(结构式为R-NH₂，其中R为18烷基的物质)，所述固化剂选择(酚醛胺固化剂)，所述橡胶颗粒选择(60)目。

实施例4

与实施例1不同之处在于，环氧沥青填充材料B组分中各成分的重量比为：基质沥青材料60份，改性剂6份，增容剂70份，固化剂85份，橡胶颗粒60份。所述基质沥青材料选择(70#石油沥青)，环氧树脂选择(双酚F型环氧树脂)，所述改性剂选择(马来酸酐)，所述增容剂选择(结构式为R-NH₂，其中R为18烷基的物质)，所述固化剂选择(聚醚胺与改性胺按比例1:1的混合)，所述橡胶颗粒选择(80)目。

实施例5

与实施例1不同之处在于，环氧沥青填充材料B组分中各成分的重量比为：基质沥青材料30份，改性剂3份，增容剂70份，固化剂80份，橡胶颗粒0份。所述基质沥青材料选择(70#石油沥青)，环氧树脂选择(双酚F型环氧树脂)，所述改性剂选择(甲基丙烯酸与甲基丙烯酸缩水甘油酯的混合)，所述增容剂选择(结构式为R-NH₂，其中R为18烷基的物质)，所述固化剂选择(聚醚胺与脂环族胺按比例1:2的混合)，所述橡胶颗粒选择(20)目。

实施例6

与实施例1不同之处在于，环氧沥青填充材料B组分中各成分的重量比为：基质沥青材料30份，改性剂5份，增容剂70份，固化剂80份，橡胶颗粒30份。所述基质沥青材料选择(70#石油沥青)，环氧树脂选择(多酚型缩水甘油醚环氧树脂)，所述改性剂选择(丙烯酰胺)，所述增容剂选择(结构式为R-NH₂，其中R为18烷基的物质)，所述固化剂选择(聚醚胺与酚醛胺按比例1：2的混合)，所述橡胶颗粒选择(120)目。

以上实施例制备得到的环氧沥青填充材料，在实际应用过程中，需要将B组分按比例与A组分加入搅拌器中混合，在110～130℃温度下以400r/min～600r/min搅拌15～30min得料液，将上述料液倒入预制的模具中加热至70℃～80℃放置36h固化；或倒入嵌入式轨道的承轨槽中，现场浇筑72h固化。

实施例7

将固化后的环氧沥青填充材料制备、裁剪成相应试验样品，根据所需性能确定材料指标进行测试，材料要求的技术指标如表1所示。

表1适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料技术指标内容

序号	检测项目	检测方法	指标
				1	拉伸强度/MPa(23℃，-20℃)	GB/T 528	≥4
2	断裂延伸率/％(23℃，-20℃)	GB/T 528	≥100
				3	压缩强度/MPa(23℃，-20℃)	GB/T 7757	≥3，≤20
4	密度/g·cm<sup>-3</sup>	GB/T 4472	≥0.9
				5	粘结强度/MPa	GB/T 13477.8	≥2
6	阻尼损耗因子	-	≥0.2
				7	300万次疲劳	-	无裂纹

测试结果见表2：

表2各实施例材料的性能参数

从上述实施例1至6的性能参数中可以看出，本发明的适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料具有一定的抗压强度、良好的粘结及拉伸性能，阻尼性能好，减振降噪效果佳，且耐疲劳，特别是能在低温下保持良好的拉压性能、且在较大温度范围内保持良好的阻尼性能。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料，其特征在于：由A组分和B组分组成，以重量份计各组分如下：

A组分：环氧树脂100份；

B组分：基质沥青材料30份，改性剂1份，增容剂70份，固化剂80份，橡胶颗粒60份；

所述基质沥青材料为70#石油沥青，环氧树脂为双酚A型环氧树脂，改性剂为丙烯酸，增容剂结构式为R-NH₂，其中R为18烷基的物质，固化剂为聚酰胺与改性胺比例为1:3的混合物，橡胶颗粒为20目废旧轮胎橡胶；

B组分的制备方法包括以下步骤：

(1) 将30份基质沥青材料加热至130℃，添加1份改性剂，将混合物在反应釜中以500r/min的转速搅拌，反应时间为3h，制得改性沥青材料；

(2)将步骤(1)制得的改性沥青材料冷却至70℃，按比例与80份固化剂以300r/min搅拌30min，制成B₁料；

(3)将70份增容剂倒入混合好的B₁料中，在70℃温度下以500r/min搅拌40min，并加入60份的橡胶颗粒，即得适用于嵌入式轨道的环氧沥青填充材料的B组分；

所述环氧沥青填充材料在嵌入式轨道中使用时，将B组分与A组分混合，在110～130℃温度下搅拌混合得料液，将上述料液倒入预制的模具中加热至70℃～80℃放置固化；或倒入嵌入式轨道的承轨槽中，现场浇筑后固化。