CN114316198A - 一种用于轨道交通的减振聚氨酯弹性体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于轨道交通的减振聚氨酯弹性体材料及其制备方法。本发明的减振聚氨酯弹性体材料以重量份数计，由如下组分组成：端羟基超支化聚合物20～30份；阻燃剂4～25份；催化剂2～5份；扩链剂2～10份；异氰酸酯20～65份。本发明的减振聚氨酯弹性体材料具有优异的力学性能，低压缩永久变形和动静刚度比。

Description

一种用于轨道交通的减振聚氨酯弹性体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种用于轨道交通的减振聚氨酯弹性体材料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市规模越来越大，轨道交通成为城市发展的必要“血脉”，轨道交通技术中的无砟轨道技术是世界各国现代城市轨道交通的核心技术之一，梯形轨枕结构是目前轨道交通中最常用的一种无砟轨道技术。梯形轨枕轨道结构由钢轨、梯形道床、L型混凝土支撑块等构成，轨枕下部垫有减振垫板，道床下部的其它空间被聚乙烯泡沫材料或珍珠棉填充。自在北京地铁5号高架线路铺设了177m梯形轨枕的试验段，随后在北京地铁4号线、大兴线、房山线、昌平线均铺设了梯形轨道，经过多条线路的应用实践，梯形轨道作为一种高等减振段在城市轨道交通中已开始广泛应用。

随着梯形轨枕减振轨道运营里程的不断增加，这种轨道型式也暴露出一些问题，比较常见的是沿线路方向减振垫板处的“空吊”，所谓“空吊”是混凝土底座填充不密实，导致梯轨道床下方的减振垫板与底座间产生脱空，导致轨道刚度降低，在列车荷载作用下轨道竖向位移过大，导致轨道板产生较大拉应力，致使轨道板损伤，且位移过大，容易引起车辆的行驶姿态异常，影响乘车舒适度，甚至诱发钢轨波磨等病害，增加养护维修工作量。如果两种病害同时在较短的里程范围内连续出现时，将会产生更加不利的影响。

针对减振垫板与混凝土底座间的离缝空吊病害，目前有如下两种解决方案：一是针对减振垫板下部吊空区进行修复；另一个是针对减振垫板下部的混凝土道床进行修复。

针对减振垫板下部吊空区进行修复是借助注浆设备在弹性垫板与混凝土底座间“空吊”部位用维修材料进行注浆填充。具体修复工艺为：(1)采用吹风机和吸尘器对空吊部位及周边多余的混凝土及杂物进行清理；(2)在空吊弹性垫板两侧及靠近线路中心线的端部喷填泡沫胶进行密封；(3)在“空吊”位置埋入注浆管和排气管，然后连接注浆管与注浆设备；(4)配制维修材料，通过注浆管进行注浆，直至相邻排气管冒浆为止。

针对减振垫板下部的混凝土底座进行修复是通过注浆设备把维修材料泵送到梯轨道床与混凝土底座间，完成空吊病害修复。具体修复工艺为：(1)用密封条对整个道床进行围堰；(2)在“空吊”位置埋入注浆管；(3)配制维修材料，注浆管连接注浆设备进行注浆，完成混凝土底座高度不足区域的修复。

然而，采用维修材料对减振垫板下部吊空区进行修复的技术方案存在以下问题：空吊部位处于隐蔽位置时，难以进行密封注浆；空吊部位不在隐蔽位置时，由于操作空间比较狭窄，密封不严实，注浆时易出现跑浆，修复效果比较差。采用自流平砂浆材料对减振垫板下部的混凝土底座进行修复的技术方案存在以下问题：由于砂浆材料刚度大，梯轨道床与混凝土底座间砂浆填充后，使其近似整体道床，会弱化减振垫板的功能，进而影响减振轨道的减振性能。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种减振聚氨酯弹性体材料代替聚乙烯泡沫材料填充于梯形道床与混凝土底座间，该材料具有优异的力学性能，低压缩永久变形和动静刚度比。此外，本发明对聚氨酯弹性体材料的结构进行设计，通过调整分子结构中软硬度段的比例，能满足以下要求：一方面能有效降低吊空区域梯形道床的垂向位移和所受的拉应力；另一方面不会因聚氨酯弹性体材料代替聚乙烯泡沫材料影响垫板原有的减振缓冲作用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种用于轨道交通的减振聚氨酯弹性体材料，以重量份数计，该材料由如下组分组成：

优选地，以重量份数计，所述材料由如下组分组成：

在一个具体实施方案中，以重量份数计，所述材料由如下组分组成：

优选地，所述端羟基超支化聚合物的分子量为3000～5000，优选为4000。

优选地，所述端羟基超支化聚合物为

优选地，所述阻燃剂为

优选地，所述催化剂为仲钼酸铵。

优选地，所述扩链剂为1,4-环己烷二甲醇。

优选地，所述异氰酸酯选自1,6-六亚甲基二异氰酸酯和三异氰酸酯基壬烷。

另一方面，本发明提供一种上述减振聚氨酯弹性体材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

(1)将端羟基超支化聚合物在真空条件下脱水，脱水温度为110～120℃，脱水时间为2.5～3.5h，待温度降低至45～55℃时加入异氰酸酯，先将温度升至60～65℃，搅拌反应1～1.5h，然后升高温度至80～90℃，搅拌反应2～3h，即制得预聚体；

(2)将预聚体升温至30～40℃，加入扩链剂、阻燃剂和催化剂，搅拌后倒在已预热至40～50℃的模具中，固化0.5～1h后脱模，然后把制品放在80～90℃的烘箱中，24～36h后取出，最后在室温环境下放置2～3d，即制得减振聚氨酯弹性体材料。

根据浮置板轨道技术规范(CJJ/T191-2012)，列车额定荷载作用下浮置板的最大垂向位移不大于3mm，现服役的减振垫板静刚度为20～24kN/mm，根据计算静刚度的计算公式：

K是静刚度，F₁是向减振垫板施加最小的载荷，F₂是向减振垫板施加最大的载荷；D₁是减振垫板在F₁作用的位移，D₂是减振垫板在F₂作用下的位移；

可知：当服役的减振垫板的静刚度为下限值K_下限＝20kN/mm时，D_1下限＝0.8mm，D_2下限＝2.8mm；当服役的减振垫板的静刚度为上限值K_上限＝24kN/mm时，D_1上限＝0.7mm，D_2下限＝2.4mm。

基于现服役减振垫板受力与位移情况，对填充的聚氨酯弹性体材料的分子结构进行了特殊设计，满足在F₁作用下位移D_填充材料≥0.8mm；F₂作用下，D_填充材料≤3mm，且19kN/mm≤静刚度≤24kN/mm，动静刚度比≤1.3。即根据减振聚氨酯弹性体材料的使用工况，减振聚氨酯弹性体材料的综合性能满足以下要求才能满足实际需要。

本发明的减振聚氨酯弹性体材料具有优异的力学性能，低压缩永久变形和动静刚度比，完全满足上述要求。此外，本发明对聚氨酯弹性体材料的结构进行设计，通过调整分子结构中软硬度段的比例，能满足以下要求：(1)有效降低吊空区域梯形道床的垂向位移和所受的拉应力；(2)不会因聚氨酯弹性体材料代替聚乙烯泡沫材料影响垫板原有的减振缓冲作用。具体而言，本发明的聚氨酯弹性体材料具有优异的力学性能，低压缩永久变形和动静刚度比，能用于复杂的工况；本发明的聚氨酯弹性体材料进行了分子结构、聚集态结构设计，填充于梯轨道床与底座间，能有效减小梯形道床的垂向位移和拉应力，同时不会因减振缓冲材料的填充影响垫板原有的减振缓冲作用。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

以下实施例中使用的原料如无特殊说明均为市售。

以下实施例中使用的端羟基超支化聚合物为：

阻燃剂为：

实施例

实施例1-5、对比例1-10的处方如表1和表2所示：

表1实施例1-5的处方

表2对比例1-10的处方

实验例

对实施例1-5、对比例1-10得到的减振聚氨酯弹性体材料的性能进行了检测，检测方法如下：

1、氧指数

按照GB/T2406.2-2009方法进行检测；

2、拉伸强度、断裂伸长率

按照GB/T10654-2001方法进行检测；

3、热空气老化

按照GB/T3512-2001方法对试样进行热空气老化，热空气老化条件：70℃，72h；

4、压缩永久变形

按照GB/T10653-2001方法进行检测；

5、变形量、静刚度

按照TB3395.1附录A方法进行检测，加载荷载范围是10～50kN；

6、动静刚度比

动静刚度比＝动刚度/静刚度，动刚度按照TB3395.1附录B方法检测。

结果如表3和表4所述：

表3实施例1-5减振聚氨酯弹性体材料的性能

表4对比例1-10减振聚氨酯弹性体材料的性能

根据上述试验可以看出，本发明实施例1-5的减振聚氨酯弹性体材料各项性能均符合指标要求，同时实施例2的综合性能最好，板下填充此减振聚氨酯弹性体材料，在减振垫板处出现吊空病害时，能起到减小梯形道床垂向位移及其所受的拉应力的作用，且不会影响减振垫板的原有功能；对比例1-10中虽然某一项或两项性能满足指标要求，但从整体来看这些指标不能同时满足。

Claims (9)

1.一种用于轨道交通的减振聚氨酯弹性体材料，以重量份数计，该材料由如下组分组成：

2.根据权利要求1所述的减振聚氨酯弹性体材料，以重量份数计，所述材料由如下组分组成：

3.根据权利要求1或2所述的减振聚氨酯弹性体材料，其中，所述端羟基超支化聚合物的分子量为3000～5000，优选为4000。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的减振聚氨酯弹性体材料，其中，

所述端羟基超支化聚合物为

5.根据权利要求1至4中任一项所述的减振聚氨酯弹性体材料，其中，所述阻燃剂为

6.根据权利要求1至5中任一项所述的减振聚氨酯弹性体材料，其中，所述催化剂为仲钼酸铵。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的减振聚氨酯弹性体材料，其中，所述扩链剂为1,4-环己烷二甲醇。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的减振聚氨酯弹性体材料，其中，所述异氰酸酯选自1,6-六亚甲基二异氰酸酯和三异氰酸酯基壬烷。

9.一种制备权利要求1至8中任一项所述的减振聚氨酯弹性体材料的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将端羟基超支化聚合物在真空条件下脱水，脱水温度为110～120℃，脱水时间为2.5～3.5h，待温度降低至45～55℃时加入异氰酸酯，先将温度升至60～65℃，搅拌反应1～1.5h，然后升高温度至80～90℃，搅拌反应2～3h，即制得预聚体；

(2)将预聚体升温至30～40℃，加入扩链剂、阻燃剂和催化剂，搅拌后倒在已预热至40～50℃的模具中，固化0.5～1h后脱模，然后把制品放在80～90℃的烘箱中，24～36h后取出，最后在室温环境下放置2～3d，即制得减振聚氨酯弹性体材料。