CN115677960A - 一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法，该弹性垫板原料按质量份计，将聚醚多元醇40～60份、异氰酸酯40～60份在70～90℃下反应，制得预聚体B组分；再将聚醚多元醇50～80份、扩链剂10～30份、交联剂3～8份、催化剂0.1～1份、泡沫稳定剂0.5～1份、稳定剂0.5～2份、水0.05～0.2份混合均匀，制得多元醇A组分；将多元醇A组分和预聚体B组分按1：1～2.5的质量比混匀，注入模具，将模具放入70～120℃条件下进一步反应熟化8～30min，出模，放到恒温室或100℃熟化12～24h，得到符合铁科院标准的弹性垫板。该弹性垫板拉伸性能优异，压缩永久变形低，并且具有很好的抗疲劳性能。通过双组分聚氨酯浇注机浇注时，成型时间短，大大提高了生产效率。

Description

一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工新材料领域，具体涉及一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法。

背景技术

铁路轨道用轨下弹性垫板是轨道结构中重要部件，安装在钢轨和混凝土枕轨之间，主要作用是缓冲车辆行驶过程中产生的高频振动和冲击，保护路基和枕轨，对于特殊场合，例如地铁、高铁等，还起到降低噪音的作用。

目前常用的轨下弹性垫板的材料包括EPDM、SBR、天然橡胶、聚酯弹性体、聚氨酯等。EPDM、SBR、天然橡胶等，但这些材料制备的轨下弹性垫板存在动静比大、压缩永久变形大和耐久性差等缺陷，会影响列车运行的平稳性。聚酯弹性体具有优异的力学性能、耐疲劳性能等，但是其本身的耐水解性较差，并且成本较高。聚氨酯弹性体与以上材料相比，力学性能相对较好，抗疲劳性能优于橡胶，接近聚酯弹性体耐久性优于橡胶和聚酯弹性体，并且成本较为适中，因此广泛应用于缓冲减震产品。

中国专利申请CN102618038A公开了以甲基乙烯基硅橡胶为主体，通过添加补强剂、结构控制剂、硫化剂等，经过高温硫化后制备出轨下弹性垫板，但该专利申请方案制备的轨下弹性垫板强度较低、压缩永久变形较高。

中国专利申请CN105619739A公开了将TPEE改性材料与成核剂、抗氧化剂、聚碳酰亚胺、抗紫外线剂按比例混合后经注塑射流工艺成型制得重载铁路弹性垫板，该专利申请制备的弹性垫板具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，但是其工艺较为复杂，成本较高。

中国专利申请CN108559252A公开了以在聚氨酯组合料中加入改性软木颗粒制备出轨下弹性垫板，但是检测结果中没有注明压缩永久变形、动静比等数据，并且该专利申请是三组分聚氨酯，工艺较为复杂。

因此，为提高列车运行的平稳性和承载能力，如何提供一种具有更高综合性能的弹性垫板是需要解决的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法，具有较高的承载能力和较长的使用寿命，能很好满足铁路轨道的轨下弹性和耐用性要求。

本发明的目的，本发明采用技术方案如下：

一种铁路用轨下弹性垫板，由多元醇A组分和预聚体B组分按质量比为1：1～2.5组合使用制成；其中，所述多元醇A组分由按质量份的以下原料制成：

所述预聚体B组分由按质量份的以下原料制成：

聚醚二元醇 40～60份

异氰酸酯 40～60份。

一种本发明所述的铁路用轨下弹性垫板的制备方法，包括以下操作步骤：

分别制备多元醇A组分与预聚体B组分；其中，

按本发明所述的铁路用轨下弹性垫板的多元醇A组分的配方取各原料，多元醇A组分的制备包括：

将所述聚醚二元醇、聚醚多元醇、扩链剂、交联剂、稳定剂、泡沫稳定剂加入反应釜中，在40～90℃下搅拌，混合均匀后测试水分，然后将颜料、发泡剂、催化剂加入反应釜中混合均匀，放料密封保存；

按本发明所述的铁路用轨下弹性垫板的预聚体B组分的配方取各原料，预聚体B组分的制备包括：

将所述的聚醚多元醇与异氰酸酯在70～90℃下反应2h，测试NCO含量，合格之后放料，密封保存；

待料温恒定至30～80℃后，将上述制得的多元醇A组分和预聚体B组分按质量比为1：1～2.5混合均匀后注入轨下弹性垫板模具内，轨下弹性垫板模具温度为60～120℃，8～30min后出模，放到恒温室或100℃熟化12～24h，即制得铁路用轨下弹性垫板。

本发明的有益效果是：本发明制备的铁路用轨下弹性垫板是一种聚氨酯弹性垫板，通过调节软硬段比例、扩链剂种类和比例、软段种类等手段，其静刚度达到90～120KN/mm，极大地提高了铁路的承载能力；该铁路用轨下弹性垫板具有优异的本体拉伸强度和断裂伸长率，本体拉伸强度能够达到17MPa，本体断裂伸长率大于400％；该铁路用轨下弹性垫板压缩永久变形仅为5％，动静比低于1.5。弹性垫板经过300万次载荷循环后没有破损，弹性垫板的静刚度变化率低于10％；该铁路用轨下弹性垫板具有优异的耐老化性能，老化后拉伸强度12～15MPa，伸长率390～450％。综上，本发明制备的弹性垫板具有较高的承载能力和较长的使用寿命。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“重量份”是表示多个组分之间的质量比例关系，例如：如果描述了X组分为x重量份、Y组分为y重量份，那么表示X组分与Y组分的质量比为x:y；1重量份可表示任意的质量，例如：1重量份可以表示为1kg也可表示3.1415926kg等。所有组分的重量份之和并不一定是100份，可以大于100份、小于100份或等于100份。除另有说明外，本文中所述的份、比例和百分比均按质量计。

当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。

下面对本发明所提供的铁路用轨下弹性垫板及其制备方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明所提供的一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明实施例提供一种铁路用轨下弹性垫板，由多元醇A组分和预聚体B组分按按质量比为1：1～2.5组合制成，所述多元醇A组分中，按质量份计，包括以下原料：

所述预聚体B组分按质量份，包括以下原料：

聚醚二元醇 40～60

异氰酸酯 40～60

作为一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的聚醚二元醇为聚醚二元醇为聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二醇等中的一种或多种，分子量为1000～3000。

作为一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的聚醚多元醇为聚氧化丙烯三醇、聚氧化乙烯氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃三醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚三醇等中的一种或多种，分子量为2000～6000。

作为一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的扩链剂为小分子二元胺和小分子二元醇。

作为一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的交联剂为低分子量聚醚多元醇、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、三异丙醇胺、甘油等的一种或多种。

作为本发明所述的一种铁路用轨下弹性垫板的一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的稳定剂为光稳定剂、抗氧剂。

作为一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的泡沫稳定剂为有机硅匀泡剂。

作为一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的颜料包括色浆、粉末颜料中的任一种。

作为一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的发泡剂为水。用水作为发泡剂，制备过程中不会产生有害气体，具有环保性。

作为一种优选方案，其中：多元醇A组分中所述的催化剂为胺类催化剂、有机锡催化剂，包括但不仅限于三亚乙基二胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡等。

作为一种优选方案，其中：预聚体B组分中所述的聚醚二元醇为聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇中的一种或多种。

作为一种优选方案，其中：预聚体B组分中所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5萘二异氰酸酯中的一种或多种。

本发明实施例还提供一种上述的铁路轨下弹性垫板的制备方法，能制备出符合标准的聚氨酯型弹性垫板，该制备方法包括：

分别制备多元醇A组分和预聚体B组分；其中，

按上述配方取多元醇A组分的各原料，按以下步骤制备多元醇A组分：

将所述聚醚二元醇、聚醚多元醇、扩链剂、交联剂、稳定剂、泡沫稳定剂加入反应釜中，在40～90℃下搅拌，混合均匀后测试水分，然后将颜料、发泡剂、催化剂加入反应釜中混合均匀，放料密封保存；

按上述配方取多元醇A组分的各原料，按以下步骤制备预聚体B组分：

将所述的聚醚多元醇与异氰酸酯在70～90℃下反应2h，测试NCO含量，合格之后放料，密封保存；

待料温恒定至30～80℃后，将上述制得的多元醇A组分和预聚体B组分按质量比为1：1～2.5混合均匀后注入轨下弹性垫板模具内，轨下弹性垫板模具温度为60～120℃，8～30min后出模，放到恒温室或100℃熟化12～24h，即制得铁路用轨下弹性垫板。具体的，待料温恒定后(料温30～80℃)，开始计量，将上述制得的多元醇A组分和预聚体B组分按质量比为1：1～2.5组合注入浇注机内，经浇注机机头混合均匀后注入模具内，模具温度60～120℃，8～30min后出模，放到恒温室或100℃熟化12～24h，即得到符合铁科院标准的铁路用轨下弹性垫板。

通过上述制备方法制备的聚氨酯型弹性垫板具有以下特点：(1)具有较高的本体拉伸强度和断裂伸长率；(2)优异的耐疲劳性能；(3)较低的动静比；(4)低压缩永久变形；(5)优异的耐油性和耐老化性能。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的铁路用轨下弹性垫板及其制备方法进行详细描述。

实施例1

本实施例提供一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法，包括以下操作步骤：

多元醇A组分的制备：

将15.5kg聚四氢呋喃二醇、2.01kg聚氧化丙烯氧化乙烯三醇、1.5kg乙二醇、0.5kg聚氧化丙烯三醇、0.18kg匀泡剂、0.13kg抗氧化剂投入到反应釜中，反应釜温度控制在45℃，搅拌30min后，测试水的含量，并补加水至800ppm，再添加0.03kg有机锡催化剂、0.15kg三亚乙基二胺、0.15kg颜料等，搅拌混合40min放料，密封保存；

预聚体B组分的制备：

将20kg聚四氢呋喃二醇投入到反应釜中，添加二苯基甲烷二异氰酸酯18kg，然后升温至80℃反应2h，测试NCO含量，合格后放料，密封保存；

将多元醇A组分和预聚体B组分注入浇注机内，待料温恒定后(料温40℃)，开始计量，多元醇A组分和预聚体B组分的质量比为1：1.4。多元醇A组分和预聚体B组分经浇注机机头混合均匀后注入模具内，模具温度70℃，12min后出模，得到铁路用轨下弹性垫板。

实施例2

本实施例提供一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法，包括以下操作步骤：

多元醇A组分的制备：

将20kg聚四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二醇、1.5kg聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚三元醇、2.8kg1,4丁二醇、0.5kg聚氧化丙烯三元醇、0.2kg匀泡剂、0.15kg抗氧化剂投入到反应釜中，反应釜温度控制在45℃，搅拌30min后，测试水的含量，并补加水至800ppm，再添加0.04kg有机锡催化剂、0.18kg颜料等，搅拌混合40min放料，密封保存；

预聚体B组分的制备：

将25kg聚四氢呋喃二醇投入到反应釜中，添加二苯基甲烷二异氰酸酯30kg，然后升温至80℃反应2h，测试NCO含量，合格后放料，密封保存；

将多元醇A组分和预聚体B组分注入浇注机内，待料温恒定后(料温40℃)，开始计量，多元醇A组分和预聚体B组分的质量比为1：1.4。多元醇A组分和预聚体B组分经浇注机机头混合均匀后注入模具内，模具温度70℃，12min后出模，得到铁路用轨下弹性垫板。

实施例3

本实施例提供一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法，包括以下操作步骤：

多元醇A组分的制备：

将20kg聚四氢呋喃二醇、2.5kg聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚三元醇、2.5kg1，4丁二醇、0.5kg4,4'-亚甲基二(2-氯苯胺)、0.5kg三羟甲基丙烷、0.2kg匀泡剂、0.15kg抗氧化剂投入到反应釜中，反应釜温度控制在90℃，搅拌待4,4'-亚甲基二(2-氯苯胺)溶解后，搅拌30min开始降温，降温至60℃，测试水的含量，并补加水至1000ppm，再添加0.04kg有机锡催化剂、0.18kg颜料等，搅拌混合40min放料，密封保存；

预聚体B组分的制备：

将20kg聚四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二醇投入到反应釜中，添加二苯基甲烷二异氰酸酯25kg，然后升温至80℃反应2h，测试NCO含量，合格后放料，密封保存；

将多元醇A组分和预聚体B组分注入浇注机内，待料温恒定后(料温40℃)，开始计量，多元醇A组分和预聚体B组分的质量比为1：1.4。多元醇A组分和预聚体B组分经浇注机机头混合均匀后注入模具内，模具温度90℃，25min后出模，然后将弹性垫板放到100℃烘箱内熟化12h，得到铁路用轨下弹性垫板。

实施例4

本实施例提供一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法，包括以下操作步骤：

多元醇A组分的制备：

将20kg聚四氢呋喃二醇、1.9kg聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚三元醇、1kg乙二醇、1kg1,4丁二醇、1kg1,6己二醇、0.2kg三羟甲基丙烷、0.2kg匀泡剂、0.15kg抗氧化剂投入到反应釜中，反应釜温度控制在60℃，搅拌30min后，测试水的含量，并补加水至1500ppm，再添加0.04kg有机锡催化剂、0.15kgN-甲基吗啉、0.18kg颜料等，搅拌混合40min放料，密封保存；

预聚体B组分的制备：

将20kg聚四氢呋喃二醇投入到反应釜中，添加二苯基甲烷二异氰酸酯18kg，然后升温至80℃反应2h，测试NCO含量，合格后放料，密封保存；

将多元醇A组分和预聚体B组分注入浇注机内，待料温恒定后(料温40℃)，开始计量，多元醇A组分和预聚体B组分的质量比为1：2.5。多元醇A组分和预聚体B组分经浇注机机头混合均匀后注入模具内，模具温度70℃，12min后出模，得到铁路用轨下弹性垫板。

实施例5

本实施例提供一种铁路用轨下弹性垫板及其制备方法，包括以下操作步骤：

多元醇A组分的制备：

将25kg聚四氢呋喃二醇、1.8kg聚四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚三元醇、3kg1,4丁二醇、1kg低分子量聚氧化丙烯三元醇、0.24kg匀泡剂、0.17kg抗氧化剂投入到反应釜中，反应釜温度控制在45℃，搅拌30min后，测试水的含量，并补加水至1000ppm，再添加0.05kg有机锡催化剂、0.20kg四甲基丁二胺、0.20kg颜料等，搅拌混合40min放料，密封保存；

预聚体B组分的制备：

将20kg聚四氢呋喃二醇投入到反应釜中，添加二苯基甲烷二异氰酸酯20kg，然后升温至80℃反应2h，测试NCO含量，合格后放料，密封保存；

将多元醇A组分和预聚体B组分注入浇注机内，待料温恒定后(料温40℃)，开始计量，多元醇A组分和预聚体B组分的质量比为1：1.3。多元醇A组分和预聚体B组分经浇注机机头混合均匀后注入模具内，模具温度90℃，12min后出模，然后放入100℃烘箱内处理12h，得到铁路用轨下弹性垫板。

对比例

某铁路配件有限公司生产的弹性垫板。

将实施例1～5和对比例的轨下弹性垫板进行性能检测，具体检测方法如下：

(1)力学性能：按照GB/T 10654-2001测试本体拉伸强度和本体断裂伸长率；

(2)压缩永久变形：测试条件为70℃，22h，压缩30％；

(3)静刚度、动静比：参照高速铁路扣件通用技术条件；

(4)老化条件：70℃，168h。

性能测试见表1

通过上表对比可以看出，本发明制备的聚氨酯型铁路用轨下弹性垫板，通过调节软硬段比例、扩链剂种类和比例、软段种类等手段，其静刚度达到90～120KN/mm，极大地提高了铁路的承载能力，具有优异的本体拉伸强度和断裂伸长率，本体拉伸强度能够达到17MPa，本体断裂伸长率大于400％，压缩永久变形仅为5％，动静比低于1.5。弹性垫板经过300万次载荷循环后没有破损，弹性垫板的静刚度变化率低于10％；具有优异的耐老化性能，老化后拉伸强度12～15MPa，伸长率390～450％。与对比例相比，本发明制备的轨下弹性垫板在本体断裂伸长率和压缩永久变形具有较大优势，而低的压缩永久变形有利于列车运行的平稳性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种铁路用轨下弹性垫板，其特征在于，由多元醇A组分和预聚体B组分按质量比为1：1～2.5组合制成；其中，所述多元醇A组分由按质量份的以下原料制成：

所述预聚体B组分由按质量份的以下原料制成：

聚醚二元醇 40～60份

异氰酸酯 40～60份。

2.根据权利要求1所述的一种铁路用轨下弹性垫板，其特征在于，所述多元醇A组分中的聚醚二元醇为聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二醇等的一种或多种，分子量为1000～3000；

所述多元醇A组分中的聚醚多元醇为聚氧化丙烯三醇、聚氧化乙烯氧化丙烯三醇、聚四氢呋喃三醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二醇中的一种或多种，分子量为2000～6000。

3.根据权利要求1所述的铁路用轨下弹性垫板，其特征在于，所述多元醇A组分中的扩链剂为小分子二元醇和小分子二元胺中的一种或多种；

所述多元醇A组分中的交联剂为低分子量聚醚多元醇、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、三异丙醇胺、甘油中的一种或多种；

所述多元醇A组分中的稳定剂采用光稳定剂和抗氧剂。

4.根据权利要求1所述的铁路用轨下弹性垫板，其特征在于，所述多元醇A组分中的泡沫稳定剂为有机硅匀泡剂；

所述多元醇A组分中的颜料采用色浆、粉末颜料中的任一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述的铁路用轨下弹性垫板，其特征在于，所述多元醇A组分中的发泡剂为水。

6.根据权利要求1-4任一项所述的铁路用轨下弹性垫板，其特征在于，所述多元醇A组分中的催化剂为胺类催化剂、有机锡催化剂中的任一种。

7.根据权利要求1-4任一项所述的铁路用轨下弹性垫板，其特征在于，所述预聚体B组分中的聚醚二元醇为聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二醇中的一种或多种，分子量为1000～3000；

所述预聚体B组分中的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯中的一种或者多种。

8.一种权利要求1-7任一项所述的铁路用轨下弹性垫板的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

分别制备多元醇A组分与预聚体B组分；其中，

按权利要求1-7任一项所述的铁路用轨下弹性垫板的多元醇A组分的配方取各原料，多元醇A组分的制备包括：

将所述聚醚二元醇、聚醚多元醇、扩链剂、交联剂、稳定剂、泡沫稳定剂加入反应釜中，在40～90℃下搅拌，混合均匀后测试水分，然后将颜料、发泡剂、催化剂加入反应釜中混合均匀，放料密封保存；

按权利要求1-9任一项所述的铁路用轨下弹性垫板的预聚体B组分的配方取各原料，预聚体B组分的制备包括：

将所述的聚醚多元醇与异氰酸酯在70～90℃下反应2h，测试NCO含量，合格之后放料，密封保存；

待料温恒定至30～80℃后，将上述制得的多元醇A组分和预聚体B组分按质量比为1：1～2.5混合均匀后注入轨下弹性垫板模具内，轨下弹性垫板模具温度为60～120℃，8～30min后出模，放到恒温室或100℃熟化12～24h，即制得铁路用轨下弹性垫板。