CN201686903U

CN201686903U - 一种木质内芯复合枕木

Info

Publication number: CN201686903U
Application number: CN2010201031019U
Authority: CN
Inventors: 张听; 陈文姬; 孙志杰
Original assignee: Beijing Pantian New Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing disc sunshine new material Co., Ltd.
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2020-01-28

Abstract

本实用新型公开了一种可用于支撑铁路钢轨的复合枕木，所述枕木的内芯为木质材料，在所述木质材料外部纵向缠绕有经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱，在所述复合枕木的最外层为经偶联剂表面处理后再经聚氨酯树脂浸润后的玻璃纤维多轴向布。本实用新型所述的复合枕木在枕木受力弯曲时也不会出现层间剪力的破坏，具有很高的安全性和较长的使用寿命。此外，该复合枕木其外层仍然是聚氨酯复合材料，所以其具备了耐水解、耐油脂的优良特性，以及对风化环境特有的耐候性；同时由于其采用木质材料作为内芯，所以在很大程度上节约了聚氨酯的需求量，降低了该类型复合枕木的造价，同时也不会影响枕木的性能。

Description

一种木质内芯复合枕木

技术领域

本实用新型属于复合材料领域，具体涉及的是一种复合枕木。

背景技术

枕木常被用于承载物体，是铁路建设、专用轨道走行设备铺设和承载设备领域中不可或缺的材料。根据其组成材料的不同，枕木主要分为木制枕木、钢筋混凝土枕木、钢制枕木和复合材料枕木。

其中，木制枕木较为常用，其弹性好，重量轻，制作简单；绝缘性能好；在铁路建设以及专用轨道走行设备铺设中，木枕与碎石道碴之间有较大的摩擦系数，具有稳定的特点。此外，木制枕木中的扣件与木枕连接简单，其铺设、养护维修、运输都很方便。但是由于其应用领域环境的特殊性，木制枕木容易由于风吹日晒以及雨雪等的影响，其使用年限较短，所以需要定期进行更换，需要消耗大量的木材。而且枕木在使用前一般必须经过注油防腐，上述注油防腐处理过程中，处理剂的使用又容易造成环境污染。钢筋混凝土枕木也属较为常用的枕木，其克服了木制枕木使用寿命短的缺陷，具有寿命长、稳定性好的特点，但是由于该类型枕木硬度大，所以其弹性较差，消音减震效果也差，使用一段时间后容易出现裂缝的问题，影响铁路的安全运营。钢制枕木较之木制枕木其重量很大，体积笨重，使得其铺设、养护维修以及运输都很不方便。而且，钢制枕木的制造成本很高，不能被广泛应用。铺设后其与列车之间发生摩擦的噪音很大。

随着技术的发展，目前复合材料枕木成为新兴的材料枕木，该复合材料枕木具有较之木制枕木等更强的吸收列车行驶时产生重量的性能，从而在铁路建设领域得到了广泛的关注。根据复合材料的种类不同，其主要分为橡塑复合枕木、玻璃钢复合枕木以及聚氨酯合成枕木。

橡塑复合枕木是以废旧轮胎或者回收塑料制得的热塑性弹性体作为枕木的外壳，以混凝土作为枕木的内芯，采用挤出工艺制得的，其具有抗冲击、耐腐蚀、高强度的特点。虽然其在技术应用上可以将大量的废旧轮胎和废塑料回收利用，具有环保意义，但是该产品生产工艺复杂，最为重要的是以上述来源并不稳定的废旧橡胶和回收塑料作为枕木的外壳，所以对于该种枕木是否具有耐候性和耐老化性难以确定。

玻璃钢复合枕木是由玻璃钢筒体和设置在玻璃钢筒体内的填充材料组成；其中，玻璃钢筒体是以不饱和聚酯树脂、玻璃纤维粗纱、粉末填料为原料，采用缠绕、拉挤、手糊等工艺制作而成，填充材料一般采用高强度泡沫材料。制得的玻璃钢复合材料枕木具有优良的力学性能，但是由于其采用缠绕、拉挤、手糊等工艺所以生产效率极低，由于该类型的枕木采用不饱和聚酯树脂作为原料，而不饱和聚酯树脂的稳定性和耐候性差，所以导致该种玻璃钢复合枕木的产品稳定性和耐候性都较差。

聚氨酯合成枕木是由发泡聚氨酯树脂浸渍连续玻璃纤维，通过连续成型工艺先制得较薄的板材，之后再将其层叠粘合而成。其中聚氨酯(简称PU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。该种枕木具有重量轻、耐腐蚀、绝缘性能好、便于现场加工和施工的特点。现有技术中CN101314931A公开了一种新型合成枕木，该枕木就是由聚氨酯泡沫和单向排列的长玻璃纤维组成的，其中长玻璃纤维沿着枕木长度方向上均匀排布，分布于聚氨酯泡沫基体中。在该现有技术中，该复合材料枕木中玻璃纤维的排列均为单一的纵向排列，因此没有设置剪力配筋的横向位置容易因弯曲而导致层间剪力的破坏，使得枕木出现裂缝从而整体失效。此外，现有技术中CN101323701A公开了一种长玻璃纤维增强的硬质聚氨酯合成材料轨枕，在该轨枕的制备中，需要将玻璃纤维缠绕在所述模具内，再向所述模具内腔喷涂聚氨酯混合料，从而形成由玻璃纤维包裹的聚氨酯轨枕。其中，由于所述玻璃纤维的缠绕是采用现有技术中的缠绕技术，所以其均是采用单一的纵向排列方式，所以利用该现有技术中的方法制备得到的轨枕也同样存在诸如CN101314931A中的技术问题。

此外，在美国专利US6605343B1也公开了一种复合材料制成的枕木，该枕木也是在以填充物和热硬化性树脂构成的材料外层包裹泡沫性热硬化性树脂而构成的，其中，所述的泡沫性热硬化性树脂是将长玻璃纤维沿纵向排列于热硬化性树脂上而形成的。所以该页同样存在会由于枕木受力弯曲时层间剪力的破坏，从而导致枕木毁坏失效。

另外，在上述现有技术中还普遍存在的问题是，由于使用了枕木是由聚氨酯树脂和玻璃纤维构成，所以对于聚氨酯树脂的需求量很大，但是聚氨酯树脂的价格较高，所以导致该聚氨酯合成枕木的造价很高，限制了它的普遍应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的第一个技术问题是现有技术中的聚氨酯合成枕木中玻璃纤维的排列均采用单一的纵向排列方式，容易在枕木受力发生变形弯曲时由于没有设置剪力配筋的横向位置而导致层间剪力的破坏，使得枕木整体失效，进而提供一种在受力弯曲时不会出现层间剪力破坏的复合枕木。

本实用新型所要解决的第二个技术问题是现有技术中的聚氨酯合成枕木中大量使用了聚氨酯材料所以导致枕木成本大幅提高的问题，进而提供一种具有和聚氨酯合成枕木性质完全相同、且造价低廉的复合枕木。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种复合枕木，一种复合枕木，其特征在于，包括木质材料内芯、夹心层和外表层，所述夹心层缠绕于所述内芯外，所述外表层包裹于所述夹心层外部；所述夹心层至少包括纵向缠绕的不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层，所述外表层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层。

所述夹心层还包括横向铺设的聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层，所述聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层位于所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层和所述外表层之间。

所述木质材料内芯为多层木质材料拼接设置。

其中，所述纵向缠绕的角度为-40～45度。

所述玻璃纤维无捻粗纱的线密度为4800～9600g/km，单丝直径为10～40μm。

所述玻璃纤维多轴向布为无碱玻璃纤维三轴向布或者四轴向布。优选所述无碱玻璃纤维三轴向布或者四轴向布的克重为600～1200g/m²。

所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层的厚度为1～10mm。

所述外表层的厚度为1～5mm。

所述聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层的厚度为10～20mm。

本实用新型所述的复合枕木的外表层选择玻璃纤维多轴向布，是因为多轴向布是通过在纤维织造时同时使用织物中特定方向纤维的强度而制得的，所述特定方向指沿枕木横向方向的轴向、和轴向呈45度角的方向、和轴向呈90度的纵向轴向以及和横向轴向呈135度的方向；正是由于其利用上述多个方向纤维的强度，故其在纤维的强度和刚度上都得到了更充分的发挥，本实用新型使用该多轴向布最主要的原因是利用了多轴向布在特定方向上的纤维作用力；这样在经偶联剂进行表面处理后，使得该多轴向布在经聚氨酯树脂喷洒后，可以使得聚氨酯树脂可以更好地对该多轴向布进行浸润，实现玻璃纤维多轴向布和聚氨酯树脂之间的良好作用，从而也通过利用前述多轴向布在特定方向上(和枕木受力弯曲变形力主要分解方向相一致)的纤维作用力，使得枕木获得在枕木受力弯曲变形力主要分解方向的剪力配筋。

其中，选择所述玻璃纤维无捻粗纱的线密度为4800～9600g/km，单丝直径为10～40μm，是考虑到了适宜的线密度以及单丝直径可以使得本实用新型所述的复合枕木在获得所要求的性能的基础上，保证其具有适宜的重量，便于搬运和现场加工。

选择所述玻璃纤维多轴向布为无碱玻璃纤维三轴向布或者四轴向布，从而可以。优选所述三轴向或者四轴向布的克重为600～1200g/m²，是因为选择适宜克重的玻璃纤维多轴向布才可以获得较好的枕木性能，如果其克重小，那么会影响其作为复合枕木表面保护层的厚度太小，抗磨性能太弱；克重太大，相应地作为复合枕木表面保护层的厚度就会太大，使得聚氨酯树脂很难充分进入所述玻璃纤维多轴向布内对其进行浸润。

以上所述的枕木的横向即枕木的长度方向，所述枕木的纵向即为枕木的宽度方向。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型所述的复合枕木由内芯、夹心层和外表层构成，所述内芯为木质内芯，所述夹心层缠绕于所述内芯外，所述外表层包裹于所述夹心层外部；所述夹心层至少包括纵向缠绕的不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层，所述外表层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层。所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层采用纵向缠绕在一定程度上对内芯起到了紧固作用，提高了内芯的弯曲强度和剪切强度。此外，采用聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层为外表层，使得该枕木由于玻璃纤维多轴向布的设置实现了在枕木多个方向的剪力配制，从而在枕木受力弯曲时也不会出现层间剪力的破坏，具有很高的安全性和较长的使用寿命。此外，该复合枕木以增强玻璃纤维多轴向布作为外表层，将内芯的木质材料严密地包裹在中心，从而杜绝了来自虫害、环境和气候对其的影响，所以其具备了聚氨酯复合材料枕木所具有的耐水解、耐油脂的优良特性，以及对风化环境特有的耐候性(也可抗雾和抗冰盐)，同时由于其采用木质材料作为内芯，所以在很大程度上节约了聚氨酯的需求量，降低了该类型复合枕木的造价，同时也不会影响枕木的性能。

(2)本实用新型所述的复合枕木中的夹心层还包括横向铺设的聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层，所述聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层位于所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层和所述外表层之间，该夹心层的玻璃纤维无捻粗纱为疏松结构，而聚氨酯树脂在其内部发泡后，形成一个具有一定减震作用的材料层，从而使得本实用新型所述的复合枕木可以更好地吸收噪音。

附图说明

附图1是本实用新型所述复合枕木具有一层夹心层的结构剖面示意图。

附图2是本实用新型所述的具有两层夹心层的复合枕木的结构剖面示意图。

附图中各标号分别表示为：内芯1；不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层2；聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层即外表层3；聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层4。

具体实施方式

以下将结合附图，使用以下实施例对本实用新型进行进一步阐述。

实施例1

图1是本实用新型所述的复合枕木剖面示意图，在该图中可以看到所述复合枕木分为三层，其中，最内部的为木质内芯1，外表层3为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层，上述两层之间的夹心层为不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层2。

首先，选择重量百分比为30％的三元醇、重量百分比为69.9％的异氰酸酯、重量百分比为0.1％的发泡剂，将上述原料混合配制得到聚氨酯树脂原液待用。另外，采用溶解剂苯乙烯对所述不饱和聚酯树脂进行稀释，得到不饱和聚酯树脂的溶解液待用。

选择榆木作为内芯1的材料，加工成长为2000～3200mm、宽为100～230mm、高为100～290mm的规格，将线密度为4800g/km、单丝直径为10μm的玻璃纤维无捻粗纱沿纵向的轴向(即纵向缠绕的角度为0度)对该内芯1进行缠绕，将粘度为300cp邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂苯乙烯溶解液喷洒于所述缠绕好的玻璃纤维无捻粗纱上，对其进行常温凝胶，计算标准凝胶时间为10s，从而形成经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱层2，计算该层的厚度为1mm。

然后，将单位面积质量为600g的经硅烷偶联剂进行表面处理过的无碱玻璃纤维三轴向布包裹在上述经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱层2外部，并将上述配制好的聚氨酯树脂原液喷洒在所述无碱玻璃纤维三轴向布上，从而使得聚氨酯树脂原液对无碱玻璃纤维三轴向布进行浸润直至形成硬壳结构，计算所述无碱玻璃纤维三轴向布的厚度为1mm。在该过程中，聚氨酯树脂的发泡倍率为2.0，室温下所述聚氨酯树脂进行凝胶形成硬壳结构的时间为1min。

即可得到本实用新型所述的只具有一层夹心层的复合枕木。

实施例2

选择重量百分比为59.5％的三元醇、重量百分比为40.0％的异氰酸酯、重量百分比为0.5％的发泡剂，将上述原料混合配制得到聚氨酯树脂原液待用。另外，采用溶解剂苯乙烯对所述不饱和聚酯树脂进行稀释，得到不饱和聚酯树脂的溶解液待用。

选择桦木作为内芯1的材料，加工成长为2000～3200mm、宽为100～230mm、高为100～290mm的规格，将线密度为6800g/km、单丝直径为30μm的玻璃纤维无捻粗纱沿纵向对该内芯1进行缠绕，纵向缠绕的角度为-40度；将粘度为900cp间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂苯乙烯溶解液喷洒于所述缠绕好的玻璃纤维无捻粗纱上，对其进行常温凝胶，计算标准凝胶时间为50s，从而形成经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱层2，计算该层的厚度为5mm。

然后，将单位面积质量为900g的经硅烷偶联剂进行表面处理过的无碱玻璃纤维三轴向布包裹在上述经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱层2外部，并将上述配制好的聚氨酯树脂原液喷洒在所述无碱玻璃纤维三轴向布上，从而使得聚氨酯树脂原液对无碱玻璃纤维三轴向布进行浸润直至形成硬壳结构，计算所述无碱玻璃纤维三轴向布的厚度为3mm。在该过程中，聚氨酯树脂的发泡倍率为4.0，室温下所述聚氨酯树脂进行凝胶形成硬壳结构的时间为5min。

即可得到本实用新型所述的只具有一层夹心层的复合枕木。

实施例3

选择重量百分比为30.7％的三元醇、重量百分比为69.0％的异氰酸酯、重量百分比为0.3％的发泡剂，将上述原料混合配制得到聚氨酯树脂原液待用。另外，采用溶解剂苯乙烯对所述不饱和聚酯树脂进行稀释，得到不饱和聚酯树脂的溶解液待用。

选择杨木作为内芯1的材料，加工成长为2000～3200mm、宽为100～230mm、高为100～290mm的规格，将线密度为9600g/km、单丝直径为40μm的玻璃纤维无捻粗纱沿纵向对该内芯1进行缠绕，纵向缠绕的角度为45度，将粘度为1200cp间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂苯乙烯溶解液喷洒于所述缠绕好的玻璃纤维无捻粗纱上，对其进行常温凝胶，计算标准凝胶时间为90s，从而形成经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱层2，计算该层的厚度为10mm。

然后，将单位面积质量为1200g的经硅烷偶联剂进行表面处理过的无碱玻璃纤维四轴向布包裹在上述经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱层2外部，并将上述配制好的聚氨酯树脂原液喷洒在所述无碱玻璃纤维四轴向布上，从而使得聚氨酯树脂原液对无碱玻璃纤维四轴向布进行浸润直至形成硬壳结构，计算所述无碱玻璃纤维四轴向布的厚度为5mm。在该过程中，聚氨酯树脂的发泡倍率为3.0，室温下所述聚氨酯树脂进行凝胶形成硬壳结构的时间为10min。

即可得到本实用新型所述的只具有一层夹心层的复合枕木。

实施例4

图2是本实用新型所述的设置两层夹心层的复合枕木剖面示意图，在该图中可以看到所述复合枕木分为四层，其中，最内部的为木质内芯1，外表层3为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层，上述两层之间的夹心层为不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层2和聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层4。

选择云杉作为内芯1的材料，加工成长为2000～3200mm、宽为100～230mm、高为100～290mm的规格，将线密度为9600g/km、单丝直径为40μm的玻璃纤维无捻粗纱沿纵向对该内芯1进行缠绕，纵向缠绕的角度为-45度，将环氧值为0.41～0.47、粘度为300～400cp的环氧双酚A型不饱和聚酯树脂的苯乙烯溶解液喷洒于所述缠绕好的玻璃纤维无捻粗纱上，对其进行常温凝胶，计算标准凝胶时间为90s，从而形成经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱层2，计算该层的厚度为10mm。

然后，将线密度为9600g/km、单丝直径为40μm的经硅烷偶联剂进行表面处理过的玻璃纤维无捻粗纱沿横向的轴向铺设于经玻璃纤维无捻粗纱沿纵向缠绕后的内芯1外。

之后再将单位面积质量为1200g的经硅烷偶联剂进行表面处理过的无碱玻璃纤维四轴向布包裹在上述横向铺设的玻璃纤维无捻粗纱层外部，并将上述配制好的聚氨酯树脂原液喷洒在所述无碱玻璃纤维四轴向布上，从而使得聚氨酯树脂原液对无碱玻璃纤维四轴向布以及横向铺设的玻璃纤维无捻粗纱进行浸润直至形成硬壳结构，计算所述无碱玻璃纤维四轴向布的厚度为5mm。在该过程中，聚氨酯树脂的发泡倍率为3.0，室温下所述聚氨酯树脂进行凝胶形成硬壳结构的时间为10min。

即可得到本实用新型所述的复合枕木。

在该实施例中，可以根据需求来调整聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层的厚度，该厚度可以为10～20mm中的任意数值。

本实用新型所述的木质材料的内芯可以使用任何的木材，该木材可以是整体的，也可以是通过拼接或粘合而成的，而且该内芯材料相对于完全的木质枕木而言，其对于木材的节疤、裂纹、痂皮、弯曲等缺陷的要求较低，可以充分地利用木材资源。

此外，本实用新型所述的复合枕木中的不饱和聚酯树脂为添加了公知的固化剂的不饱和聚酯树脂，所述固化剂可以为胺类，包括二乙烯三胺，三乙烯四胺，四乙烯五胺，多乙烯多胺，间苯二胺，二氨基二苯基甲烷，二氨基二苯基砜，间苯二胺-环氧丙烷苯基醚缩合物，二乙烯三胺-丙烯腈共聚物，二乙烯二胺-环氧丙烷丁基醚缩合物，三乙胺，苄基二甲胺，DMP-30，三乙醇胺等。

此外，上述实施例中枕木的规格可以根据生产施工需求进行调整。

虽然本实用新型已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本实用新型所要保护的范围。

Claims

1.一种复合枕木，其特征在于，包括木质材料内芯、夹心层和外表层，所述夹心层缠绕于所述内芯外，所述外表层包裹于所述夹心层外部；所述夹心层至少包括纵向缠绕的不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层，所述外表层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层。

2.根据权利要求1所述的复合枕木，其特征在于，所述夹心层还包括横向铺设的聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层，所述聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层位于所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层和所述外表层之间。

3.根据权利要求1所述的复合枕木，其特征在于，所述木质材料内芯为多层木质材料拼接设置。

4.根据权利要求1所述的复合枕木，其特征在于，所述纵向缠绕的角度为-40～45度。

5.根据权利要求1或2所述的复合枕木，其特征在于，所述玻璃纤维无捻粗纱的线密度为4800～9600g/km，单丝直径为10～40μm。

6.根据权利要求1或2所述的复合枕木，其特征在于，所述玻璃纤维多轴向布为无碱玻璃纤维三轴向布或者四轴向布。

7.根据权利要求6所述的复合枕木，其特征在于，所述无碱玻璃纤维三轴向布或者四轴向布的的克重为600～1200g/m²。

8.根据权利要求1所述的复合枕木，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层的厚度为1～10mm。

9.根据权利要求1或8所述的复合枕木，其特征在于，所述外表层的厚度为1～5mm。

10.根据权利要求2所述的复合枕木，其特征在于，所述聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层的厚度为10～20mm。