CN202671979U

CN202671979U - 一种新型复合材料轨枕

Info

Publication number: CN202671979U
Application number: CN 201220339063
Authority: CN
Inventors: 严科飞; 任伟华
Original assignee: INNER MONGOLIA JINGANG HEAVY INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: INNER MONGOLIA JINGANG HEAVY INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-07-06

Abstract

一种可用于支撑铁路钢轨的复合材料轨枕，轨枕内芯材料为木塑复合材料，在所述木塑复合材料内芯外部缠绕有经不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维粗纱，然后用经偶联剂表面处理后并经聚氨酯树脂浸润后的玻璃纤维多轴向布和玻璃纤维粗纱包裹，外表层用多轴向玻璃纤维布增强无发泡树脂材料。本实用新型在很大程度上节约了聚氨酯树脂的使用量，降低了成本，避免了轨枕在受力弯曲时出现层间剪切破坏，同时有效的解决了聚氨酯复合材料轨枕与道碴(碎石)由于摩擦引起磨损问题，大大延长了其使用寿命。此外，本实用新型还具有很好的吸收噪音和减震性能。

Description

一种新型复合材料轨枕

技术领域

本实用新型涉及复合材料领域，尤其适用于铁路线路中支撑钢轨的复合材料轨枕。

背景技术

轨枕的作用是承垫于钢轨之下，通过相互连接零件保持两股或多股钢轨之间的轨距、水平、高低和方向等几何形位，以及钢轨所承受的各种载荷平均分布于道床基础上。因此轨枕必须具有坚固性、耐久性和弹性。在铁路建设工程中，木材、钢筋混凝土、钢制和复合材料往往被用于支撑铁路铁轨的轨枕材料。

公知的木枕由于它具有弹性好、易于加工、使用方便等优点，在桥梁、道岔等特殊地段上得到广泛使用。但由于取材的原因，木枕的强度和耐久不够均匀，会加大轮轨动力作用，使得木枕的使用寿命短。在露天条件下受环境和气候的影响，使木枕容易老化、腐朽及劈裂等，在施工过程中木枕防腐层一旦破坏，这种老化腐朽现象会明显加剧。在长期列车载荷的冲击和碾压下，易造成木枕机械磨损，缩短使用寿命，并引起弹性不一致。木枕上的道钉孔会因使用日久而松弛，持钉能力下降，造成行车安全隐患。另外，优质木材资源比较缺乏，木材原材料供应量日益减小，也越来越不符合环保和生态保护要求。

钢筋混凝土轨枕也属常用的轨枕，其克服了木制轨枕使用寿命短的缺陷，具有寿命长、稳定性好的特点，但是由于该类型轨枕硬度大，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纹的问题，影响铁路的安全运营。

钢制轨枕较之木制轨枕其重很大，体积笨重，使得其铺设、养护维修以及运输都很不方便。而且钢制轨枕的制造成本很高，不能被广泛应用。铺设后与列车之间发生摩擦的噪音很大。

此外，由于混凝土轨枕和钢制轨枕自身的绝缘性比较差，因此钢筋混凝土和钢制轨枕在使用过程中还需进行二次绝缘，特别是在电气化线路中，绝缘性要求更高。另外，在制备原材料水泥和钢筋过程中会排放大量的CO₂，据报道，制备水泥和钢筋过程中排放的CO₂量分别为木轨枕的10倍和200倍，造成环境污染，不符合环保、低碳的要求。

随着技术的发展，目前复合材料轨枕成为新兴轨枕，特别是玻璃纤维增强聚氨酯复合材料轨枕，其具有弹性好，大大提高了轨道结构的整体弹性，减小了列车行车行驶中对路基的振动影响和对环境的噪音污染；绝缘性能好，对轨道电路不会产生任何影响，保证了列车的安全运行；同时还具备耐水解、耐油脂的优良特性，以及对风化环境特有的耐候性。

专利CN 101314931 A中介绍了一种纤维增强聚氨酯复合材料轨枕，其主要不足之处在于，制造成本高，限制了其普遍应用，目前只应用于轨道交叉岔口、桥梁等特殊区。此外，该复合材料枕木中玻璃纤维的排列均为单一的纵向排列，因此没有设置剪切配筋的横向位置容易因弯曲而导致层间剪切破坏，使得轨枕出现裂缝从而整体失效。该轨枕铺设应用时，若铺在铁轨上的道碴(碎石)侧的表面与道碴部分接触，当列车通过时，会导致道碴摩擦轨枕，使得轨枕受到磨损，从而缩短了其使用寿命。

美国专利US 6605343 B1介绍了一种复合材料制成的枕木，该枕木也是以填充物和树脂构成内芯材料，外层包裹玻璃纤维增强树脂复合材料，其纤维也是单一的纵向排列，因此也存在由于轨枕受力弯曲时层间剪切破坏，从而导致轨枕整体失效。

专利CN 101851880 A介绍了一种木质内芯复合材料轨枕，尽管其使用了木质内芯和玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂夹芯层在很大程度上节约了聚氨酯的使用量有效地解决了上述专利中制造成本高的问题；在最外层使用玻璃纤维布，有效地提高了剪切强度，使其在受到弯曲应力时不会出现层间剪切破坏，但其是木质内芯因由于取材的原因，木枕的强度和耐久不够均匀，会加大轮轨动力作用，并引起弹性不一致，使得木枕的使用寿命短。此外，优质木材资源比较缺乏，木材原材料供应量日益减小，价格也逐渐走高，也越来越不符合环保和生态保护要求。

专利CN 201756664 U介绍了一种用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料、木质剩余物增强酚醛树脂基复合材料或橡塑复合材料作为内芯，外表层用多轴向玻璃纤维布增强聚氨酯材料包裹。使用玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料作为内芯，尽管降低了成本，但其制造成本仍然相对较高，限制了其推广使用；使用木质剩余物增强酚醛树脂基复合材料，其缺点在于，对伐木毁林有一定推动作用，并且由于材料强度与加工性不好，仅仅限于挤出一些相对简单、强度不高的产品，同时又由于加工性不好导致的加工费用高；使用橡塑复合材料，其缺点在于，橡塑复合材料是以废旧轮胎或者回收塑料制得的复合材料，虽然可以降低制造成本，并且将废旧轮胎和废塑料回收利用，具有环保意义，但该产品回收工艺复杂，对于含钢丝的子午线轮胎回收更复杂，此外上述原料来源不稳定，轮胎所含成分也有差异，导致制成的橡塑复合材料批次间性能差异较大，引起不同批次产品弹性、强度不一致。

实用新型内容

本实用新型解决的第一个问题是现有技术中玻璃纤维增强聚氨酯复合材料轨枕中大量使用了聚氨酯材料所导致轨枕成本高的问题，进而提供一种具有和聚氨酯复合材料轨枕性能完全相同、且造价低廉的复合材料轨枕。

本实用新型解决的第二个技术问题是现有技术中玻璃纤维增强聚氨酯复合材料轨枕在铺设应用时，存在由于铺在铁轨上的道碴(碎石)侧的表面与道碴部分导致接触列车通过时道碴摩擦轨枕，使得轨枕受到磨损，从而缩短了其使用寿命的问题。

本实用新型解决的第三个技术问题是现在技术中使用内芯材料引起的材料弹性、强度不一致，价格较高问题，进而提供一种价格更低的复合材料轨枕。

为实现上述目的，本实用新型提供一种复合材料轨枕，包括内芯和外表层。在所述内芯外部缠绕有玻璃纤维粗纱增强不饱和聚酯树脂层，所述玻璃纤维粗纱增强不饱和聚酯树脂层上包裹经偶联剂表面处理后并经聚氨酯树脂浸润玻璃纤维多轴向布和玻璃纤维粗纱的多轴向玻璃纤维布增强聚氨酯树脂层，所述多轴向玻璃纤维布增强聚氨酯树脂层上铺放多轴向玻璃纤维布增强无发泡树脂外表层。

轨枕内芯材料为木塑复合材料。

木塑复合材料内芯的增强体为木屑、花生壳、麦壳、稻壳或各种农作物秸秆等的一种或多种，增强体所占比例大于55％。

木塑复合材料内芯的树脂基体为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的一种或多种。

木塑复合材料内芯制备过程中加入一定量的包覆剂、润滑剂、偶联剂、吸湿剂，防老剂及其他助剂。

木塑复合材料内芯是经热挤压成形的木塑复合材料。

内芯厚度为60-200mm，所述的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂层厚度为5-15mm，所述多轴向玻璃纤维增强聚氨酯树脂层的厚度为10-30mm，所述的多轴向玻璃纤维布增强无发泡树脂外表层的厚度为1-5mm。

不饱和聚酯树脂为邻苯二甲酸型、间苯二四酸型或环氧双酚A型不饱和聚酯树脂的溶解液的一种。

玻璃纤维多轴向布为无碱玻璃纤维双轴向、三轴向或者四轴向布的一种或多种。

无发泡树脂由多元醇和异氰酸酯配置而成。

本实用新型具有如下优点：

1)该轨枕由于采用木塑复合材料作为内芯材料，所以在很大程度上节约了聚氨酯的使用量，在保证轨枕性能的前提下很大程度上降低了该类型复合材料轨枕的成本。

2)该轨枕由于使用多轴向玻璃纤维布，实现了在轨枕多个方向的剪力配制，从而避免了轨枕在受力弯曲时出现层间剪切破坏。

3)该轨枕使用多轴向玻璃纤维布增强无发泡树脂复合材料作为外表层，有效的解决了聚氨酯复合材料轨枕与道碴(碎石)由于摩擦引起磨损问题，大大延长了其使用寿命。

4)该轨枕使用了玻璃纤维粗纱增强不饱和聚酯树脂和玻璃纤维多轴向布、粗纱增强聚氨酯树脂复合材料形成了减震层，因此该轨枕可以很好的吸收噪音。

附图说明

图1是本实用新型所述复合材料轨枕的结构剖面示意图。

图1中各标号分别表示为：1-木塑复合材料内芯；2-玻璃纤维粗纱增强不饱和聚酯树脂层；3-多轴向玻璃纤维布增强聚氨酯树脂层；4-多轴向玻璃纤维布增强无发泡树脂外表层。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，现结合实施例、附图对本实用新型做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，不用于限定本实用新型。

实施例：制备高铁专用复合材料轨枕材料

所需原材料如下：聚乙烯回收再生料、聚丙烯回收再生料；农作物秸秆；包覆剂；润滑剂；偶联剂；吸湿剂；防老剂；其他助剂；玻璃纤维粗纱；三轴向玻璃纤维布；硅烷偶联剂；苯乙烯；不饱和聚酯树脂；三元醇；异氰酸酯；发泡酯；

本实用新型的具体步骤是：

制备木塑复合材料内芯。按照以下重量比例称量，聚乙烯：13.0％、聚丙烯：12.0％、农作物秸秆：59％、包覆剂：2.8％、润滑剂：1.2％、偶联剂：5.5％、吸湿剂：3.0％、防老剂：2.5％、其他助剂：1.0％。称量后在混料机中低速混合，使原材料均匀，无明显团聚现象；然后经热挤压成型形成木塑复合材料。并加工成长为4000mm、宽为150mm、高为180mm的规格。

配制聚氨酯树脂和无发泡树脂等：将重量比例为31.0％的三元醇、68.5％的异氰酸酯和0.5％的发泡剂混合配制得到聚氨酯树脂；将28.0％的三元醇、65.0％的异氰酸酯和7.0％的阻燃剂(阻燃剂为甲基膦酸二甲酯)混合配制得到无发泡树脂。

不饱和聚酯树脂选用HR-101型缠绕用不饱和聚酯树脂。

将玻璃纤维粗纱在配制好的不饱和聚树脂中浸渍沿纵向对制备好的木塑复合材料内芯1上缠绕，厚度为8mm，形成玻璃纤维粗纱增强不饱和聚酯树脂层2。

将三轴向玻璃纤维布经硅烷偶联剂表面处理后经配制好的聚氨酯浸渍后包裹于玻璃纤维粗纱增强不饱和聚酯树脂层2外部，形成多轴向玻璃纤维布增强聚氨酯树脂层3，厚度为20mm；将三轴向玻璃纤维布经硅烷偶联剂表面处理后经配制好的无发泡树脂浸渍后包裹于多轴向玻璃纤维增强聚氨酯树脂层3外部，厚度为3mm，形成多轴向玻璃纤维布增强无发泡树脂外表层4，即可得到本实用新型的复合材料轨枕。

Claims

1.一种复合材料轨枕，包括内芯和外表层，其特征在于：在所述内芯外部缠绕有玻璃纤维粗纱增强不饱和聚酯树脂层，所述玻璃纤维粗纱增强不饱和聚酯树脂层上包裹经偶联剂表面处理后并经聚氨酯树脂浸润玻璃纤维多轴向布和玻璃纤维粗纱的多轴向玻璃纤维布增强聚氨酯树脂层，所述多轴向玻璃纤维布增强聚氨酯树脂层上铺放多轴向玻璃纤维布增强无发泡树脂外表层。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述轨枕内芯材料为木塑复合材料。

3.根据权利要求2所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述的木塑复合材料内芯的增强体为木屑、花生壳、麦壳、稻壳或各种农作物秸秆等的一种或多种，增强体所占比例大于55％。

4.根据权利要求2所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述的木塑复合材料内芯的树脂基体为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述的木塑复合材料内芯制备过程中加入一定量的包覆剂、润滑剂、偶联剂、吸湿剂，防老剂及其他助剂。

6.根据权利要求2所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述的木塑复合材料内芯是经热挤压成形的木塑复合材料。

7.根据权利要求1至6任一所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述内芯厚度为60-200mm，所述的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂层厚度为5-15mm，所述多轴向玻璃纤维增强聚氨酯树脂层的厚度为10-30mm，所述的多轴向玻璃纤维布增强无发泡树脂外表层的厚度为1-5mm。

8.根据权利要求1至6任一所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述的不饱和聚酯树脂为邻苯二甲酸型、间苯二四酸型或环氧双酚A型不饱和聚酯树脂的溶解液的一种。

9.根据权利要求1至6任一所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述的玻璃纤维多轴向布为无碱玻璃纤维双轴向、三轴向或者四轴向布的一种或多种。

10.根据权利要求1至6任一所述的一种复合材料轨枕，其特征在于：所述的无发泡树脂由多元醇和异氰酸酯配置而成。