一种复合材料轨枕的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合材料领域，尤其适用于铁路、轨道交通中支撑钢轨的复合材料轨 枕。
【背景技术】
[0002] 轨枕是现在铁路交通运输领域中不可缺少的材料，其作用是通过钢轨连接件将钢 轨连接在轨枕之上，通过轨枕来保持两股或多股钢轨之间的轨距、水平方向等几何形状。以 及使钢轨所承受的各种载荷均衡的分布在轨枕基础上。因此轨枕必须具有轻质高强、耐候 性和减振等作用。
[0003]目前现有的轨枕有：木质轨枕、钢筋混凝土轨枕、钢质轨枕和复合材料实心轨枕， 但他们都存在着一些问题。
[0004] 木制轨枕虽然弹性好、重量轻，制作简单，绝缘性能好，但现在森林资源匮乏，随着 人们环保意识的不断增强，森林木材得到保护，木材价格也在不断上涨，在露天条件下受环 境和气候的影响，木制轨枕容易腐朽和开裂，甚至在轨枕中间形成空洞。并且木材无防虫、 防水、防火等性能，为使木材制作成轨枕，还必须对木材进行化学处理，以达到防腐、防虫的 性能，但使用的木材防腐、防虫的化学物品污染环境，还对人体造成伤害。木制轨枕使用的 木材种类和部位不同，其强度和弹性不完全一致，在机车车辆作用下会形成轨道不平顺，增 大了轮动力作用。在长期列车载荷的冲击和碾压下，易造成轨枕机械磨损，缩短使用寿命， 并引起弹性不一致。木材本身硬度不高，耐候性较差，在露天条件下使用受环境和气候的影 响，使轨枕容易老化、腐朽及开裂等，在使用的过程中轨枕防腐层一旦破坏，这种老化腐朽 现象会明显加剧。枕木上的道钉孔会因使用日久而松弛，持钉能力下降，木材有显著的干燥 收缩和遇湿膨胀的特性，其变形会引起轨距和轨向发生变化，造成行车安全隐患。随着机车 车辆轴重的增加、列车速度的提高发及动量的增加，木枕的强度不足以长期承受列车运行 带来的巨大应力。同时，由于木材本身强度不高，在对安装构件进行支撑时，需要布置密集 的轨枕才能达到要求，从而增加了施工量，也增加了使用成本。
[0005] 钢筋混凝土轨枕虽然使用寿命长、稳定性好的特点，但由于其钢度大、弹性差导致 减振效果也差，从而增大噪音，列车车体振动厉害，且在使用一段时间后容易出现开裂的现 象，影响铁路运输安全；另外钢筋混凝土轨枕太笨重，增加了搬运难度，使得其铺设、养护维 修以及运输都很不方便。并且容易出现裂缝，不可修复使用，比较浪费。
[0006] 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C02，据报道，制备水泥和钢筋过程中排放的C02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。
[0007] 钢质轨枕虽然牢固耐用，但造价高、自身沉重，不易搬动，弹性小。不能被广泛应 用。铺设后与列车之间发生摩擦的噪音很大。
[0008] 另外，复合材料实芯轨枕是由高密度发泡材料制造，其质轻，但内部组织松软，强 度达不到轻枕所需要的要求。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种轻质高强、承载能力高、不变形、 不吸潮、体积稳定、耐化学腐蚀、耐老化、减震性好、不导电、结构简单、现场安装方便的复合 材料轨枕。
[0010] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种复合材料轨枕，轨枕由轨枕体和枕 芯复合组成，轨枕体为空心矩形，轨枕体四角处外角设有圆弧，半径Rl=2 - 10mm，轨枕体的 空腔中填充有枕芯，轨枕体四角处内圆角与枕芯四角处外圆角复合组成后为一体，即轨枕 体四角处内圆角与枕芯四角处外圆角半径相等，半径R2=15-30mm，轨枕体四角处外圆角半 径与轨枕体四角处内圆角半径相匹配，使轨枕体上平面相邻的两个圆角处对角厚度大于轨 枕体上平面和侧平面厚度5 - 20_，使轨枕体底平面相邻的两个圆角处对角厚度大于底平 面厚度8~25臟，轨枕体上平面厚度与侧平面厚度相等Y是15 - 30臟，底平面厚度大于上 平面厚度和侧平面厚度12 - 20 mm，轨枕体与枕芯复合组成后在轨枕的两端铣有槽。
[0011] 本发明的进一步改进在于：轨枕两端槽深可根据拱桥的拱高和轨枕需要排列的数 量分别铣有不同深度的槽。
[0012] 本发明的进一步改进在于：铣槽处使底平面内壁厚度X大于上平面和侧平面厚度 3-10mm，槽宽大于轨枕下支撑梁的宽度1 一3mm〇
[0013] 本发明的进一步改进在于：轨枕体材料为纤维增强树脂基复合材料；枕芯材料为 一种长纤维增强的硬质聚氨酯合成材料，由聚氨酯胶粘剂将2- 4块长纤维增强硬质聚氨 酯合成材料胶粘。 本发明的进一步改进在于：枕芯在轨枕体放置方向可以是横向也可以是竖向，当枕 芯放置竖向时，两侧的长纤维增强硬质聚氨酯合成材料的厚度要大于固定螺栓直径20- 30mm〇
[0014] 本发明的进一步改进在于：纤维增强树脂基复合材料包括树脂和纤维增强材料， 纤维增强材料包括纤维毡和纤维纱，并且使纤维毡和纤维纱在轨枕体中构成轨枕体支撑骨 架，即纤维毡在轨枕体中绕轨枕体铺层，纤维纱为多束，沿轨枕体纵向方向密布在纤维毡之 间。
[0015] 本发明的进一步改进在于：从轨枕体的内层向外层依次排列一个单元和另一个单 元的纤维毡，每个单元的纤维毡方向为相对位置方向，每个单元的纤维毡可以是单层纤维 毡，也可以是多层纤维毡，每个单元的多层纤维毡相对位置上纤维毡数量相等，每个单元的 纤维毡铺设成包绕轨枕体中，在同一个单元的轨枕体中同一层的纤维毡，须是具有相同种 类、相同面密度和相同轴向的纤维毡。
[0016] 本发明的进一步改进在于：单层相对位置方向的纤维毡或多层相对位置方向的纤 维毡构成一个单元呈筒状包绕轨枕体的壁上，一个单元的纤维毡包括上下相对方向U形状 纤维毡，另一个单元的纤维毡包括左右相对方向U形状纤维毡，每个单元的单层纤维毡为 一层，在一个单元中具有多层纤维毡时，至少有一层纤维毡的种类、面密度和轴向不同于其 它层的纤维毡，一个单元和另一个单元的纤维毡中至少一个单元包括2块U形状纤维毡，其 中，一个单元的一块U形状纤维毡覆盖轨枕体的一整个壁以及与该整个壁相邻的两个壁的 大半个壁，而另一个相对方向的U形状纤维毡覆盖轨枕体的一整个壁以及与该整个壁相邻 的两个壁的大半个壁，两块U形状纤维毡相互搭合，另一个单元的一块U形状纤维毡覆盖轨 枕体的一整个壁以及与该整个壁相邻的两个壁的大半个壁，而另一个相对方向U形状纤维 毡覆盖轨枕体的一整个壁以及与该整个壁相邻的两个壁的大半个壁，两块U形状纤维毡相 互搭合。
[0017] 本发明的进一步改进在于：在上平面和底平面四个圆角对角处增加圆角纤维毡。
[0018] 本发明的进一步改进在于：在底平面下半部的一个单元和另一个单元层之间加入 多层平面状纤维毡及在底平面内壁厚度X向下范围区域加入多层平面状纤维毡，所有加入 在底平面内的多层平面状纤维毡覆盖轨枕体的整个底平面和底平面相邻的两个圆角处。
[0019] 本发明的进一步改进在于：轨枕体所用树脂为：乙烯基酯树脂或聚氨酯树脂；纤 维毡为：玻璃纤维毡、玻璃纤维编织毡、玻璃纤维网格布、碳纤维毡、芳纶布、涤纶布或者其 两种或两种以上的混合物；纤维纱为：玻璃纤维纱、碳纤维纱、芳纶纤维纱、涤纶纤维纱或 者其两种或两种以上的混合物。
[0020] 本发明的进一步改进在于：轨枕体所用树脂为乙烯基酯树脂混合料时，轨枕体材 料按重量比为：纤维增强材料占65% - 72% ;乙烯基酯树脂混合料占28% - 35% ;纤维增强材 料包括混合纤维纱和混合纤维毡；乙烯基酯树脂混合料包括乙烯