一种复合枕木制造工艺的制作方法

专利名称：一种复合枕木制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于复合材料领域，具体涉及的是一种复合枕木制造工艺。
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，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勻排布，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，使得枕木产生裂缝从而导 致整体失效。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。所以该现有技术中也同样存在上 述的问题。对于上述现有技术中的聚氨酯合成枕木，其制造工艺在中国专利CN101328311A 中进行了公开，该工艺首先需要进行导纱，将玻璃纤维无捻粗纱通过单组纱架和导纱装置 引导至所需截面，限定导纱运行速度为0. 1 1. Om/min ；使用发泡机注胶将聚氨酯原液均 勻喷涂在所述经导纱的玻璃纤维无捻粗纱表面或内部，在使用均勻浸渍设备通过其对玻璃 纤维无捻粗纱进行挤压从而实现聚氨酯树脂对所述玻璃纤维无捻粗纱的均勻浸渍。之后， 浸渍过树脂后的玻璃纤维进入由上下两台可循环滚动的层压机以及左右两台侧链循环装 置组成的滚动成型模具中，控制温度在60 120°C，对枕木进行成型固化，最后对经固化后 的枕木进行切割即可。在该现有技术中，所述玻璃纤维无捻粗纱在单组纱架和导纱装置引导下，沿着相 同的纵向方向进行，所以导致制备得到的枕木容易在受力状态下发生弯曲变形时由于在枕 木的横向位置没有设置剪力配筋，从而造成枕木在径向上的破裂，使得枕木整体失效。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中的聚氨酯合成枕木制造工艺采用了对 玻璃纤维单一的纵向排列方式导纱，使得制造得到的枕木容易在枕木受力发生变形弯曲时 由于没有设置横向位置的剪力配筋，从而导致层间剪力的破坏，使得枕木整体失效，进而提 供一种可制造得到在受力弯曲时不会出现层间剪力破坏的复合枕木的枕木制造工艺。为实现上述目的，本发明提供了一种复合枕木制造工艺，其包括如下步骤(1)选择木质材料内芯或者复合材料内芯；(2)在所述木质材料内芯外部纵向缠绕玻璃纤维无捻粗纱，向所述玻璃纤维无捻 粗纱上喷涂至少添加有固化剂的不饱和聚酯树脂，并利用所述不饱和聚酯树脂对所述玻璃 纤维无捻粗纱进行浸润，形成不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层；对所述复合材料 内芯不进行任何处理；(3)在所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内芯外包裹经偶 联剂表面处理后的玻璃纤维多轴向布，并向所述玻璃纤维多轴向布上喷涂聚氨酯树脂，并利用所述聚氨酯树脂对所述玻璃纤维多轴向布进行浸润并充分发泡，形成聚氨酯树脂增强 玻璃纤维多轴向布层。在步骤(3)之前，在所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内 芯外沿横向的轴向铺设经偶联剂表面处理后的玻璃纤维无捻粗纱，并向所述玻璃纤维无捻 粗纱上喷涂聚氨酯树脂，并利用所述聚氨酯树脂对所述玻璃纤维无捻粗纱进行浸润并充分 发泡，形成聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层。所述纵向缠绕的角度为-40 45度。在所述步骤(3)中，所述玻璃纤维多轴向布通过使用电控压力滚筒和定型装置将 其包裹在所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内芯外。所述玻璃纤维无捻粗纱通过电控张力纱架和导引装置进行横向铺设。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。所述聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层的厚度为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。所述偶联剂为硅烷偶联剂。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，其克重为600 1200g/m2。所述不饱和聚酯树脂的粘度为300 1500cp，标准凝胶时间为10 90s。所述聚氨酯树脂由如下重量百分比的原料组成多元醇29. 9 59. 5%，异氰酸酯 40 70%，发泡剂0. 1 0. 5%。所述聚氨酯树脂的发泡倍率为2. 0 4. 0，室温条件下的凝胶时间为1 lOmin。本发明所述的复合枕木制造工艺，选择木质材料内芯或复合材料内芯，根据上述 内芯材料的不同选择，后续对内芯材料的处理有些许差别。如果内芯为木质材料，就在所述 内芯材料外部纵向缠绕经添加固化剂的不饱和聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱，所述玻 璃纤维无捻粗纱只有经不饱和聚酯树脂浸润后才可以获得凝固的加强层，将木质内芯的强 度增加，之所以选择不饱和聚酯树脂，是因为使用该树脂可以获得可灵活调整的凝胶时间； 此外，采用纵向缠绕一方面对内芯起紧固作用，另一方面也为了提高内芯的弯曲强度和剪 切强度，防止层间剪切破坏。而对于复合材料内芯，其无需对内芯进行上述处理。之后，在上述经缠绕后的木质内芯或复合材料内芯的外部包裹经偶联剂表面处理 后的玻璃纤维多轴向布，之后向所述玻璃纤维多轴向布上喷涂聚氨酯树脂，并利用所述聚 氨酯树脂对所述玻璃纤维多轴向布进行浸润并充分发泡，形成聚氨酯树脂增强玻璃纤维多 轴向布层。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，本发明使用该 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。本发明所述的复合枕木的制造工艺，还可以在设置聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴 向布层前，向所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内芯外沿横向的轴 向铺设经偶联剂表面处理后的玻璃纤维无捻粗纱，并向所述玻璃纤维无捻粗纱上喷涂聚氨 酯树脂，并利用所述聚氨酯树脂对所述玻璃纤维无捻粗纱进行浸润并充分发泡，形成聚氨 酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层。在经偶联剂表面处理后，使得该玻璃纤维无捻粗纱在经 聚氨酯树脂喷洒后，聚氨酯树脂可以更好地对该玻璃纤维无捻粗纱进行浸润，其中，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，从而形成一个具有一定减震作用 的材料层，可以更好地吸收噪音。以上所述的枕木的横向即枕木的长度方向，枕木的纵向即为枕木的宽度方向。本发明具有如下优点(1)本发明所述的复合枕木制造工艺，可选择木质材料或者复合材料作为内芯，并 对所述木质材料进行纵向的玻璃纤维无捻粗纱的缠绕，之后在不饱和聚酯树脂增强玻璃纤 维无捻粗纱层或者复合材料层外部包裹所述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；玻璃纤维无捻粗纱的缠绕设置实现了对木质内芯的强度增加；另一方面，本发明所述的复合枕木制造工艺利用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。(2)本发明所述的复合枕木制造工艺，在设置聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布 层前，向所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内芯外沿横向的轴向铺 设经偶联剂表面处理后的玻璃纤维无捻粗纱，并向所述玻璃纤维无捻粗纱上喷涂聚氨酯树 脂，并利用所述聚氨酯树脂对所述玻璃纤维无捻粗纱进行浸润并充分发泡，形成聚氨酯树 脂增强玻璃纤维无捻粗纱层。在经偶联剂表面处理后，使得该玻璃纤维无捻粗纱在经聚氨 酯树脂喷洒后，聚氨酯树脂可以更好地对该玻璃纤维无捻粗纱进行浸润，可发泡的聚氨酯 树脂在呈疏松结构的玻璃纤维无捻粗纱中进行充分发泡作用，从而形成一个具有一定减震 作用的材料层，可以更好地吸收噪音。(3)本发明所述的复合枕木制造工艺，选择纵向缠绕的角度为-40 45度，在该角 度内可以通过玻璃纤维无捻粗纱的缠绕有效实现对内芯的强度增强作用；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 40 y m,是考虑到了适宜的线密 度以及单丝直径可以使得本发明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。(4)本发明所述的复合枕木制造工艺，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，因为无碱玻璃纤维可以抵抗雨水的侵蚀，从而可以提高制备得 到的复合枕木的耐候性。优选所述三轴向布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。
(5)本发明所述的复合枕木制造工艺，选择所述不饱和聚酯树脂的粘度为300 1500cp，标准凝胶时间为10 90s，其中粘度的选择不能够太低，粘度太低会导致经不饱和 聚酯树脂浸润的玻璃纤维无捻粗纱的固化物脆性强，抗冲击性能差；粘度太高则又会使得 玻璃纤维无捻粗纱很难被浸润。那么相应地上述树脂粘度的设置也就会影响到上述标准凝 胶时间。(6)本发明所述的复合枕木制造工艺，限定所述聚氨酯树脂的发泡倍率为2. 0 4. 0，室温条件下的凝胶时间为1 lOmin ；其中，设置上述发泡倍率的数值是考虑到了发泡 倍率太小容易导致生成的复合枕木的弹性差，太大则会导致生成的复合枕木的密度太低， 显著影响抗压强度。另外，凝胶时间的设置也必须是以在获得最高工作效率的同时保证枕 木的性能，凝胶时间太短就会导致凝胶不充分。


图1、图2、图3、图4是利用本发明所述的复合枕木制造工艺得到的复合枕木的结 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3 ；聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层4。
具体实施例方式以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。实施例1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. 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，本实施例 中选择邻苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，并向其中添加固化剂二乙烯三胺。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10 y m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的添加有固化剂 的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，从而形成不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻 粗纱层2，计算该层的厚度为1mm。然后，利用电控压力滚筒和定型装置将克重为600g/m2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在进行铺展扩张的同时包裹在上述不饱和聚酯树脂增强 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，计算所述聚氨酯树脂增强无碱玻璃纤维四轴向布层的厚度为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lmin。从而得到如图1中所示的复合枕木，在该图中可以看到所述复合枕木分为三层， 其中，最内部的内芯1为木质材料，外层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3，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。
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，本实施例中选 择间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，并向其中添加固化剂三乙烯四胺以及阻聚剂对苯醌。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30 y m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，从而形成不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层2，计算该层的厚度 为 5mm0然后，将克重为900g/m2的经硅烷偶联剂进行表面处理过的无碱玻璃纤维三轴向 布包裹在上述不饱和聚酯树脂增强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，计算该聚氨酯树脂增强无碱玻璃纤维四轴向布层的 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。从而得到如图1中所示的复合枕木，在该图中可以看到所述复合枕木分为三层， 其中，最内部的内芯1为木质材料，外层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3，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。实施例3选择重量百分比为29. 9%的三元醇、重量百分比为70.0%的异氰酸酯、重量百分 比为0. 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，本实施例中选 择间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂，并向其中添加固化剂二氨基二苯基甲烷，以及引发剂过 氧化甲乙酮。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40 y m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，从而形成不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层2，计算该层的厚度 为 10mmo然后，用电控压力滚筒和定型装置将克重为1200g/m2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在进行铺展扩张的同时包裹在上述不饱和聚酯树脂增强 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，计算所述聚氨酯树脂增强无碱玻璃纤维四轴向布层的厚度为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lOmin。从而得到如图1中所示的复合枕木，在该图中可以看到所述复合枕木分为三层，其中，最内部的内芯1为木质材料，外层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3，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。实施例4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，本实施例中选 择环氧双酚A型不饱和聚酯树脂，并向其中添加固化剂间苯二胺-环氧丙烷苯基醚缩合物， 以及促进剂环烷酸钴。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40 y m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，从而形成不饱和聚酯树脂增强玻璃 纤维无捻粗纱层2，计算该层的厚度为10mm。然后，利用电控张力纱架和导引装置将线密度为9600g/km、单丝直径为40i!m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，计算所述聚氨酯树 脂增强玻璃纤维无捻粗纱层的厚度为10mm，聚氨酯树脂增强无碱玻璃纤维四轴向布层的厚 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lOmin。从而得到如图2中所示的复合枕木，在该图中可以看到所述复合枕木分为四层， 其中，最内部的内芯1为木质材料，外层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3，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，以及位于所述聚氨酯树脂 增强玻璃纤维多轴向布层3和所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层2之间的聚氨 酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层4。上述实施例1 4中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，上述实施例中所述的不饱和聚酯树脂中添加了公知的固化剂，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， 对于邻苯二甲酸型和间苯二甲酸型不饱和聚酯树脂还可以在上述基础上相其中进一步添 加引发剂、促进剂或阻聚剂，所述引发剂可以选择为过氧化甲乙酮或过氧化苯甲酸叔丁酯， 所述促进剂可以选择为环烷酸钴，所述阻聚剂为对苯醌。对于上述两种类型的不饱和聚酯树脂可选择的分子量为1000 3000，酸值为12 22，在其苯乙烯溶解液中的固体物质含 量(不饱和聚酯树脂本身的含量)为50 60%。实施例5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. 的发泡剂，将上述原料混合配制得到聚氨酯树脂原液待用。选择市售的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料作为内芯1的材料，加工成长 为2000 3200mm、宽为100 230mm、高为100 290mm的规格，然后，利用电控压力滚筒 和定型装置将克重为600g/m2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在 进行铺展扩张的同时包裹在上述内芯1的外部，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即外表层，计算该外表层聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布3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lmin。从而得到如图3所示的复合枕木，在该图中可以看到所述复合枕木分为两层，其 中，最内部的内芯1为复合材料，外表层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3。实施例6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。选择木质剩余物增强酚醛树脂基复合材料作为内芯1的材料，加工成长为2000 3200mm、宽为100 230mm、高为100 290mm的规格，然后，利用电控压力滚筒和定型装置 将克重为900g/m2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在进行铺展扩 张的同时包裹在上述内芯1的外部，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 硬壳结构即外表层，计算所述外表层聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3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。从而得到如图3所示的复合枕木，在该图中可以看到所述复合枕木分为两层，其 中，最内部的内芯1为复合材料，外表层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3。实施例7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。选择橡塑复合材料作为内芯1的材料，加工成长为2000 3200mm、宽为100 230mm、高为100 290mm的规格，然后，将线密度为4800g/km、单丝直径为10 y m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所述内芯1外，形成所述 夹心层。然后，将克重为1200g/m2的经硅烷偶联剂进行表面处理过的无碱玻璃纤维四轴向 布包裹在上述夹心层外部，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和玻璃纤维无捻粗纱进行浸 润直至形成硬壳结构，计算所述聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3的厚度为5mm，所述 聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层4的厚度为15mm。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lOmin。从而得到如图4所示的复合枕木，在该图中可以看到所述复合枕木分为三层，其 中，最内部的内芯1为复合材料，外表层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3，上述两 层之间的夹心层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层2。实施例8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。选择橡塑复合材料作为内芯1的材料，加工成长为2000 3200mm、宽为100 230mm、高为100 290mm的规格，然后，利用电控张力纱架和导引装置将线密度为9600g/ km、单丝直径为40 y m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 铺设于所述内芯1外，形成所述夹心层。然后，将克重为1200g/m2的经硅烷偶联剂进行表面处理过的无碱玻璃纤维四轴向 布包裹在上述夹心层外部，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和玻璃纤维无捻粗纱进行浸 润直至形成硬壳结构，计算所述聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3的厚度为5mm，所述 聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层4的厚度为20mm。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lOmin。从而得到如图4所示的复合枕木，在该图中可以看到所述复合枕木分为三层，其 中，最内部的内芯1为复合材料，外表层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层3，上述两 层之间的夹心层为聚氨酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层4。上述实施例中经偶联剂表面处理后的玻璃纤维无捻粗纱或者多轴向布可以是任 何市售的产品，也可以使用诸如硅烷偶联剂来对玻璃纤维无捻粗纱或者多轴向布进行浸 渍，从而达到对玻璃纤维无捻粗纱或者多轴向布进行表面处理的目的，其主要是通过该偶 联剂的表面作用使得玻璃纤维无捻粗纱获得较小的润湿角，从而使得玻璃纤维无捻粗纱可 以获得更好地润湿，提高其界面的结合作用力。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。虽然本发明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， 均属于本发明所要保护的范围。
权利要求
一种复合枕木制造工艺，其包括如下步骤(1)选择木质材料内芯或者复合材料内芯；(2)在所述木质材料内芯外部纵向缠绕玻璃纤维无捻粗纱，向所述玻璃纤维无捻粗纱上喷涂至少添加有固化剂的不饱和聚酯树脂，并利用所述不饱和聚酯树脂对所述玻璃纤维无捻粗纱进行浸润，形成不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层；对所述复合材料内芯不进行任何处理；(3)在所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内芯外包裹经偶联剂表面处理后的玻璃纤维多轴向布，并向所述玻璃纤维多轴向布上喷涂聚氨酯树脂，并利用所述聚氨酯树脂对所述玻璃纤维多轴向布进行浸润并充分发泡，形成聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层。
2.根据权利要求1所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，在步骤(3)之前，在所述不 饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内芯外沿横向的轴向铺设经偶联剂表 面处理后的玻璃纤维无捻粗纱，并向所述玻璃纤维无捻粗纱上喷涂聚氨酯树脂，并利用所 述聚氨酯树脂对所述玻璃纤维无捻粗纱进行浸润并充分发泡，形成聚氨酯树脂增强玻璃纤 维无捻粗纱层。
3.根据权利要求1所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，所述纵向缠绕的角度 为-40 45度。
4.根据权利要求1所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述玻 璃纤维多轴向布通过使用电控压力滚筒和定型装置将其包裹在所述不饱和聚酯树脂增强 玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内芯外。
5.根据权利要求2所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，所述玻璃纤维无捻粗纱通 过电控张力纱架和导引装置进行横向铺设。
6.根据权利要求1所述的复合枕木制造工艺，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。
7.根据权利要求1所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，所述聚氨酯树脂增强玻璃 纤维多轴向布层的厚度为1 5mm。
8.根据权利要求1或7所述的复合枕木制造工艺，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。
9.根据权利要求1或2所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
10.根据权利要求1或2所述的复合枕木制造工艺，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，其克重为600 1200g/m2。
11.根据权利要求1或2所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，所述不饱和聚酯树脂 的粘度为300 1500cp，标准凝胶时间为10 90s。
12.根据权利要求1或2所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，所述聚氨酯树脂由如 下重量百分比的原料组成多元醇29. 9 59. 5%，异氰酸酯40 70%，发泡剂0. 1 0. 5%。
13.根据权利要求1或2所述的复合枕木制造工艺，其特征在于，所述聚氨酯树脂的发 泡倍率为2. 0 4. 0，室温条件下的凝胶时间为1 lOmin。
全文摘要
一种可用于支撑铁路钢轨的复合枕木的制造工艺，选择木质材料内芯或者复合材料内芯；所述木质材料内芯的外部设置不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层；在所述不饱和聚酯树脂增强玻璃纤维无捻粗纱层或复合材料内芯外包裹经偶联剂表面处理后的玻璃纤维多轴向布，并向所述玻璃纤维多轴向布上喷涂聚氨酯树脂，并利用所述聚氨酯树脂对所述玻璃纤维多轴向布进行浸润并充分发泡，形成聚氨酯树脂增强玻璃纤维多轴向布层。本发明所述的复合枕木的制造工艺避免了单向设置玻璃纤维造成的枕木容易断裂损坏的问题。
文档编号B29C70/54GK101850622SQ20101010214
公开日2010年10月6日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者孙志杰, 张听, 陈文姬 申请人:北京盘天新技术有限公司