一种纤维增强合成轨枕及其制备方法与流程

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种纤维增强合成轨枕及其制备方法。

背景技术：

目前铁路线路使用的轨枕主要是预应力钢筋混凝土轨枕和木枕。公知的预应力钢筋混凝土轨枕由于它原料丰富，易于保证制作尺寸，质量大、寿命长，并能提高轨道的稳定性，因此在铁路轨道中得到广泛的使用。但是，预应力钢筋混凝土轨枕由于单根重量大，现场安装困难，同时还存在着弹性差、刚度大等弊端，在特定区域或位置使用受到局限。公知的木枕由于它具有弹性好、易于加工、方便更换等优点，在桥梁、道岔等特殊地段得到广泛使用。但制作木枕需要优质的硬质木材，优质木材资源有限，这不利于生态环境的可持续性。同时为了木枕的耐腐蚀性来延长使用寿命，在木枕制作过程中使用化学防腐剂，这也会对环境和工人的健康带来了隐患。

针对目前常用预应力钢筋混凝土轨枕和木枕所具有的缺陷，以及复合材料技术的不断发展。长纤维增强发泡树脂材料的复合材料是一种很好的取代材料。长玻璃纤维增强发泡树脂具有与天然木材相似的结构，可以作为轨道交通设施、建筑装饰材料代替木材。

由于具有优异性能的连续纤维增强复合材料拉挤型材替代传统木材、钢铁、混凝土等，广泛应用于建筑、桥梁、电力、能源等行业承载结构领域。因此，拉挤复合材料的需求快速增加，伴随着对性能要求的不断提高，结构件尺寸不断增大，大截面大厚度尺寸拉挤复合材料应运而生。

目前连续纤维增强复合材料拉挤型材中树脂液体对连续纤维的浸渍的工序主要采用浸胶槽和注胶盒装置。由于浸胶槽装置一般采用敞口式，树脂液体容易挥发，对生产环境及工人健康造成安全隐患；并且敞口式浸胶槽适用于单组分或常温下固化较慢的体系，如酚醛树脂、乙烯基树脂等。如果在注胶盒装置的使用中，能够使树脂液体由注胶机直接浸入封闭的注胶盒内而不直接暴露于空气中，则可明显改善生产环境。此外，目前使用的注胶盒浸渍获得的型材厚度较薄，并且注胶盒的厚度一般不超过5mm。因此限制了大截面大尺寸拉挤复合材料的制备。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的缺陷和不足，本发明公开了一种纤维增强合成轨枕。

本发明通过以下技术方案实现：

一种纤维增强合成轨枕的制备方法，包括以下步骤：

s1.导纱，将增强纤维材料导入注胶盒；

s2.浸渍，向所述注胶盒中注入发泡树脂基体，使得所述增强纤维材料在所述发泡树脂基体中进行浸渍；

s3.后处理，对内部和/或表面分布有所述增强纤维材料的所述发泡树脂基体进行挤压、成型、冷却和切割，获得所述纤维增强合成轨枕；

所述注胶盒为密封的中空盒体，所述注胶盒上设有注胶孔，所述注胶盒的两端分别设有入口和出口，所述发泡树脂基体通过所述注胶孔注入所述注胶盒，所述增强纤维材料通过所述入口进入所述注胶盒，并在所述发泡树脂基体中进行浸渍，内部和/或表面分布有所述增强纤维材料的所述发泡树脂基体通过所述出口送出。

进一步的，所述注胶盒包括上模板和下模板，所述注胶孔设置于所述上模板和/或下模板上，所述上模板和下模板共同包围形成密闭的注胶腔体；所述入口和出口分别与所述注胶腔体连通。

进一步的，所述上模板设有上模板开口；所述下模板设有下模板开口；所述上模板开口和下模板开口的位置相互对应，共同形成所述入口。

进一步的，所述上模板和/或下模板上设有若干个的紧固螺栓孔和紧固螺栓。

进一步的，所述注胶盒还包括若干个的中间模板，所述中间模板设置于所述上模板和下模板之间，将所述注胶腔体分割为若干个的注胶子腔体。

进一步的，所述中间模板的上下两端分别设有中间模板上开口和中间模板下开口。

进一步的，所述的纤维增强合成轨枕的制备方法，还包括以下步骤：

s4.将数量为两个以上的通过步骤s3获得的所述纤维增强合成轨枕相互粘接。

进一步的，在步骤s4中，将密度不同的两个以上的所述纤维增强合成轨枕相互粘接。

进一步的，所述增强纤维材料为连续增强纤维和/或纤维织物中的至少一种。

一种采用所述的纤维增强合成轨枕的制备方法获得的纤维增强合成轨枕。

本发明与现有技术相比，其优点在于：本发明通过注胶解决了制作合成轨枕时大量纤维纱束的浸渍不充分问题，并通过设置密封的注胶盒，使树脂液体由注胶机直接浸入封闭的注胶盒内而不直接暴露于空气中，则可明显改善生产环境。此外，本发明在合成轨枕内部增加了纤维织物，以提高合成轨枕沿长轴方向的剪切强度、弯曲强度、弯曲弹性模量、道钉抗拔强度，使得所述合成轨枕能够应用于普通铁路、轻轨铁路、高速铁路、重载铁路、景观栈道、海洋船舶平台、市政综合管廊等对轨枕强度要求较高的多个领域中。尤其，服役一段时间后的合成轨枕内部，尤其是在螺纹道钉周围容易形成微裂纹。本发明通过增强纤维的设置，可以有效阻碍沿长纤维方向扩展的裂纹，有效避免裂纹的进一步扩展，从而提高了合成轨枕的耐久性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明实施例的纤维增强合成轨枕的制备装置示意图；

图2：本发明实施例的纤维增强合成轨枕的整体示意图；

图3：本发明实施例的纤维增强合成轨枕的截面示意图；

图4：本发明实施例的注胶盒的第一示意图；

图5：本发明实施例的注胶盒的第二示意图；

图6：本发明实施例的注胶盒的第三示意图；

图7：本发明实施例1的纤维增强合成轨枕的制备方法获得的合成轨枕截面示意图；

图8：本发明实施例2的纤维增强合成轨枕的制备方法获得的合成轨枕截面示意图。

为进一步清楚地说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了以下附图标记，并加以说明：

注胶盒-100，导纱装置-200，挤压装置-300，固化成型装置-400，上模板-101，下模板-102，注胶孔-103，注胶腔体-104，注胶子腔体-104’，紧固螺栓孔-105，紧固螺栓-106，中间模板-107，上模板开口-1013，下模板开口-1023，中间模板上开口-1071，中间模板下开口-1072，发泡树脂基体-1，连续增强纤维-2，纤维织物-3，粘接层-4。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段，达到目的与功效易于理解，下面结合具体图示对本发明的实施例进行详细说明。

需要说明，本发明中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“横向”、“纵向”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1-3所示，本发明实施例提供了一种纤维增强合成轨枕的制备方法，包括以下步骤：

s1.导纱，将增强纤维材料导入注胶盒100；

s2.浸渍，向所述注胶盒100中注入发泡树脂基体1，使得所述增强纤维材料在所述发泡树脂基体1中进行浸渍；

s3.后处理，对内部和/或表面分布有所述增强纤维材料的所述发泡树脂基体1进行挤压、成型、冷却和切割，获得所述纤维增强合成轨枕。

其中，步骤s1的所述导纱是指，将至少一种的所述增强纤维材料通过导纱装置200引导至所述注胶盒100中。所述增强纤维材料可以是1200tex～9600tex的任一种或几种纤维无捻粗纱，也可扩展为合股纱。所述导纱装置200有效提高了所述增强纤维材料在合成轨枕内的分布，提高了合成轨枕性能的均一性。步骤s2的所述浸渍是指，将发泡树脂基体混合均匀后注入所述注胶盒100，使所述增强纤维材料浸渍于所述发泡树脂基体中。所述发泡树脂基体可以是包括异氰酸酯和多元醇混合物的双组份发泡聚氨酯。

步骤s3的所述后处理是指，通过送料装置将带有所述增强纤维材料的所述发泡树脂基体送至挤压装置300中挤压，将由挤压装置300输出的物料送入固化成型装置400中进行固化，固化温度范围为100℃～220℃，完成固化成型过程后，通过牵引装置将物料送到成型模具系统外部，进行冷却和切割。优选的，固化成型装置400由上下两台循环滚动的层压机及左右侧链循环装置组成，其运行速度为0.1～3m/min，在40～100℃之间制动控温。合成轨枕在其组成的固化通道内完成发泡、固化、成型过程。在本发明的部分实施方式中，还包括以下步骤：s4.将数量为两个以上的通过步骤s3获得的所述纤维增强合成轨枕通过粘接层4，相互粘接。现有技术中一体成型的合成轨枕由于体积和厚度较大，因此在浸渍和固化成型工艺中容易出现浸渍不匀和散热不均的问题，导致合成轨枕的性能下降。相互粘接的所述合成轨枕的密度范围为400kg/m³～1200kg/m³。若干个相互粘接的所述合成轨枕的密度可以相同，也可以各自不同。优选的，在步骤s4中，可将密度不同的两个以上的所述纤维增强合成轨枕相互粘接。进一步优选的，使得靠近上下两端的所述合成轨枕的密度大于中部的所述合成轨枕的密度。上述结构设计有助于在保证所述纤维增强合成轨枕强度的基础上，降低所述纤维增强合成轨枕的自重，减小施工难度。

所述增强纤维材料为连续增强纤维2和/或纤维织物3中的至少一种。所述连续增强纤维2的材料和所述纤维织物3的材料选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的任意一种或几种的组合。所述纤维织物3为编织布、无纺布、三维织物中的任意一种或几种的组合。现有技术中的合成轨枕仅设置有与长轴方向平行的增强纤维，因此，在使用时，合成轨枕容易出现开裂，并存在剪切强度低的问题。相比于现有技术，本发明实施例在合成轨枕中设置了所述纤维织物3，通过所述纤维织物3增强了合成轨枕的剪切强度。

如图4-6所示，所述注胶盒100为密封的中空盒体，所述注胶盒100上设有注胶孔103，所述注胶孔103的数量根据模板宽度调整，一般为1-5个。所述注胶盒100的厚度可在3mm～30mm之间调整。所述注胶盒100的两端分别设有入口和出口，所述发泡树脂基体1通过所述注胶孔103注入所述注胶盒100，所述增强纤维材料通过所述入口进入所述注胶盒100，并在所述发泡树脂基体1中进行浸渍，内部和/或表面分布有所述增强纤维材料的所述发泡树脂基体1通过所述出口送出。所述注胶盒100的数量可以为多个，多个所述注胶盒100上下叠加排列，以便所述增强纤维材料浸渍后汇聚。

所述注胶盒100包括上模板101和下模板102，所述注胶孔103设置于所述上模板101和/或下模板102上，所述上模板101和下模板102共同包围形成密闭的注胶腔体104；所述入口和出口分别与所述注胶腔体104连通。所述上模板101和/或下模板102上设有若干个的紧固螺栓孔105和紧固螺栓106。所述上模板101和下模板102通过所述紧固螺栓孔105和紧固螺栓106进行相互连接固定。

所述上模板101包括矩形的上模板顶壁和围绕所述上模板顶壁边缘设置的上模板侧壁，所述下模板102包括矩形的下模板顶壁和围绕所述下模板顶壁边缘设置的下模板侧壁。

所述上模板顶壁上设置有上模板开口1013；所述下模板顶壁上设置有下模板开口1023；所述上模板开口1013和下模板开口1023的位置相互对应，共同形成所述入口。

在本发明的部分实施方式中，所述注胶盒100还包括若干个的中间模板107，所述中间模板107设置于所述上模板101和下模板102之间，将所述注胶腔体104分割为若干个的注胶子腔体104’。所述中间模板107的上下两端分别设有中间模板上开口1071和中间模板下开口1072，用于使得所述增强纤维材料通过。

实施例1

在本实施例中，采用三个所述注胶盒100，进行所述纤维增强合成轨枕的制备，每个所述注胶盒100的尺寸相同，均为宽度235mm，厚度14mm，长度1500mm。采用宽度为235mm，面密度为300g/m³的玻璃纤维方格布共4层，分别排布于上方注胶盒100和下方注胶盒100的上下两端，并与玻璃纤维一起进入注胶腔体104。以质量份记计，所述纤维增强合成轨枕的配方如下：聚氨酯异氰酸酯100份，多元醇混合物100份，玻璃纤维方格布30份，连续玻璃纤维170份。其中增强纤维含量共计为50％。

通过步骤s1至s3，制作密度为740kg/m³的若干个合成轨枕，将所述合成轨枕相互粘接，获得厚度为75mm的整体合成轨枕。再将两根长度为2450mm的整体合成轨枕经过打磨工序后，使用乙烯基树脂胶黏剂在加压下粘结，并经最后的打磨、切割、喷漆、标识工序制作成如图7所示的合成轨枕制品。

实施例2

在本实施例中，采用六个所述注胶盒100，每个所述注胶盒100的尺寸相同，均为宽度235mm，厚度14mm，长度1500mm。以宽度为235mm，面密度为300g/m³的玻璃纤维方格布共6层，与玻璃纤维一起进入注胶腔体104。以质量份记计，所述纤维增强合成轨枕的配方如下：聚氨酯异氰酸酯100份，多元醇混合物100份，玻璃纤维方格布40份，连续玻璃纤维200份。其中增强纤维含量共计为55％。

通过步骤s1至s4，制作密度为740kg/m³，厚度为145mm的合成轨枕母材。该合成轨枕母材经打磨、切割、喷漆、标识工序制作成如图8所示的合成轨枕制品。

显然，上述实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。