专利名称：酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法。
背景技术：
我国是世界上木材资源比较贫乏的国家之一，但确是ー个木材消费大国，木材的供需矛盾始終十分尖鋭。如何将林木的生物量最大化地利用，生产较多的木材替代产品，用于国民经济建设，是森林エ业行业及科技工作者的重大课题。我国木材综合利用水平及利用率比较低，特别是对林木的剩余资源利用率更低，仅是森林エ业发达国家的40%左右。林木资源的充分利用及高附加值产品的生产，特别是国民经济建设急需部门产品的研发及生产具有重要的现实及历史意义。我国是ー个地域辽阔的大陆国家，人口众多，资源分配不均衡，这就必然决定了大量资源与人员需要长途调运。不论是运输里程还是运输量，鉄路运输在五大运输方式中都是最高的。鉄路是保证我国经济快速发展的基础和根本。截至20世纪末，我国鉄路建设总里程突破7万km，运营里程达到6. 64万km，计划到2050年中国铁路网规模达到14万km。根据运量和行车速度等运营条件的要求，每公里线路上铺设轨枕的数量在1440 1840根，如按最低限计算，需要轨枕I. 06亿根。加上需要更替的轨枕，将有I. 2亿根轨枕缺ロ，如这ー问题不能很好解决，将严重制约国民经济的快速发展。据统计，北美目前毎年更换轨枕大约1200万根，未来2 5年会进ー步提高到140(Tl600万根/年；俄罗斯有超过2. 5亿根的木质轨枕亟待更换(鉄路干线、地铁线路、森林窄轨铁路和电气火车鉄路)，因此，不论是世界上的其它国家还是我国，对轨枕数量的需求都是非常大的，急需研制、开发各项技术指标先进的新型优质轨枕，而复合材料轨枕将成为铁路运输的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供ー种酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，不但操作方便快捷，而且所得产品性能优良。所述目的是通过如下方案实现的
ー种酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，依次包括以下步骤
(1).预浸料的制备将木质剩余物制备成粒度为I 3mm的木屑，烘箱干燥，使其含水率控制在6%以下；将毛竹片打磨去除表面毛刺和污垢，用酚醛树脂胶浸泡3-7min，处理后加热干燥、冷却备用；将酚醛树脂胶雾化后与木质剩余物在搅拌机中充分均匀搅拌备用，酚醛树脂胶占混合物总重量的比例为159^17% ；
(2).表面材料的制备将玻璃纤维布在酚醛树脂胶中充分浸泡，制成预浸料，放入烘箱加热至6(T70°C，保持2-3小时后，将预浸料从烘箱中取出，冷却备用；
(3).复合材料的制备将预浸好的玻璃纤维方格布均匀铺放于模具的四周；向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，厚度一致，加入量为总量的25%，横向均匀铺放第一层冷却备用的毛竹片，毛竹片平均间距10 mm;继续向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，カロ入量为总量的25%，纵向铺放第二层毛竹片，间距同第一层；继续向模具中均匀地加入25%的木质剩余物预浸料，横向均匀铺放第三层冷却备用的毛竹片；继续向模具中均匀地加入剰余25%的木质剩余物预浸料，合上模具的上盖，使热压机开始加压，热压温度为180 200°C，采用三段式热压，高压单位压カ为4. 5 5MPa，时间为I I. 5min，保压单位压カ为2.8 3MPa，时间为8 lOmin，低压单位压カ为0. 8 IMPa，时间为1.5 21^11，ー次降压。恒温保持15 17min，将模具卸压并使其冷却后，打开模具，将复合材料轨枕取出。浸泡毛竹片用的酚醛树脂胶，其酚醛树脂质量为28 32%。与木质剩余物一同搅拌所使用的酚醛树脂胶，雾化前酚醛树脂质量为41-45%。所述方法中，酚醛树脂胶中含有占酚醛树脂胶总重量3-5%的尿素。所述方法中，玻璃纤维布为规格为EW200的玻璃纤维方格布。所述方法中，纵向铺放的毛竹片的长度与轨枕长度相同，横向铺放的毛竹片的长度与轨枕宽度相同，具体地，纵向铺放的毛竹片的尺寸为5X15X 2500mm,横向铺放的毛竹片的尺寸为5X 15X220mm。 所述方法中，木质剩余物为杨树、落叶松、云杉、冷杉树种中的ー种或多种。本发明具有以下优点
I.本发明利用了大量的木质剩余物，成本低廉，使用性能好，不但克服了水泥轨枕存在的缺点，而且发展了木材的节约代用，优化了木材消费结构，在一定程度上缓解了我国木材资源紧张的状况，改善了森林资源的可持续利用和生态环境。2.轨枕是承载物体，主要是承受由压应カ产生的弯曲。该轨枕材料有ー个纵向铺设的竹条对称中心平面，向两侧均匀分布横向铺设的竹条对应层。当轨枕受力被弯曲时，承受最大剪应カ的中心层将是竹条平面，本发明设置三层竹条平面的纤维方向互相垂直，使轨枕在纵、横两个方向上发生的蠕变和抗拉强度基本趋向一致，有效保证了轨枕的整体強度，从而提高了轨枕的承载能力。3.本发明在预浸料的制备过程中控制与木质剩余物搅拌使用的酚醛树脂胶占混合物总重量的比例为159^17%，经试验证明，①此施胶量可使木屑间、木屑与毛竹片、木屑与EW200中碱玻璃纤维形成最佳的界面结合，使轨枕材料的整体稳定性达到最佳；②使轨枕整体缓冲性能优于水泥轨枕，弾性模量达到0. 5667GPa，接近木材横纹抗压強度此施胶量，轨枕24小时吸水厚度膨胀率为4. 75%，使轨枕的防水性能满足要求防紫外线老化性能达到良好效果，满足耐老化性能要求。4.本发明在表面材料的制备时先将玻璃纤维浸胶，这种做法可大大提高玻璃纤维与木屑、毛竹片界面的结合效果，使轨枕的整体稳定性和抗冲击強度得到提高；另外，防水能是复合材料轨枕使用环境的要求，酚醛树脂胶具有良好的防水性能，玻璃纤维浸胶后，包覆于轨枕材料表面，通过高频压机，使轨枕表面形成致密的保护层，从而大大提高了防水性能和防腐蚀性能。5.本发明可设计性好，可以根据不同的用途要求，灵活地对原材料进行选择、对各组分分布设计，在エ艺条件保证的前提下，使原组分材料优点互补，能呈现出色的综合性倉^:。6.本发明制备エ艺简单，操作容易，具有良好的应用前景。具体实施例方式下面详细阐述本发明优选的实施方式。实施例一
酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，依次包括以下过程
(I).预浸料的制备将木质剩余物制备成粒度为I 3mm的木屑，经电动筛选机筛分去杂，烘箱干燥，使其含水率控制在6%以下；将5 X 15 X 2500mm和5 X 15 X 220mm的毛竹片打磨去除表面毛刺和污垢，用酚醛树脂占总质量30%的酚醛树脂胶浸泡5min，处理后加热干燥、冷却备用；将固体重量(酚醛树脂)占43%的酚醛树脂胶雾化后与木质剩余物在搅拌机中充分均匀搅拌备用，酚醛树脂胶占混合物总重量的比例为16%，酚醛树脂中加入4 %的尿素。(2).表面材料的制备将规格为EW200的玻璃纤维布在固体含量43%的酚醛树脂胶中充分浸泡，制成预浸料，放入烘箱加热至62°C，保持2-3小时后，将预浸料从烘箱中取出，冷却备用。(3).复合材料的制备将预浸好的玻璃纤维方格布均匀铺放于模具的四周；向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，厚度一致，加入量为总量的25%，横向均匀铺放第一层冷却备用的毛竹片，毛竹片平均间距10 mm;继续向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，加入量为总量的25%，纵向铺放第二层毛竹片，间距同第一层；继续向模具中均匀地加入25%的木质剩余物预浸料，横向均匀铺放第三层冷却备用的毛竹片；继续向模具中均匀地加入剰余25%的木质剩余物预浸料，合上模具的上盖，使热压机开始加压，热压温度为180°C，采用三段式热压，高压单位压カ为5MPa，时间为lmin，保压单位压カ为3MPa，时间为8min，低压单位压カ为0. 8MPa，时间为2min，一次降压。恒温保持15min，将模具卸压并使其冷却后，打开模具，将复合材料轨枕取出。实施例ニ
酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，依次包括以下过程
(I).预浸料的制备将木质剩余物制备成粒度为2mm的木屑，经电动筛选机筛分去杂，烘箱干燥，使其含水率控制在4%以下；将5 X 15 X 2500mm和5 X 15 X 220mm的毛竹片打磨去除表面毛刺和污垢，用酚醛树脂占总质量28%的酚醛树脂胶浸泡7min，处理后加热干燥、冷却备用；将固体重量(酚醛树脂)占45%的酚醛树脂胶雾化后与木质剩余物在搅拌机中充分均匀搅拌备用，酚醛树脂胶占混合物总重量的比例为15%，酚醛树脂中加入3 %的尿素。(2).表面材料的制备将规格为EW200的玻璃纤维布在固体含量40%的酚醛树脂胶中充分浸泡，制成预浸料，放入烘箱加热至68°C，保持2-3小时后，将预浸料从烘箱中取出，冷却备用。(3).复合材料的制备将预浸好的玻璃纤维方格布均匀铺放于模具的四周；向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，厚度一致，加入量为总量的25%，横向均匀铺放第一层冷却备用的毛竹片，毛竹片平均间距10 mm;继续向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，加入量为总量的25%，纵向铺放第二层毛竹片，间距同第一层；继续向模具中均匀地加入25%的木质剩余物预浸料，横向均匀铺放第三层冷却备用的毛竹片；继续向模具中均匀地加入剰余25%的木质剩余物预浸料，合上模具的上盖，使热压机开始加压，热压温度为、200°C，采用三段式热压，高压单位压カ为4. 5MPa，时间为I. 5min，保压单位压カ为2. 8MPa，时间为lOmin，低压单位压カ为IMPa，时间为I. 5min，一次降压。恒温保持17min，将模具卸压并使其冷却后，打开模具，将复合材料轨枕取出。实施例三
酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，依次包括以下过程
(I).预浸料的制备将木质剩余物制备成粒度为I 3mm的木屑，经电动筛选机筛分去杂，烘箱干燥，使其含水率控制在6%以下；将5 X 15 X 2500mm和5 X 15 X 220mm的毛竹片打磨去除表面毛刺和污垢，用酚醛树脂占总质量32%的酚醛树脂胶浸泡3min，处理后加热干燥、冷却备用；将固体重量(酚醛树脂)占41%的酚醛树脂胶雾化后与木质剩余物在搅拌机中充分均匀搅拌备用，酚醛树脂胶占混合物总重量的比例为17%，酚醛树脂中加入5%的尿素。(2).表面材料的制备将规格为EW200的玻璃纤维布在固体含量45%的酚醛树脂胶中充分浸泡，制成预浸料，放入烘箱加热至65°C，保持2-3小时后，将预浸料从烘箱中取出，冷却备用。(3).复合材料的制备将预浸好的玻璃纤维方格布均匀铺放于模具的四周；向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，厚度一致，加入量为总量的25%，横向均匀铺放第一层冷却备用的毛竹片，毛竹片平均间距10 mm;继续向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，加入量为总量的25%，纵向铺放第二层毛竹片，间距同第一层；继续向模具中均匀地加入25%的木质剩余物预浸料，横向均匀铺放第三层冷却备用的毛竹片；继续向模具中均匀地加入剰余25%的木质剩余物预浸料，合上模具的上盖，使热压机开始加压，热压温度为190°C，采用三段式热压，高压单位压カ为4. 8MPa，时间为I. 2min，保压单位压カ为2. 9MPa，时间为9min，低压单位压カ为0. 9MPa，时间为I. 8min，一次降压。恒温保持16min，将模具卸压并使其冷却后，打开模具，将复合材料轨枕取出。实施例一至三所述木质剰余物，可以为杨树、落叶松、云杉、冷杉树种中的ー种或多种。前述实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。权利要求
1.ー种酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤 (1).预浸料的制备将木质剩余物制备成粒度为I 3mm的木屑，烘箱干燥，使其含水率控制在6%以下；将毛竹片打磨去除表面毛刺和污垢，用酚醛树脂胶浸泡3-7min，处理后加热干燥、冷却备用；将酚醛树脂胶雾化后与木质剩余物在搅拌机中充分均匀搅拌备用，酚醛树脂胶占混合物总重量的比例为159^17% ； (2).表面材料的制备将玻璃纤维布在酚醛树脂胶中充分浸泡，制成预浸料，放入烘箱加热至6(T70°C，保持2-3小时后，将预浸料从烘箱中取出，冷却备用； (3).复合材料的制备将预浸好的玻璃纤维方格布均匀铺放于模具的四周；向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，厚度一致，加入量为总量的25%，横向均匀铺放第一层冷却备用的毛竹片，毛竹片平均间距10 mm;继续向模具中均匀地加入木质剩余物预浸料，カロ入量为总量的25%，纵向铺放第二层毛竹片，间距同第一层；继续向模具中均匀地加入25%的木质剩余物预浸料，横向均匀铺放第三层冷却备用的毛竹片；继续向模具中均匀地加入剰余25%的木质剩余物预浸料，合上模具的上盖，使热压机开始加压，热压温度为180 ·200°C，采用三段式热压，高压单位压カ为4. 5 5MPa，时间为I I. 5min，保压单位压カ为2.8 3MPa，时间为8 lOmin，低压单位压カ为0. 8 IMPa，时间为1.5 21^11，ー次降压；恒温保持15 17min，将模具卸压并使其冷却后，打开模具，将复合材料轨枕取出。
2.根据权利要求I所述的酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，其特征在于浸泡毛竹片用的酚醛树脂胶，其酚醛树脂质量为28 32%。
3.根据权利要求I所述的酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，其特征在干与木质剩余物一同搅拌所使用的酚醛树脂胶，雾化前酚醛树脂质量为41-45%。
4.根据权利要求3所述的酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，其特征在于所述酚醛树脂胶中含有占酚醛树脂胶总重量3-5%的尿素。
5.根据权利要求I所述的酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，其特征在于所述玻璃纤维布为规格为EW200的玻璃纤维方格布。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，其特征在于纵向铺放的毛竹片的长度与轨枕长度相同，横向铺放的毛竹片的长度与轨枕宽度相同。
7.根据权利要求6所述的酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，其特征在于纵向铺放的毛竹片的尺寸为5X 15X2500mm ;横向铺放的毛竹片的尺寸为5X 15X220mm。
8.根据权利要求6所述的酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，其特征在于所述木质剩余物为杨树、落叶松、云杉、冷杉树种中的ー种或多种。
全文摘要
本发明提供一种轨枕的制备方法，解决现有技术中没有复合材料轨枕的问题。一种酚醛树脂基复合材料轨枕的制备方法，依次包括预浸料的制备、表面材料制备和复合材料制备的过程。本发明利用了大量的木质剩余物，成本低廉，使用性能好，不但克服了水泥轨枕存在的缺点，而且发展了木材的节约代用，优化了木材消费结构，在一定程度上缓解了我国木材资源紧张的状况，改善了森林资源的可持续利用和生态环境。
文档编号B27N3/08GK102744753SQ20121025730
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者孙月, 王桂英, 王维, 肖生苓 申请人:东北林业大学