一种轻质复合轨枕及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及高分子材料【技术领域】，尤其涉及一种轻质复合轨枕及其制备方法，该轻质复合轨枕包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10：1～100：0.1～1。本发明的作用是：制得的新型轻质复合材料轨枕不仅机械强度高、耐腐蚀、抗疲劳，而且低吸水、电绝缘、耐用性好，更重要的是其重量轻，可以通过不同的模具成型出各种类型和尺寸规格的轨枕，结构丰富多样，且铺设方便，可满足不同的工况，既可用作一般的路枕，也可用作道岔轨枕或桥枕，减少桥梁自重的同时提高了铁路运营的安全性和稳定性。
【专利说明】一种轻质复合轨枕及其制备方法【技术领域】[0001]本发明涉及高分子材料【技术领域】，尤其涉及一种轻质复合轨枕及其制备方法。【背景技术】[0002]目前，铁路已成为众多交通运输工具中最重要的一种，轨枕作为其重要组成部分， 其性能优劣对铁路的安全运营乃至国民经济的发展起着至关重要的作用。[0003]在世界铁路轨枕技术发展史上，相继出现了木枕、钢轨枕和混凝土轨枕，这三种轨枕在不同的历史时期发挥了重要的作用。其中，木枕造价低、弹性好、重量轻、易加工和铺设，且绝缘性好，但也存在易开裂、耐候性差、使用寿命短等问题，更为重要的是，木枕以消耗森林资源为代价，必然会造成严重的环境问题，影响经济的可持续发展。而钢轨枕的突出优点是使用寿命长，废旧钢铁可回收利用，但不足之处是造价高、噪音大、重量大，铺设及维护极为不便，因此只在少数国家有所应用。相比较而言，混凝土轨枕综合了木枕造价低和钢轨枕使用寿命长、稳定性好等优点，是目前应用最为普遍的一种轨枕，但其与钢轨枕一样同样存在重量大、弹性及消音减震效果差、绝缘性差等缺点，而且在载荷作用下容易产生裂缝，由此对行车安全构成重大安全隐患。[0004]近些年，随着高速和重载铁路的发展，以及日益突出的环保问题，和人们对安全性、经济性、舒适性的现实需求，迫切需要开发出一种全新的轨枕材料。尤其是近几年桥梁安全事故明显趋于多发，为此特别对桥枕提出了更高的要求，不仅需要高性能化，更要轻量化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种轻质复合轨枕及其制备方法，解决了现有的轨枕存在使用寿命短、资源浪费、稳定性差、重量大以及安装困难的问题。[0006]为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是:[0007]—种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10:1~100:0.1~I。[0008]进一步的，所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，其重量比依次为1:1~1.5。[0009]进一步的，所述多元醇组份包含有多元醇、发泡剂、催化剂和匀泡剂，其重量比依次为 100:0.05 ~0.15:0.02 ~3:0.5 ~3。[0010]进一步 的，所述多元醇为聚醚多元醇，羟值为350~650mgK0H / g，所述发泡剂为水，所述催化剂主要由三乙醇胺和二月桂酸二丁基锡组成，其重量比为1:0.5~1，所述匀泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚醚改性聚硅氧烷。[0011]进一步的，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1，6_己二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或多种。[0012]进一步的，所述基体增强材料为短纤维或复合筋，所述复合筋由纤维和树脂按重量比1:99~99:1组合而成，复合筋的直径为2mm~20mm。
[0013]进一步的，所述短纤维或纤维均可以是短纤维棉、麻、蚕丝、醋酸纤维、铜氨纤维、 尼龙纤维、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维、聚苯硫醚纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、 聚酰亚胺纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和陶瓷纤维中的一种或多种，短纤维的长度为O~150mm ;所述树脂为聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、环氧树月旨、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种。[0014]进一步的，所述轻质填料是膨胀珍珠岩、玻化微珠、玄武岩微珠，轻质碳酸钙、膨润土和珍珠砂中的一种或多种。[0015]另外本申请还提供两种制备方法，如下，[0016]一种轻质复合轨枕的制备方法，包括以下步骤:[0017]步骤一，选取聚氨酯原液组合料、基体增强材料、轻质填料，按重量比依次取10: I~100:0.1~1，其中聚氨酯原液组合料包括多元醇和异氰酸酯；[0018]步骤二，所述基体增强材料为纤维和树脂组成的复合筋，将复合筋按轨枕设计增强方向排布于模具内腔，同时根据需要在模具内布设预留孔或预埋件组件；[0019]步骤三，将聚氨酯原液组合料与轻质填料快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内；[0020]步骤四，密闭模具进行发泡即制成轻质复合材料轨枕。[0021]进一步的，所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，是先将多元醇和轻质填料均匀混合后，再加入异氰酸酯组份快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内。[0022]另一种轻质复合轨枕的制备方法，包括以下步骤:[0023]步骤一，选取聚氨酯原液组合料、基体增强材料、轻质填料，按重量比依次取10: I~100:0.1~1，其中聚氨酯原液组合料包括多元醇和异氰酸酯；[0024]步骤二，所述基体增强材料为短纤维，将聚氨酯原液组合料、短纤维与轻质填料快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内；[0025]步骤三，密闭模具进行发泡即制成轻质复合材料轨枕。[0026]进一步的，所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，是先将多元醇、短纤维和轻质填料均匀混合后，再加入异氰酸酯组份快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内。[0027]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:[0028]制得的新型轻质复合材料轨枕不仅机械强度高、耐腐蚀、抗疲劳，而且低吸水、电绝缘、耐用性好，更重要的是其重量轻，可以通过不同的模具成型出各种类型和尺寸规格的轨枕，结构丰富多样，且铺设方便，可满足不同的工况，既可用作一般的路枕，也可用作道岔轨枕或桥枕，减少桥梁自重的同时提高了铁路运营的安全性和稳定性。【具体实施方式】[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0030]在现有技术的背景下，研究出了复合材料轨枕，其中尤以纤维增强聚氨酯复合材料轨枕效果最好，该轨枕重量轻、减震消音效果好、绝缘性能优异、使用寿命长，是传统轨枕的理想替代品，特别对于桥梁，用复合材料轨枕替代混凝土枕，可以大大减少桥梁自重，而且利用复合材料轨枕很强的减震性能还可以减少列车行驶震动对桥梁结构的不良影响，增大桥梁使用寿命。复合材料轨枕一般为线性实心型材，产品横向强度不高，且实际使用时还需要针对性的在现场进行钻孔、开槽、修型等操作，对铺设路基也有较高要求。安装工艺复杂，施工效率很低，严重影响施工进度。尤其是桥枕等形状较为复杂的轨枕，预留孔较多，底面还留有凹槽，这些因素都在一定程度上限制了复合材料轨枕的推广应用。[0031]根据本发明一种轻质复合轨枕的一个实施例:一种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10:1~100:0.1~I。[0032]根据本发明一种轻质复合轨枕的一个优选实施例:一种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10:1~100:0.1~I ;所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，其重量比依次为1:1~1.5。[0033]根据本发明一种轻质复合轨枕的另一个优选实施例:一种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10:1~100:0.1~I ;所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，其重量比依次为1:1~1.5，所述多元醇组份包含有多元醇、发泡剂、催化剂和匀泡剂，其重量比依次为100:0.05~0.15:0.02~ 3:0.5 ~3。[0034]根据本发明一种轻质复合轨枕的另一个优选实施例:一种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10:1~100:0.1~I ;所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，其重量比依次为1:1~1.5，所述多元醇组份包含有多元醇、发泡剂、催化剂和匀泡剂，其重量比依次为100:0.05~0.15:0.02~ 3:0.5~3，所述多元醇为聚醚多元醇，羟值为350~650mgK0H / g，所述发泡剂为水，所述催化剂主要由三乙醇胺和二月桂酸二丁基锡组成，其重量比为1:0.5~1，所述匀泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚醚改性聚硅氧烷。[0035]根据本发明一种轻质复合轨枕的另一个优选实施例:一种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10:1~100:0.1~I ;所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，其重量比依次为1:1~1.5，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1，6_己二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或多种。[0036]根据本发明一种轻质复合轨枕的另一个优选实施例:一种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10:1~100:0.1~1，所述基体增强材料为短纤维或复合筋，所述复合筋由纤维和树脂按重量比1:99~99:1组合而成，复合筋的直径为2mm~20mm。[0037]根据本发明一种轻质复合轨枕的另一个优选实施例:一种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为1 0:1~100:0.1~1，所述基体增强材料为短纤维或复合筋，所述复合筋由纤维和树脂按重量比1:99~99:1组合而成，复合筋的直径为2mm~20mm，所述短纤维或纤维均可以是短纤维棉、麻、蚕丝、、醋酸纤维、铜氨纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维、聚苯硫醚纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和陶瓷纤维中的一种或多种，短纤维的长度为O~150mm ;所述树脂为聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种。[0038]根据本发明一种轻质复合轨枕的另一个优选实施例:一种轻质复合轨枕，包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为10:1~100:0.1~1，所述轻质填料是膨胀珍珠岩、玻化微珠、玄武岩微珠，轻质碳酸钙、膨润土和珍珠砂中的一种或多种。[0039]根据本发明一种轻质复合轨枕的制备方法的一个实施例:一种轻质复合轨枕的制备方法，包括以下步骤:[0040]步骤一，选取聚氨酯原液组合料、基体增强材料、轻质填料，按重量比依次取10: I~100:0.1~1，其中聚氨酯原液组合料包括多元醇和异氰酸酯；[0041]步骤二，所述基体增强材料为纤维和树脂组成的复合筋，将复合筋按轨枕设计增强方向排布于模具内腔，同时根据需要在模具内布设预留孔或预埋件组件；[0042]步骤三，将聚氨酯原液组合料与轻质填料快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内；[0043]步骤四，密闭模具进行发泡即制成轻质复合材料轨枕。[0044]作为优选实施例，所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，是先将多元醇和轻质填料均匀混合后，再加入异氰酸酯组份快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内。[0045]根据本发明一种轻质复合轨枕的制备方法的另一个实施例:一种轻质复合轨枕的制备方法，包括以下步骤:[0046]步骤一，选取聚氨酯原液组合料、基体增强材料、轻质填料，按重量比依次取10: I~100:0.1~1，其中聚氨酯原液组合料包括多元醇和异氰酸酯；[0047]步骤二，所述基体增强材料为短纤维，将聚氨酯原液组合料、短纤维与轻质填料快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内；[0048]步骤三，密闭模具进行发泡即制成轻质复合材料轨枕。[0049]作为优选实施例，所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，是先将多元醇、短纤维和轻质填料均匀混合后，再加入异氰酸酯组份快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内。[0050]下面采用具体的配比实施例来加以说明本轻质复合轨枕的制备方法。[0051]配比方案一:[0052]按桥枕规格及尺寸对模具进行设计。按照10份聚氨酯原液组合料、60份玄武岩纤维和环氧树脂组成的复合筋、0.1份玻化微珠的重量比配比称取各原料。其中，聚氨酯原液组合料包括多元醇组分和异氰酸酯组分，两者质量比为1:1。多元醇组分中，聚醚多元醇、 水、三乙醇胺与二月桂酸二丁基锡的混合物及二甲基硅氧烷的质量比为100:0.1:0.05:1。 多元醇与二月桂酸二丁基锡按1:0.75的比例进行混合使用。玄武岩纤维和环氧树脂组成的复合筋的直径为10mm。[0053]将玄武岩纤维和环氧树脂组成的复合筋按照加固，规则地放置于轨枕模具内腔， 同时根据需要在模具内布设预留孔或预埋件组件。然后将多元醇组分与轻质填料混合均`匀，再加入异氰酸酯组分，快速搅拌混匀后，立即倒入模具内，密闭模具进行发泡即制成有预留孔和凹槽的轻质复合材料桥枕。[0054]配比方案二:[0055]按短枕规格及尺寸对模具进行设计。按照10份聚氨酯原液组合料、50份玻璃纤维和不饱和聚酯树脂组成的复合筋、0.2份膨胀珍珠岩的配比称取各原料；其中，聚氨酯原液组合料包括多元醇组分和异氰酸酯组分，两者质量比为1:1.2。多元醇组分中，聚醚多元醇、水、三乙醇胺与二月桂酸二丁基锡的混合物及聚醚改性聚硅氧烷的质量比为100:0.08:0.04:0.08，多元醇与二月桂酸二丁基锡按1:0.8的比例进行混合使用。玻璃纤维和不饱和聚酯树脂组成的复合筋的直径为10mm。[0056]将玻璃纤维和不饱和聚酯树脂组成的复合筋加固，规则地放置于轨枕模具内腔， 同时根据需要在模具内布设预留孔或预埋件组件，然后将多元醇组分与轻质填料混合均匀，再加入异氰酸酯组分，快速搅拌混匀后，立即倒入模具内，密闭模具进行发泡即制成有预留孔的轻质复合材料桥枕。[0057]配比方案三:[0058]按木枕规格及尺寸对模具进行设计。按照10份聚氨酯原液组合料、70份长度为 3mm的短玻璃纤维、0.15份玄武岩微珠的配比称取各原料；其中，聚氨酯原液组合料包括多元醇组分和异氰酸酯组分，两者质量比为1:1.3，多元醇组分中，聚醚多元醇、水、三乙醇胺与二月桂酸二丁基锡的混合物及聚醚改性聚硅氧烷的质量比为100:0.12:0.03:0.08，多元醇与二月桂酸二丁基锡按1:0.6的比例进行混合使用。[0059]根据需要在模具内布设预留孔或预埋件组件，将短玻璃纤维与多元醇组分预混合均匀后，再加入异氰酸酯组分，快速搅拌混匀后，立即喷射入模具内，密闭模具进行发泡即制成带有预留孔的轻质复合材料仿木轨枕。[0060]配比方案四:[0061]按照10份聚氨酯原液组合料、70份长度为5mm的短玻璃纤维与长度为3mm的短玄武岩纤维按1:2复配而成的混合物、0.15份玄武岩微珠的配比称取各原料。其中，聚氨酯原液组合料包括多元醇组分和异氰酸酯组分，两者质量比为1:1.3。多元醇组分中，聚醚多元醇、水、三乙醇胺与二月桂酸二丁基锡的混合物及聚醚改性聚硅氧烷的质量比为100:0.12:0.03:0.08。多元醇与二月桂酸二丁基锡按1:0.6的比例进行混合使用。[0062]尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解， 本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。 除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【权利要求】
1.一种轻质复合轨枕，其特征在于:包括聚氨酯原液组合料、基体增强材料和轻质填料，其重量比依次为.10:1~100:0.I~I。
2.根据权利要求1所述的一种轻质复合轨枕，其特征在于:所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，其重量比依次为1:1~1.5。
3.根据权利要求2所述的一种轻质复合轨枕，其特征在于:所述多元醇组份包含有多元醇、发泡剂、催化剂和匀泡剂，其重量比依次为100:0.05~0.15:0.02~3:0.5~3。
4.根据权利要求3所述的一种轻质复合轨枕，其特征在于:所述多元醇为聚醚多元醇， 羟值为350~650mgK0H / g，所述发泡剂为水，所述催化剂主要由三乙醇胺和二月桂酸二丁基锡组成，其重量比为1:0.5~1，所述匀泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚醚改性聚硅氧烷。
5.根据权利要求2所述的一种轻质复合轨枕，其特征在于:所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1，6_己二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种轻质复合轨枕，其特征在于:所述基体增强材料为短纤维或复合筋，所述复合筋由纤维和树脂按重量比1:99~99:1组合而成，复合筋的直径为 2mm ~20mmo
7.根据权利要求6所述的一种轻质复合轨枕，其特征在于:所述短纤维或纤维均可以是短纤维棉、麻、蚕丝、醋酸纤维、铜氨纤维、尼龙纤维、芳纶纤维、聚丙烯腈纤维、聚苯硫醚纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和陶瓷纤维中的一种或多种，短纤维的长度为O~150mm ;所述树脂为聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种轻质复合轨枕，其特征在于:所述轻质填料是膨胀珍珠岩、玻化微珠、玄武岩微珠，轻质碳酸钙、膨润土和珍珠砂中的一种或多种。
9.一种轻质复合轨枕的制备方法，其特征在于包括以下步骤:步骤一，选取聚氨酯原液组合料、基体增强材料、轻质填料，按重量比依次取10:1~ 100:0.1~1，其中聚氨酯原液组合料包括多元醇和异氰酸酯；步骤二，所述基体增强材料为纤维和树脂组成的复合筋，将复合筋按轨枕设计增强方向排布于模具内腔，同时根据需要在模具内布设预留孔或预埋件组件；步骤三，将聚氨酯原液组合料与轻质填料快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内；步骤四，密闭模具进行发泡即制成轻质复合材料轨枕。
10.根据权利要求9所述的一种轻质复合轨枕的制备方法，其特征在于:所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，是先将多元醇和轻质填料均匀混合后，再加入异氰酸酯组份快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内。
11.一种轻质复合轨枕的制备方法，其特征在于包括以下步骤:步骤一，选取聚氨酯原液组合料、基体增强材料、轻质填料，按重量比依次取10:1~ 100:0.1~1，其中聚氨酯原液组合料包括多元醇和异氰酸酯；步骤二，所述基体增强材料为短纤维，将聚氨酯原液组合料、短纤维与轻质填料快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内；步骤三，密闭模具进行发泡即制成轻质复合材料轨枕。
12.根据权利要求11所述的一种轻质复合轨枕的制备方法，其特征在于:所述聚氨酯原液组合料包括多元醇组份和异氰酸酯组份，是先将多元醇、短纤维和轻质填料 均匀混合后，再加入异氰酸酯组份快速搅拌混匀后，立即喷射或倒入模具内。
【文档编号】C08K7/26GK103497503SQ201310445969
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】胡斌, 杨盛华, 杨斌华, 李梦雅, 阮军 申请人:北京中铁润海科技有限公司