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一种耐寒性的高静刚度聚氨酯微孔弹性垫板

文献发布时间：2023-06-19 12:22:51

技术领域

本发明涉及一种耐寒性的高静刚度聚氨酯微孔弹性垫板，属于聚氨酯微孔弹性体技术领域。

背景技术

以模具制备的一定形状尺寸的聚氨酯微孔弹性垫板，具有优异的机械力学、耐磨、耐疲劳、耐水性、高绝缘性以及轻质等性能，在轨道交通领域方面逐渐得到了推广应用。其中，城市轨道客运线路用弹性垫板根据具体应用的场所实际压力不同，对弹性垫板的静刚度提出了不同要求，在加载1kN～35kN下，静刚度主要分为(23±2.3)kN/mm、(15±1.5)kN/mm和(8±0.8)kN/mm三个类别。对于不同静刚度的城市轨道客运线路用弹性垫板均需要满足如下要求：在长期循环受1kN～35kN压力，循环应变10％～30％的条件下，弹性垫板在加载条件下不仅要通过300万次以上的疲劳试验，而且其动静态刚度比要低于1.35，使用寿命至少6年以上，而且还要求弹性垫板具有较好的耐寒性能，在-35℃下16h弹性垫板的静刚度变化率低于20％，以满足我国东北、新疆等高寒地区的使用要求。然而，我国目前城市轨道客运线路用高性能聚氨酯微孔弹性垫板几乎全部依赖进口，这主要是因为国内研发的聚氨酯微孔弹性垫板着重于材料的刚度、动静刚度比、耐疲劳等性能，其耐寒性难以满足要求，在低温条件下材料的体积收缩率高，导致刚度和模量显著增大以及弹性下降，严重影响了其在低温环境的减振效果，从而限制了推广使用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种耐寒性的高静刚度聚氨酯微孔弹性垫板，通过优化聚氨酯微孔弹性垫板原料成分及各成分含量，在确保聚氨酯微孔弹性垫板满足静刚度和动静刚度比等其他指标使用要求的前提下，适当增加聚氨酯微孔弹性垫板内部微孔内的压力，从而降低聚氨酯弹性垫板在低温下的体积收缩率，使其在-35℃下16h的静刚度变化率低于20％，从而获得满足各项指标要求的城市轨道客运线路用高静刚度((23±2.3)kN/mm，加载1kN～35kN)聚氨酯微孔弹性垫板。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种耐寒性的高静刚度聚氨酯微孔弹性垫板，所述弹性垫板是由A组分与B组分固化成型得到的密度为650kg/m

所述A组分由聚醚多元醇、扩链剂、发泡剂、匀泡剂以及催化剂混合均匀配制而成；所述聚醚多元醇包含分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG1000)、分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG2000)以及分子量为5000的聚氧化丙烯三醇(EP330)；所述扩链剂为1,4-丁二醇(BDO)；所述发泡剂为H

以制备所述A组分的原料总质量为100份，则制备A组分的原料成分及各成分的质量含量如下：

所述B组分是含有-NCO基团的化合物与聚四氢呋喃醚多元醇在(80～100)℃下搅拌反应(4～6)h形成的NCO值在12～15之间的预聚体。

A组分含有的活泼-H(多元醇-OH中的活泼H和H

进一步地，先将A组分预热至(35±2)℃以及B组分预热至(45±2)℃，预热后的A组分和预热后的B组分混合均匀后浇注到预热至(65±5)℃的模具中，再将模具置于(65±5)℃下固化10min～15min，在模具中成型为耐寒性的高静刚度聚氨酯微孔弹性垫板。

进一步地，以制备所述A组分的原料总质量为100份，则制备A组分的原料成分及各成分的质量含量如下：

进一步地，制备B组分中，所述的含有-NCO基团的化合物选用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；所述聚四氢呋喃醚多元醇为PTMEG1000和PTMEG2000的混合物，相应地，PTMEG1000与PTMEG2000的质量比更优选1.3～1.7:1。

进一步地，含有-NCO基团的化合物为MDI，聚四氢呋喃醚多元醇为PTMEG1000和PTMEG2000的混合物时，以制备所述B组分的原料总质量为100份，则制备B组分的原料成分及各成分的质量含量如下：

PTMEG1000 25～40份

PTMEG2000 15～25份

MDI 40～60份。

有益效果：

(1)本发明通过选择制备聚氨酯微孔弹性垫板的原料成分，以及调控各成分的含量，在确保聚氨酯微孔弹性垫板满足静刚度和动静刚度比等其他指标使用要求的前提下，适当增加聚氨酯微孔弹性垫板内部微孔内的压力，从而降低其在低温下的体积变化率，使所制备的密度为650kg/m

(2)本发明所述的聚氨酯微孔弹性垫板中，聚氨酯弹性体基体的玻璃化转变温度低至-66℃，确保在-35℃下不发生因高分子的玻璃化转变现象导致弹性垫板刚度显著增大现象，仅发生低温下聚氨酯弹性体基体和微孔内气体的收缩。

(3)本发明所述的聚氨酯微孔弹性垫板中，化学发泡剂H

(4)本发明所述的聚氨酯微孔弹性垫板中，匀泡剂起到调节微孔闭孔率、调节微孔成核数量以及调节微孔尺寸均匀程度的关键作用，通过对匀泡剂的种类以及含量进行调控可以使其闭孔率达到90％以上。匀泡剂含量较低会造成闭孔率下降，匀泡剂含量过高对于进一步提升闭孔率没有效果，还可能影响其他性能。

(5)本发明所述的聚氨酯微孔弹性垫板中，BDMAE催化剂用于催化-NCO和H

附图说明

图1为实施例1制备的高静刚度聚氨酯微孔弹性垫板的扫描电子显微镜(SEM)图。

图2为对比例2制备的聚氨酯微孔弹性垫板的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

实施例1

(1)将15份PTMEG1000(官能度为2，分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇)、51份PTMEG2000(官能度为2，分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇)、24.4份EP330(官能度为3，分子量为5000的聚氧化丙烯三醇)、8.3份BDO(1,4-丁二醇)、0.2份H

将50份MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)、30份PTMEG1000以及20份PTMEG2000混合后，在氮气保护气氛下，于85℃下搅拌反应4h，得到-NCO值为13.39的B组分；

(2)按照A组分中活泼-H和B组分中-NCO基团1:1的摩尔比，将预热至35℃的A组分和预热至45℃的B组分经双组分聚氨酯浇注机混合均匀后，浇注到预热至65℃的可锁紧模具(模具能够锁死，不会因物料膨胀影响模腔内的体积)中，内腔体积为868cm

对本实施例所制备的弹性垫板进行微观形貌表征，从图1中的SEM照片可以看出，所制备的弹性垫板内部微孔尺寸分布范围比较窄，微孔大小比较均匀。

实施例2

(1)将15份PTMEG1000、51份PTMEG2000、24.4份EP330、8.3份BDO、0.23份H