一种一体成型轨枕减振复合件及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种一体成型轨枕减振复合件及其制备方法和应用，属于城市轨道交通减振技术领域。

背景技术

目前预制轨枕成为了城市轨道交通的主流形式，通常采用橡胶或常规聚氨酯减振垫与预制轨枕配合形成具有减振功能的梯形轨枕。随着城市轨道交通的提高运行速度、增加运行频次、提高运载能力、降低维护成本等更高需求，传统橡胶和常规聚氨酯减振垫的性能和服役寿命已经不能满足使用要求，需要频繁更换，导致线路维护成本居高不下，线路的运行也存在严重的安全隐患。另外，传统的梯形轨枕完成工厂预制后，将常规形式聚氨酯减振垫通过铆钉、锚固或者粘贴等二次加工的方式固定于梯形轨枕上，不仅工序复杂，而且聚氨酯减振垫与梯形轨枕的连接质量也难以保障，在地震及地质断裂段等特殊情况下轨道板或梯形轨枕与道床产生滑移后，可能出现聚氨酯减振垫抗剪破坏等情况。

发明内容

本发明的技术解决方案是：克服现有技术的不足，提出一种一体成型轨枕减振复合件及其制备方法和应用。

本发明的技术解决方案是：

一种一体成型轨枕减振复合件，该一体成型轨枕减振复合件的结构包括混凝土梯形轨枕预制件、尼龙丝网、高性能聚氨酯减振垫和背板；

所述尼龙丝网的一端预埋在混凝土梯形轨枕预制件的下端面，尼龙丝网的另一端预埋在聚氨酯减振垫的上端面，背板粘结在聚氨酯减振垫的下端面；

所述尼龙丝网的厚度d为10mm，尼龙丝网预埋在混凝土梯形轨枕预制件内部的厚度d1为4-6mm，尼龙丝网预埋在聚氨酯减振垫内部的厚度为d-d1，尼龙丝网的材质为聚酰胺，每平方米的尼龙丝网的质量为350-400g；

所述背板的厚度为0.5-0.8mm，材质为聚氨酯、聚酰胺、聚碳酸酯等极性材质薄板，硬度≥邵A90；

所述聚氨酯减振垫为聚氨酯微孔弹性体，厚度为25±0.5mm，密度为550-600kg/m

制备聚氨酯减振垫的原料包括A组分和B组分；

所述A组分的原料包括聚醚多元醇PTMEG2000、扩链剂1，4-丁二醇(BDO)、发泡剂(H

聚醚多元醇PTMEG2000 80％-90％

扩链剂1,4-丁二醇(BDO)10％-18％

发泡剂(H

匀泡剂 0.4％～0.8％

催化剂(双(二甲氨基乙基)醚(BDMAE) 0.10％～0.20％

二月桂酸二丁基锡(T

平衡催化剂 0.5％～0.8％

色浆 0.5％～1％

所述匀泡剂为江苏美思德公司牌号为AK7703的匀泡剂；

所述的色浆为Milliken X3LV牌号蓝色色浆；

所述的平衡催化剂为上海德音化学有限公司的牌号为PC-77聚氨酯催化剂；

A组分中：

优选的，以A组分的原料总质量为100％计，各原料成分及其质量分数如下：

聚醚多元醇PTMEG2000 82％～87％

BDO 13％～16％

H

匀泡剂 0.5％～0.7％

BDMAE 0.12％～0.15％

PC-77 0.6％～0.7％

T-12 0.012％～0.015％

色浆 0.6％～0.8％

将A组分的原料进行混合后得到A组分；

所述B组分是异氰酸酯与聚醚多元醇PTMEG1000在保护气体氛围中80-100℃下搅拌反应4-6h形成的-NCO值在12-14之间的预聚体；

B组分中：

优选的，所述的异氰酸酯为二异氰酸酯，更优选的，所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；

优选的，以制备所述B组分的原料总质量为100％计，各原料成分及其质量分数如下：

MDI 40％-50％；

聚醚多元醇PTMEG1000 50％～60％

优选的，所述保护气体为氮气；

A组分含有的活泼-H与B组分含有的-NCO基团的摩尔比为1.00:0.98-1.03；其中，所述活泼-H为聚醚多元醇PTMEG2000中的活泼-H、BDO中-OH的活泼-H和H

优选的，A组分含有的活泼-H与B组分含有的-NCO基团的摩尔比为1.00:1.00-1.02。

一种一体成型轨枕减振复合件的制备方法，该方法的步骤包括：

第一步，将A组分预热至30-35℃，B组分预热至40-45℃；

第二步，将模具加热到50-60℃，并在模具腔内和模具上盖上均匀涂抹脱模剂，然后将与模具内腔尺寸吻合的背板铺设在模具腔内底部；

第三步，将第一步中预热后的A组分和预热后的B组分用双组分聚氨酯浇注机搅拌混匀后浇注到第二步中预热好的模具腔内的背板上，进行发泡膨胀，15-20s后开始平稳发泡膨胀，继续膨胀15-25s后，在物料上方铺放尼龙丝网，然后合上模具上盖，熟化10-15min后，开模取出半成品，并将半成品在20-30min内进行辊压预处理去除聚氨酯减振垫的内应力，然后室温熟化2-3天后，裁切成需要尺寸，完成尼龙丝网、背板和聚氨酯减振垫的复合，并将得到的复合有尼龙丝网和背板的聚氨酯减振垫命名为复合件；所述预处理去除内应力时使用挤压设备挤压去除内应力，挤压复合件的厚度变形量为30％-40％；

所述模具腔内尺寸为：长为1200mm，宽为605mm，深度为30mm；背板尺寸为：长为1199mm，宽为604mm，厚度为0.5mm；A组分和B组分浇注到背板上后的厚度为14-15mm，当混合物料膨胀后的厚度为21-23mm铺放尼龙丝网；

所述的复合件的尺寸为：长为580±1.5mm，宽为20±1mm，聚氨酯减振垫的厚度为25±0.5mm。

第四步，在模具中浇筑混凝土，并将第三步得到的复合件放置在混凝土的上方，并用与复合件尺寸一致的设定重量的铁板压在复合件上，使复合件的尼龙丝网嵌入混凝土内，控制复合件的弹性体层覆盖在混凝土上方，然后对混凝土进行固化成型，得到一体成型轨枕减振复合件。

一种一体成型轨枕减振复合件的应用，将得到的一体成型轨枕减振复合件作为预制轨枕进行应用，将一体成型轨枕减振复合件放置在城市轨道的整体道床上，然后在一体成型轨枕减振复合件的上方固定安装铁轨。

有益效果

(1)本发明的一体成型轨枕减振复合件中，尼龙丝网是提前预埋至聚氨酯减振垫和混凝土梯形轨枕预制件中，可实现在预制混凝土梯形轨枕预制件生产过程中与混凝土梯形轨枕预制件一次性浇注成型，避免了施工过程通过铆钉、锚固或者粘贴等方式的与混凝土梯形轨枕预制件连接的二次加工；优势在于：聚氨酯减振垫与混凝土梯形轨枕预制件连接牢固，不会出现粘接不牢脱落问题；聚氨酯减振垫与混凝土梯形轨枕预制件可在工厂实现批量制备，制备工艺方便快捷；带丝网和背板的聚氨酯减振垫层可实现连续大批量生产，生产工艺简便；

(2)本发明的一体成型轨枕减振复合件中，聚氨酯减振垫具有优良的耐持续高频高强振动冲击、耐磨损、耐蠕变、耐老化、耐高低温、耐腐蚀等性能，服役寿命长，可降低该部件的维护更换频次；

(3)本发明的一体成型轨枕减振复合件中，尼龙丝网嵌入深度为4-6mm，确保能够与聚氨酯减振垫牢固链接，裸露在外的丝网部分，在施工时混凝土可充分嵌入丝网空隙中，从而在混凝土凝固后与混凝土牢固连接，能够提高聚氨酯减振垫的减振效果、使用寿命和安装质量；

(4)本发明的一体成型轨枕减振复合件中，聚氨酯减振垫、尼龙丝网层和背板为一次浇注成型，免于二次加工，制备工艺简单、生产便捷；

(5)本发明的一体成型轨枕减振复合件中，A组分和B组分的发泡膨胀的平稳度好，使得聚氨酯减振垫在厚度方向的密度均匀性好，且通过模具上盖合模的压力使得尼龙丝网均匀嵌入到聚氨酯减振垫内，实现控制尼龙丝网嵌入深度的目的，进一步使得尼龙丝网在聚氨酯减振垫中牢固性好、深度合适且分布均匀性好；

(6)本发明的一体成型轨枕减振复合件中，在20-30min内，在变形量30％～40％下挤压去除聚氨酯减振垫的内应力，可改善聚氨酯减振垫熟化过程中体积收缩而背板不收缩导致的垫板翘曲问题，并对聚氨酯减振垫的闭孔率和性能没有影响；

(7)本发明的一体成型轨枕减振复合件中，在聚氨酯减振垫的另一表面覆盖背板，可以避免与混凝土粘接时聚氨酯减振垫产生挠度导致的丝网嵌入深度不均匀问题导致影响减振效果问题，还可提高在地震、地质断裂带等有水平位移的特殊工况下的复合件的抗剪力。

(8)本发明涉及一种一体成型轨枕减振复合件及其制备方法和应用，属于城市轨道交通减振技术领域。本发明中，尼龙丝网是提前预埋至高性能聚氨酯减振垫中，可实现在混凝土梯形轨枕预制件生产过程中，通过外露的尼龙丝网与混凝土梯形轨枕预制件一次性浇注成型，避免了聚氨酯减振垫在施工过程中通过铆钉、锚固或者粘贴等方式与混凝土梯形轨枕预制件连接的二次加工；优势在于：采用高性能聚氨酯减振垫替代橡胶类或常规聚氨酯类聚氨酯减振垫，大幅度提高了聚氨酯减振垫的减振性能和服役寿命；聚氨酯减振垫与混凝土梯形轨枕预制件连接牢固，不会出现粘接不牢脱落问题；聚氨酯减振垫与混凝土梯形轨枕预制件可在工厂实现批量制备，制备工艺方便快捷；带丝网和背板的聚氨酯减振垫可实现连续大批量生产，生产工艺简便。

附图说明

图1为本发明的复合件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种一体成型轨枕减振复合件，如图1所示，该一体成型轨枕减振复合件的结构包括混凝土梯形轨枕预制件、尼龙丝网、聚氨酯减振垫和背板；

所述尼龙丝网的一端预埋在混凝土梯形轨枕预制件的下端面，尼龙丝网的另一端预埋在聚氨酯减振垫的上端面，背板粘结在聚氨酯减振垫的下端面；

所述尼龙丝网的厚度d为10mm，尼龙丝网预埋在混凝土梯形轨枕预制件内部的厚度d1为5mm，尼龙丝网预埋在聚氨酯减振垫内部的厚度为5mm，尼龙丝网的材质为聚酰胺，每平方米的尼龙丝网的质量为400g；

所述背板的厚度为0.6mm，材质为聚氨酯，硬度≥邵A90；

所述聚氨酯减振垫的厚度为25mm；

制备聚氨酯减振垫的原料包括A组分和B组分；

所述A组分的原料包括聚醚多元醇PTMEG2000、扩链剂1，4-丁二醇(BDO)、发泡剂(H

聚醚多元醇PTMEG2000 85％

扩链剂1,4-丁二醇(BDO)12.8％

发泡剂(H

匀泡剂 0.6％

催化剂(双(二甲氨基乙基)醚(BDMAE) 0.15％

二月桂酸二丁基锡(T

平衡催化剂 0.6％

色浆 0.6％

所述匀泡剂为江苏美思德公司牌号为AK7703的匀泡剂；

所述的色浆为Milliken X3LV牌号蓝色色浆；

所述的平衡催化剂为上海德音化学有限公司的牌号为PC-77聚氨酯催化剂；

将A组分的原料进行混合后得到A组分；

所述B组分是异氰酸酯与聚醚多元醇PTMEG1000在保护气体氛围中85℃下搅拌反应4h形成的-NCO值在1之间13.2的预聚体；

B组分中：所述的异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；

优选的，以制备所述B组分的原料总质量为100％计，各原料成分及其质量分数如下：

MDI 50％；

聚醚多元醇PTMEG1000 50％

优选的，所述保护气体为氮气；

A组分含有的活泼-H与B组分含有的-NCO基团的摩尔比为1.00:1.02。

一种一体成型轨枕减振复合件的制备方法，该方法的步骤包括：

第一步，将A组分预热至35℃，B组分预热至42℃；

第二步，将模具加热到55℃，并在模具腔内和模具上盖上均匀涂抹脱模剂，然后将与模具内腔尺寸吻合的背板铺设在模具腔内底部；

第三步，将第一步中预热后的A组分和预热后的B组分用双组分聚氨酯浇注机搅拌混匀后浇注到第二步中预热好的模具腔内背板上，进行发泡膨胀，18s后开始平稳发泡膨胀，继续膨胀20s后，在物料上方铺放尼龙丝网，然后合上模具上盖，熟化10min后，开模取出半成品，并将半成品在30min内进行辊压预处理去除聚氨酯减振垫的内应力，然后室温熟化2天后，裁切成需要尺寸，完成尼龙丝网、背板和聚氨酯减振垫的复合，并将得到的复合有尼龙丝网和背板的聚氨酯减振垫命名为复合件，如图1所示，所述预处理去除内应力时使用挤压设备挤压去除内应力，挤压复合件的变形量为30％；

所述模具腔内尺寸为：长为1200mm，宽为605mm，深度为30mm；背板尺寸为：长为1199mm，宽为604mm，厚度为0.5mm；A组分和B组分浇注到背板上后的厚度为14-15mm，当混合物料膨胀后的厚度为21-23mm铺放尼龙丝网；

所述的复合件的尺寸为：长为580±1.5mm，宽为20±1mm mm，弹性体层厚度为25±0.5mm。

第四步，在模具中浇筑混凝土，并将第三步得到的复合件放置在混凝土的上方，并用与复合件尺寸一致的设定重量的铁板压在复合件上，使复合件的尼龙丝网嵌入混凝土内，控制复合件的弹性体层覆盖在混凝土上方，然后对混凝土进行固化成型，得到一体成型轨枕减振复合件。

一种一体成型轨枕减振复合件的应用，将得到的一体成型轨枕减振复合件作为预制轨枕进行应用，将一体成型轨枕减振复合件放置在城市轨道的整体道床上，然后在一体成型轨枕减振复合件的上方固定安装铁轨。

聚氨酯减振垫的性能测试结果如表1所示；

表1聚氨酯减振垫性能