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CN106120480A - 一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕及其制作方法 - Google Patents

一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕及其制作方法 Download PDF

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CN106120480A
CN106120480A CN201610683181.1A CN201610683181A CN106120480A CN 106120480 A CN106120480 A CN 106120480A CN 201610683181 A CN201610683181 A CN 201610683181A CN 106120480 A CN106120480 A CN 106120480A
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沙磊
曾志斌
牛嘉禾
范霆
高健
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China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Railway Engineering Research Institute of CARS
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Shanghai Yu Yu Waterproof Engineering Technology Co Ltd
China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS
Railway Engineering Research Institute of CARS
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Abstract

本发明涉及一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕及其制作方法，由多块高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材通过粘结剂粘接而成，且所述轨枕的外表面设有防腐漆膜，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材以聚氨酯树脂和增强纤维为基体材料。本发明通过采用低羟值低官能度的混合型聚醚多元醇、使用偶联剂等多种技术手段，解决了聚氨酯树脂与增强纤维浸渍不充分的问题，从而提高了增强纤维含量，能够制作出密度高于840kg/m3且增强纤维含量大于60％的纤维增强聚氨酯硬泡材料制品，弥补了纤维增强聚氨酯泡沫合成板材的技术空白，使其产品规格及性能多元化，满足不同的技术指标要求。

Description

一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕及其制作方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，尤其是涉及一种应用在重载铁路、高速铁路、铁路桥梁、普通铁路、轻轨地铁、普通栈道等领域的一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕及其制作方法，还可推广到市政建设、化工、船舶、装甲车、货车等领域作为步道板使用。
背景技术
轨枕，是铁路配件的一种，在铁路建设中起着至关重要的作用。在轨道结构中，轨枕的作用承受由钢轨传来的荷重、横向力和纵向水平力，将其均匀地传布在道床上，同时，轨枕还起着保持钢轨方向、轨距和位置等作用。因此，要求轨枕要有一定的坚固性、弹性及耐久性，并要求轨枕规格尺寸便于固定钢轨，有抵抗线路纵、横向位移的能力。
目前，在重载铁路及普通铁路几乎全部使用钢筋混凝土轨枕，而钢筋混凝土轨枕单根重量太大，安装施工极其困难，同时，其无法实现现场钻孔安装，需在工厂预埋螺栓套筒，由于预埋螺栓套筒的误差较大，造成安装的扣件的精度不高，无法有效的实现扣件与钢轨的精密配合，尤其在道岔部分，由于轨枕预埋套筒的尺寸误差，造成了大量的制品、人力及物力的浪费。另外，钢筋混凝土轨枕刚性太大，不仅不具备减震效果，而且在列车长期运营后，一般5～10年，就容易出现裂纹，造成安全隐患，需要大量的更换，大大增加了维护及更换成本。
铁路桥梁附属设施如电缆槽盖板、人行步道板等几乎全部使用钢筋混凝土材料或活性粉末混凝土材料制作而成。活性粉末混凝土板材不仅重量重，施工困难，而且质量稳定性差，强度低。有部分线路采用玻璃钢材料进行替代，在玻璃钢材料在生产中，加入了大量的粉料，经日晒雨淋后，很容易出现粉化现象，质量不稳定，产品耐候性及耐老化性能差，长期使用后，存在安全隐患，同时其制品重量也较重，施工比较困难，若将玻璃钢材料做成空心结构，其力学性能大大降低，尤其是螺栓抗拔强度太低，存在安全隐患，一般5～10年就必须更换。
目前，在明桥面钢梁桥中几乎全部采用木质轨枕，制作木枕需要使用大量的优质硬质木材，木质轨枕历来采用木馏油进行浸渍，增加其耐腐蚀性能，但使用化学防腐剂轨枕对环境和工人的健康都带来了不良的影响；木质轨枕在受到长期的日晒雨淋以及江水、海水的腐蚀后，腐蚀比较严重，大量的出现裂纹、缺陷及虫蛀孔洞。在运行过程中，扣件道钉容易松弛，每年要进行至少两次的维护，基本上，使用5年后就必须更换，大大增加了桥梁轨枕的维护及更换成本。现在世界各国都面临着的最大的难题是用于铁路轨枕的优质木材的供应量持续下降，随着运输量的逐渐增大，以及时间和人力成本的增加，木枕使用及更换的成本越来越高。
伴随着人们环保意识的提高、建设成本的控制以及对出行的快速、安全、舒适的要求，钢筋混凝土轨枕、钢筋混凝土板材、活性粉末混凝土板材及木质轨枕将逐步被废除和更换，转而使用性能优异的高新技术产品—合成轨枕及合成板材。
目前，国内外纷纷开始了对合成轨枕及其附属产品的研究，如美国采用废旧PE塑料通过表面强化制作轨枕，韩国以废旧轮胎为主要材料制作轨枕，俄罗斯以木屑为主开展了轨枕的研究，印度及国内开展了玻璃钢空心轨枕的研究，日本及国内由聚氨酯泡沫和玻璃纤维制成的合成轨枕，虽然这些合成轨枕的耐腐蚀性能等都比木质轨枕优异，但是其强度、耐疲劳性能、螺栓抗拔强度、抗螺栓松弛、抗剪切性能等都不能综合满足中国铁路对合成轨枕的要求。如采用废旧PE塑料制作的合成轨枕，虽然强度能满足要求，但其在抗疲劳性能测试中，出现了断裂情况。玻璃钢空心轨枕，虽然其强度满足要求，但其道钉抗拔强度不足3T，远远小于道钉抗拔强度大于6T的技术指标要求，而且抗疲劳测试出现裂纹。日本及国内生产的纤维增强聚氨酯合成轨枕在重载铁路及普通铁路轨枕强度测试过程中出现了严重塌陷，不适合应用在重载铁路及普通铁路中，仅适合应用在国内外的轻轨及地铁铁路线路中。以上合成轨枕均不能做到全部性能达到铁路轨枕的测试指标要求。
日本及国内的纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，所用的聚氨酯均由聚醚多元醇与异氰酸酯反应而成，其采用的聚醚多元醇官能度较高，聚氨酯反应时间及固化速率很快，基本上3分钟左右的时间即可固化，并且其选用的聚醚多元醇粘度大，流动性差，很难在聚氨酯固化前解决聚氨酯与纤维浸渍均匀的问题，故国内外目前制作的纤维增强聚氨酯泡沫材料合成轨枕中纤维含量低，且聚氨酯与纤维浸渍不均匀，局部聚氨酯含量多，泡孔大，局部纤维含量多，出现干纱现象，致使制作的材料强度低，且强度不均匀，质量不稳定。而且由于其纤维含量低，树脂含量高，在生产中，树脂发泡膨胀产生大量的飞边，不仅造成了产品的浪费，制作成本的增高，也对设备及模具造成了极大的损伤。不仅如此，还由于其无法解决聚氨酯与纤维的浸渍问题，故其未制作出较高玻纤含量的纤维增强聚氨酯泡沫材料合成轨枕，更未制作出较高玻纤含量的较高密度的纤维增强聚氨酯泡沫材料合成轨枕。目前，尚未见报道并且市场上未见到密度高于840kg/m3且纤维含量高于60％的纤维增强聚氨酯泡沫材料合成轨枕。
发明内容
针对目前钢筋混凝土轨枕、木制轨枕、玻璃钢材料轨枕以及低玻纤含量纤维增强聚氨酯泡沫轨枕技术上的不足，本发明的目的是提供一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕及其制作方法，其综合性能优于以上材质的轨枕，能够进行有效的替代。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，所述轨枕由多块高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材通过粘结剂粘接而成，且所述轨枕的外表面设有防腐漆膜，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材以聚氨酯树脂和增强纤维为基体材料，以质量份计，聚氨酯树脂的配方及聚氨酯树脂与增强纤维的质量比例如下：
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、钢纤维中的任意一种或多种混合。
进一步，所述增强纤维以长纤维为主体，还包括短切纤维和纤维毡。
进一步，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
进一步，所述抗紫外剂为UV类抗紫外剂。
进一步，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材采用连续成型工艺制作而成，其连续成型工艺包括放卷长纤维及纤维毡、注射聚氨酯树脂、加入短切纤维、均匀浸渍、履带式层压主机内固化、冷却、定长切割七个工序。
进一步，所述均匀浸渍具体是将聚氨酯树脂通过高压发泡机、移动浇注设备及对应的工装均匀浸渍在增强纤维的表面及内部。
进一步，所述履带式层压主机是由履带式层压机及侧边挡块共同组成，侧边挡块固定在履带式层压机上，模腔的高度及宽度依据挡块的尺寸进行调整。
进一步，定长切割后的高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材，其厚度为10mm～100mm，其宽度为100mm～600mm，其密度为200kg/m3～2000kg/m3。
进一步，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材的内部设有沿长度方向延伸的长纤维，所述长纤维的外部包裹有聚氨酯树脂。
进一步，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材的内部还设有沿长度方向延伸的短切纤维，所述短切纤维的外部包裹有聚氨酯树脂。
进一步，包裹住长纤维和短纤维的聚氨酯树脂的外侧表面设有纤维毡。
进一步，多块高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材的粘结方式为竖向粘结、横向粘结或交叉粘结。
进一步，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材设有至少两块，其竖向并列设置，并通过粘结剂竖向粘结。
进一步，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材设有至少两块，其上下依次叠置，并通过粘结剂横向粘结。
进一步，述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材设有至少四块，其中两块板材横向设置在其他板材上下两端，其他板材竖向并列设置，并通过粘结剂竖向粘结，所述两块板材与其他板材通过粘结剂横向粘结。
进一步，所述粘结剂为乙烯基树脂粘结剂、环氧树脂粘结剂、聚氨酯树脂粘结剂、邻苯树脂粘结剂、间苯树脂粘结剂或酚醛树脂粘结剂中的任意一种。
进一步，所述防腐漆膜为聚氨酯漆膜、氟碳漆膜、丙烯酸漆膜、环氧树脂漆膜、乙烯基树脂漆膜中的任意一种。
本发明还涉及一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕的制作方法，先制作高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材，再对其进行加工，加工工序包括高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材表面打磨、粘结剂粘结、模压固化、固化后表面打磨、定长切割、涂装六个工序。
进一步，得到的高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其厚度为100mm～400mm，其宽度为200mm～400mm，其密度为200kg/m3～2000kg/m3。
本发明的一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，具有如下优点：
通过采用低羟值低官能度的混合型聚醚多元醇，降低了聚氨酯反应的活性，延长了聚氨酯的固化时间，增加了其与纤维的浸渍时间，同时采用的聚醚多元醇的粘度较低，流动性好，增加了其与纤维的浸渍能力，使其与纤维浸渍更加均匀；
通过增加偶联剂，大大提高了填料在聚氨酯中的润湿性和分散性，增加了聚氨酯与纤维的浸渍能力及粘合能力，使树脂与纤维浸渍更加彻底，并提高聚氨酯的浸渍纤维的浸透速度，解决了增强纤维过多，不易浸渍的问题，从而使材料强度性能大幅度提高及强度均匀性更加稳定；另外，通过添加偶联剂，还可以大大提高材料的电气性能；
通过采用低羟值低官能度的混合型聚醚多元醇、使用偶联剂等多种技术手段，解决了聚氨酯与纤维浸渍不充分的问题，从而提高了纤维含量，能够制作出密度高于840kg/m3且纤维含量大于60％的纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，弥补了纤维增强聚氨酯泡沫合成轨枕的技术空白，使其产品规格及性能多元化，满足不同的技术指标要求。
通过提高增强纤维的质量比例，使增强纤维的质量比例大于60％，不仅减少了制作成本，而且大大的提高了同等密度下纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕的强度，同时产品更加致密，吸水量等指标等大幅降低，提高了产品的耐水性能；
通过添加硬泡稳定剂，避免了聚氨酯泡沫泡孔过大问题的发生，使聚氨酯硬泡更加均匀，更加稳定。
通过添加阻燃剂，不仅降低了聚醚多元醇的粘度，使其流动性好，而且增强了材料的阻燃性能；
通过添加抗氧剂，增强了材料的耐湿热老化的性能；
通过添加抗紫外剂，进一步增强了材料的抗紫外日光老化的性能；
通过增加短切纤维，使材料更加致密，进一步提高了产品的强度；
通过增加纤维毡，进一步提高了产品的抗弯曲强度。
通过制作高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材，采用粘结的方式成型，使合成轨枕的制作方式及工艺简单化，并且在不增加模具投入的情况下，增加合成轨枕的规格型号；并且有效的解决了因一体成型中纤维过多，造成聚氨酯浸渍难度太大的问题，同时可以制作不同密度的合成板材，使合成轨枕的密度多元化，从而使强度多元化，满足铁路运输中不同轴重型号的列车对合成轨枕的要求。
本发明一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其综合性能远远优于木质轨枕，且其强度、抗疲劳性能、螺栓抗拔强度、抗剪切强度远远优于目前国内外研究的合成轨枕。
本发明提供的高纤维含量纤维增强聚氨酯合成轨枕，能够有效的取代目前优质的木质轨枕及国内外研究的其他材质的合成轨枕，可广泛应用于重载铁路、高速铁路、普通铁路、铁路桥梁、轻轨及地铁的建设，并可推广到化工步道板、海边栈道、货车甲板、船舶甲板、市场景观等领域。
附图说明
图1为本发明高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材的生产工艺示意图；
图2为本发明高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材竖向粘接成轨枕的结构示意图；
图3为本发明高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材横向粘接成轨枕的结构示意图；
图4为本发明高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材交叉粘接成轨枕的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、纱架，2、高压发泡设备，3、移动浇注设备4、履带层压主机，5、切割机，6、长纤维，7、短切纤维，8、聚氨酯树脂，9、纤维毡，10、高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡板材，11、粘结剂，12、防腐漆膜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明涉及一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，所述轨枕由多块高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10通过粘结剂11粘接而成，且所述轨枕的外表面设有防腐漆膜12，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10以聚氨酯树脂8和增强纤维为基体材料，以质量份计，聚氨酯树脂8的配方及聚氨酯树脂8与增强纤维的质量比例如下：
所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、钢纤维中的任意一种或多种混合。
所述增强纤维以长纤维6为主体，还包括短切纤维7和纤维毡。
所述偶联剂为硅烷偶联剂。
所述抗紫外剂为UV类抗紫外剂。
所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10采用连续成型工艺制作而成，其连续成型工艺包括放卷长纤维6及纤维毡、注射聚氨酯树脂8、加入短切纤维7、均匀浸渍、履带式层压主机4内固化、冷却、定长切割七个工序。
所述均匀浸渍具体是将聚氨酯树脂8通过高压发泡机2、移动浇注设备3及对应的工装均匀浸渍在增强纤维的表面及内部。
所述履带式层压主机4是由履带式层压机及侧边挡块共同组成，侧边挡块固定在履带式层压机上，模腔的高度及宽度依据挡块的尺寸进行调整。
定长切割是通过切割机5进行的，切割后的高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10，其厚度为10mm～100mm，其宽度为100mm～600mm，其密度为200kg/m3～2000kg/m3。
如图2至图4所示，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10的内部设有沿长度方向延伸的长纤维6，所述长纤维6的外部包裹有聚氨酯树脂8。
所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10的内部还设有沿长度方向延伸的短切纤维7，所述短切纤维7的外部包裹有聚氨酯树脂8。
包裹住长纤维6和短纤维7的聚氨酯树脂8的外侧表面设有纤维毡。
多块高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10的粘结方式为竖向粘结、横向粘结或交叉粘结。
如图2所示，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10设有至少两块，其竖向并列设置，并通过粘结剂11竖向粘结。
如图3所示，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10设有至少两块，其上下依次叠置，并通过粘结剂11横向粘结。
如图4所示，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10设有至少四块，其中两块板材横向设置在其他板材上下两端，其他板材竖向并列设置，并通过粘结剂11竖向粘结，所述两块板材与其他板材通过粘结剂11横向粘结(同时具有竖向粘接和横向粘接，即为交叉粘接)。除了上下两端都有横向设置的板材以外，还可以在上端或下端设置一块板材，即设有至少三块，其中一块横向设置在其他板材的上端或下端，其他板材竖向并列设置，并通过粘结剂11竖向粘结，所述一块板材与其他板材通过粘结剂11横向粘结。
所述粘结剂11为乙烯基树脂粘结剂、环氧树脂粘结剂、聚氨酯树脂粘结剂、邻苯树脂粘结剂、间苯树脂粘结剂或酚醛树脂粘结剂中的任意一种。
所述防腐漆膜12为聚氨酯漆膜、氟碳漆膜、丙烯酸漆膜、环氧树脂漆膜、乙烯基树脂漆膜中的任意一种。
本发明还涉及一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕10的制作方法，先制作高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10，再对其进行加工，加工工序包括高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10表面打磨、粘结剂11粘结、模压固化、固化后表面打磨、定长切割、涂装六个工序。
得到的高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕10，其厚度为100mm～400mm，其宽度为200mm～400mm，其密度为200kg/m3～2000kg/m3，优选的，其表观总密度在800kg/m3-1800kg/m3。。
如图1所示，本发明高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材10的连续成型工艺通过图中所示的装置进行，先在纱架1放卷长纤维及纤维毡、注射聚氨酯树脂、加入短切纤维，再通过高压发泡设备2、移动浇注设备3及对应的工装实现均匀浸渍，然后在履带式层压主机4内固化，冷却后通过切割机5对固化后的板材进行切割。
实施例1：
以质量份计，聚氨酯树脂的配方及聚氨酯树脂与增强纤维的比例如下：羟值400～480、官能度1～3的聚醚多元醇A 90份，羟值60～160、官能度1～2的聚醚多元醇B 10份，阻燃剂10份，硬泡稳定剂5份，偶联剂15份，催化剂0.3份，发泡剂0.1份，抗氧剂0.3份，抗紫外剂0.3份，异氰酸酯120份；长纤维：430份，短切纤维10份，纤维毡5份。其中增强纤维含量为64％，制作密度1400±50Kg/m3纤维增强聚氨酯硬泡合成板材规格：260mm×50mm×3000mm。履带式层压主机参数设置：运行速度：0.4m/min，温度：90℃/60℃。将合成板材表面进行打磨，采用乙烯基树脂作为粘结剂，采用竖向粘结的方式将四块合成板材进行粘结成型，制作合成轨枕规格为260mm×200mm×3000mm。按照本实施例制作的合成轨枕性能如表1所示。
表1
实施例2：
以质量份计，聚氨酯树脂的配方及聚氨酯树脂与增强纤维的比例如下：羟值400～480、官能度1～3的聚醚多元醇A 95份，羟值60～160、官能度1～2的聚醚多元醇B 5份，阻燃剂10份，硬泡稳定剂3份，偶联剂5份，催化剂0.3份，发泡剂0.1份，抗氧剂0.3份，抗紫外剂0.3份，异氰酸酯110份；长纤维：410份，短切纤维10份，纤维毡0份。其中增强纤维含量为65％，制作密度1200±50Kg/m3纤维增强聚氨酯硬泡合成板材规格：240mm×50mm×3000mm。履带式层压主机参数设置：运行速度：0.6m/min，温度：90℃/60℃。将其中一块合成板材机械打磨成40mm厚度，使用五块50mm厚度及一块打磨成40mm厚度的合成板材，采用环氧树脂作为粘结剂，采用交叉粘结的方式进行粘结成型，制作合成轨枕规格为240mm×290mm×3000mm。按照本实施例制作的合成轨枕性能如表2所示。
表2
实施例3：
以质量份计，聚氨酯树脂的配方及聚氨酯树脂与增强纤维的比例如下：羟值400～480、官能度1～3的聚醚多元醇A 90份，羟值60～160、官能度1～2的聚醚多元醇B 5份，阻燃剂15份，硬泡稳定剂5份，偶联剂10份，催化剂0.2份，发泡剂0.3份，抗氧剂0.5份，抗紫外剂0.5份，异氰酸酯115份；长纤维：520份，短切纤维5份，纤维毡1份。其中增强纤维含量为68.5％，制作密度1000±50Kg/m3纤维增强聚氨酯硬泡合成板材规格：500mm×30mm×3000mm。履带式层压主机参数设置：运行速度：0.5m/min，温度：90℃/70℃。将500mm×30mm的合成板材，先机械加工成250mm×30mm的合成板材，取六块进行表面打磨，采用乙烯基树脂作为粘结剂，采用横向粘结的方式进行粘结成型，制作合成轨枕规格为250mm×180mm×3000mm。按照本实施例制作的合成轨枕性能如表3所示。
表3
实施例4：
以质量份计，聚氨酯树脂的配方及聚氨酯树脂与增强纤维的比例如下：羟值400～480、官能度1～3的聚醚多元醇A 95份，羟值60～160、官能度1～2的聚醚多元醇B 10份，阻燃剂5份，硬泡稳定剂5份，偶联剂10份，催化剂0.1份，发泡剂0.1份，抗氧剂0.25份，抗紫外剂0.25份，异氰酸酯125份；长纤维：460份，短切纤维10份，纤维毡0。其中增强纤维含量为65％，制作密度800±50Kg/m3纤维增强聚氨酯硬泡合成板材规格：200mm×60mm×3000mm。将三块合成板材表面进行打磨，采用乙烯基树脂作为粘结剂，采用横向粘结的方式进行粘结成型，制作合成轨枕规格为200mm×180mm×3000mm。按照本实施例制作的合成轨枕性能如表4所示。
表4
实施例5：
以质量份计，聚氨酯树脂的配方及聚氨酯树脂与增强纤维的比例如下：羟值400～480、官能度1～3的聚醚多元醇A 92份，羟值60～160、官能度1～2的聚醚多元醇B 8份，阻燃剂10份，硬泡稳定剂2.5份，偶联剂15份，催化剂1份，发泡剂1份，抗氧剂1份，抗紫外剂1份，异氰酸酯100份；长纤维：1330份，短切纤维30份，纤维毡10份。其中增强纤维含量为85％，制作密度1500±50Kg/m3纤维增强聚氨酯硬泡合成板材规格：600mm×10mm×3000mm。履带式层压主机参数设置：运行速度：0.4m/min，温度：90℃/60℃。将600mm×10mm的合成板材，先机械加工成300mm×10mm的合成板材，将十块合成板材表面进行打磨，采用环氧树脂作为粘结剂，采用横向粘结的方式进行粘结成型，制作合成轨枕规格为300mm×100mm×3000mm。按照本实施例制作的合成轨枕性能如表5所示。
表5
实施例5：
以质量份计，聚氨酯树脂的配方及聚氨酯树脂与增强纤维的比例如下：羟值400～480、官能度1～3的聚醚多元醇A 93份，羟值60～160、官能度1～2的聚醚多元醇B 7份，阻燃剂10份，硬泡稳定剂2.5份，偶联剂15份，催化剂0.8份，发泡剂0.6份，抗氧剂0.7份，抗紫外剂0.5份，异氰酸酯135份；长纤维：1940份，短切纤维40份，纤维毡20份。其中增强纤维含量为88％，制作密度1800±50Kg/m3纤维增强聚氨酯硬泡合成板材规格：100mm×100mm×3000mm。履带式层压主机参数设置：运行速度：0.4m/min，温度：90℃/60℃。取16块板材，采用环氧树脂作为粘结剂，采用交叉粘结的方式进行粘结成型，拼成4×4的结构，制作合成轨枕规格为400mm×400mm×3000mm。按照本实施例制作的合成轨枕性能如表6所示。
表6
对比例分析
本发明一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，通过采用低羟值低官能度的混合型聚醚多元醇，使用偶联剂等多种技术手段，解决了聚氨酯与纤维浸渍不充分的问题，从而提高了纤维含量，能够制作出密度高于840kg/m3的，纤维含量大于60％的纤维增强聚氨酯硬泡材料制品，弥补了纤维增加聚氨酯泡沫合成板材的技术空白，使其产品规格及性能多元化，满足不同的技术指标要求。
通过提高增强纤维的质量比例，使增强纤维的质量比例大于60％，不仅减少了制作成本，而且大大的提高了同等密度下纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕的强度，同时产品更加致密，吸水量等指标等大幅降低，提高了产品的耐水性能；
通过制作高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材，采用粘结的方式成型，使合成轨枕的制作方式及工艺简单化，并且在不增加模具投入的情况下，增加合成轨枕的规格型号；并且有效的解决了因一体成型中纤维过多，造成聚氨酯浸渍难度太大的问题，同时可以制作不同密度的合成板材，使合成轨枕的密度多元化，从而使强度多元化，满足铁路运输中不同轴重型号的列车对合成轨枕的要求。
目前未见到产品密度高于840kg/m3的，和产品纤维含量高于60％的纤维增强聚氨酯泡沫合成轨枕的报道及实物。通过本发明制作方法，制作密度为800±50Kg/m3的合成轨枕，与国内外知名厂家制作的纤维增强聚氨酯泡沫合成轨枕实物进行测试对比，结果如表7所示。
表7
对比分析结论
可见，本发明一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其纤维含量大于60％，在密度相差无几的情况下，所制作的材料，在从力学性能、耐紫外老化性能、电气性能、耐水性能等多方面，尤其是合成轨枕的抗弯曲性能、螺纹道钉抗拔性能及耐疲劳性能上都远远优于国内外知名厂家的合成轨枕制品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述轨枕由多块高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材通过粘结剂粘接而成，且所述轨枕的外表面设有防腐漆膜，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材以聚氨酯树脂和增强纤维为基体材料，以质量份计，聚氨酯树脂的配方及聚氨酯树脂与增强纤维的质量比例如下：
2.根据权利要求1所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、钢纤维中的任意一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述增强纤维以长纤维为主体，还包括短切纤维和纤维毡。
4.根据权利要求3所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材采用连续成型工艺制作而成，其连续成型工艺包括放卷长纤维及纤维毡、注射聚氨酯树脂、加入短切纤维、均匀浸渍、履带式层压主机内固化、冷却、定长切割七个工序。
5.根据权利要求4所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述均匀浸渍具体是将聚氨酯树脂通过高压发泡机、移动浇注设备及对应的工装均匀浸渍在增强纤维的表面及内部。
6.根据权利要求4所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述履带式层压主机是由履带式层压机及侧边挡块共同组成，侧边挡块固定在履带式层压机上，模腔的高度及宽度依据挡块的尺寸进行调整。
7.根据权利要求4所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，定长切割后的高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材，其厚度为10mm～100mm，其宽度为100mm～600mm，其密度为200kg/m3～2000kg/m3。
8.根据权利要求3所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材的内部设有沿长度方向延伸的长纤维，所述长纤维的外部包裹有聚氨酯树脂。
9.根据权利要求8所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材的内部还设有沿长度方向延伸的短切纤维，所述短切纤维的外部包裹有聚氨酯树脂。
10.根据权利要求8所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，包裹住长纤维和短纤维的聚氨酯树脂的外侧表面设有纤维毡。
11.根据权利要求1所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，多块高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材的粘结方式为竖向粘结、横向粘结或交叉粘结。
12.根据权利要求11所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材设有至少两块，其竖向并列设置，并通过粘结剂竖向粘结。
13.根据权利要求11所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材设有至少两块，其上下依次叠置，并通过粘结剂横向粘结。
14.根据权利要求11所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材设有至少四块，其中两块板材横向设置在其他板材上下两端，其他板材竖向并列设置，并通过粘结剂竖向粘结，所述两块板材与其他板材通过粘结剂横向粘结。
15.根据权利要求1至14任一项所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述粘结剂为乙烯基树脂粘结剂、环氧树脂粘结剂、聚氨酯树脂粘结剂、邻苯树脂粘结剂、间苯树脂粘结剂或酚醛树脂粘结剂中的任意一种。
16.根据权利要求1至14任一项所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其特征在于，所述防腐漆膜为聚氨酯漆膜、氟碳漆膜、丙烯酸漆膜、环氧树脂漆膜、乙烯基树脂漆膜中的任意一种。
17.一种如权利要求1至16任一项所述高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕的制作方法，其特征在于，先制作高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材，再对其进行加工，加工工序包括高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成板材表面打磨、粘结剂粘结、模压固化、固化后表面打磨、定长切割、涂装六个工序。
18.根据权利要求17所述一种高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕的制作方法，其特征在于，得到的高纤维含量纤维增强聚氨酯硬泡合成轨枕，其厚度为100mm～400mm，其宽度为200mm～400mm，其密度为200kg/m3～2000kg/m3。
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