[发明专利]基于高熔点多异氰酸酯的发泡固体聚氨酯弹性体及其生产方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及在宽温度范围内呈现基本上恒定的刚性值和良好水解稳定性并被用作振动隔离元件的高质量聚氨酯(PU)弹性体，并涉及它们的生产方法。

背景技术

在一些情况下，振动的机器不仅对其紧邻的环境施加应力并相当程度地影响操作，而且它们也常常增加材料破裂的风险。也存在敏感的机器，它们必须与它们的环境所发出的振动隔离开以维持它们发挥作用的能力。在这两种情况下，该问题的解决方法都在于将装置与它们的环境之间的相应的振动隔离。相应地，用于达到这一目标的材料的应用范围和材料的种类是相当广的。

该问题在铁路领域尤其普遍，因为由滚动的车轮产生的振动通过铁路上部结构传递给环境，而且此外它们破坏铁路上部结构并且随着时间流逝还会破坏车辆本身。后面的这些方面意味着更高的维护和修理费用以及降低的乘客舒适性。

由于这些原因，早已经有了全方位的技术解决方法，例如具有规定刚性的弹性中间轴承，其被直接安装在轨底并因而提高了有渣轨道的弹性。

现代铁路区间越来越多地被设计为固定铁路体系，这意味着混凝土线路被浇铸出来，取代了单个的枕木，铁轨通过适当固定元件固定在其上。这样做的一个原因是它取消了至今在枕木下铺设合适的粗粒道渣材料例如斑岩的常规实践。这些道渣的缺点就是随着时间流逝由于高机械载荷它会被碾碎，必须有规律的每隔一段时间更换并且相对地费用较高。一个进一步的具体缺点是由于例如速度高于200km/h，这在今天在高速线上是很普遍的，道渣被空气的压力抛起并且不但可以破坏车辆而且还会逐渐地被从线上移走。插入肋板和混凝土支撑板之间的中间板给这些线路提供弹性。以这种方式，维持轨道的载荷分布效果，并且由轮和轨不规则性导致的振动得到降低。经调整的中间板刚性分布可以减少当火车通过线路时的轨头漂移。

其它的技术设计形式包括用于枕木垫的插入板，枕木轴承，道渣层，各种设计变体中用于质量-弹簧体系的轴承，嵌入式轨道，连续的铁轨轴承直到转换通路填充物(switch opening filler)。

设计形式的选择取决于单独的经济和技术考虑。

由于它们能够实现噪音发展和振动传播的减少，这些措施有助于提高在城市中心对铁路交通的认同度，特别是在人口稠密的地区，例如电车轨道、地下和市郊铁路体系，以及传统线路上的货运火车，其也通常经过城市中心，以及高速线上的特快客运列车，特别是在例如小曲线半径导致增加的负荷的情况下。在这些应用中的振动隔离元件可从聚氨酯(PU)材料制造。聚氨酯是使用长链多元醇(主要是二醇)的多异氰酸酯(主要是二异氰酸酯)以及具有羟基或氨基端基的短链有机化合物和/或水生产的材料。

聚氨酯通过浇铸生产，其被分为两种主要方法：第一，NCO预聚物方法，在该方法中长链多元醇和化学计量过量的多异氰酸酯预先反应以形成具有NCO基团的预聚物，然后经历与具有羟基或氨基端基的短链有机化合物和/或水进行的扩链反应；和第二，一步法，在该方法中长链多元醇和具有羟基或氨基端基的短链有机化合物和/或水混合在一起然后与多异氰酸酯反应。

然而，一步法的缺点是，特别是在使用高熔点多异氰酸酯时，只能获得低质量的弹性体，因为由短链多元醇(扩链剂)和高熔点多异氰酸酯组成的所谓中间体部分地从反应熔体中沉淀出来，因而使进一步反应不能进行并阻止了分子量的有序的进一步提高。这是为什么预聚物方法通常得到较好的产品的一个原因。

预聚物合成路线的另一个好处是部分反应热被预聚物阶段散逸，这样实际的聚合物合成的放热特性就较低。这对分子量增加速率具有有利的影响并提供更长的浇铸时间，所以它代表了一种工艺优势。

例如对于基于MDI(4，4’-异构体的熔点为约42℃)的体系的使用，另一个原因是与预聚相关的多异氰酸酯熔点的降低。不仅MDI可以通过预聚反应在室温下变成液体(NCO预聚物)(与固体形式相比，这无疑地使得操作更加容易)，而且不希望发生的单体多异氰酸酯的二聚反应也会明显减慢。

除了上述的考虑外，还有由应用产生的材料性能方面的考虑：

1、振动隔离元件必须要有很长的使用寿命。

2、振动隔离元件的性能应该尽可能不依赖于温度。这特别涉及硬度，阻尼和挠曲特性。在约-30℃～+110℃的温度范围内，换言之就是在该应用的工作温度范围内，希望具有基本上恒定的材料性能。

3、振动隔离元件应该在很多年内抗水解和微生物侵蚀。

4、振动隔离元件应该呈现足够的抗油和脂肪溶胀性。

5、振动隔离元件应该足够抗机械磨损。