[发明专利]一种高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于高分子复合材料的技术领域，具体涉及一种高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件及制备方法。

二、背景技术

微孔聚氨酯弹性体是介于泡沫与弹性体之间的新型材料，密度介于泡沫和实芯材料之间，泡孔的孔径在0.1～10μm，其孔径分布比较均匀，兼顾了泡沫的质轻、耐冲击性好、吸能、缓冲性能好和弹性体的强度高、耐磨性好的优点，兼具弹性体良好的机械性能和泡沫的舒适性，具有单位质量较轻、耐磨、耐油和减振压缩应力传递平稳、抗疲劳性能优异的力学性能等特点。高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件是高速铁路工程建设中必需的重要部件，可减小运行列车与路基包括路轨在内之间的振动传递率，保护路基和轨枕。另外减震原件由于长期裸露于大气中，因此要求具有良好的耐水耐油、耐自然老化及耐寒、耐热性能。而且必须具有非常优异的吸收冲击性能，符合时速在300km/h以上的高速铁路对减震元件的要求，抗疲劳性能要非常好、强度要高、压缩应力传递要均匀等。

由于普通聚氨酯微孔弹性体的耐热性和耐候性不佳，抗静电性较差，故需对其进行改性，以达到要求。纳米粒子具有很多等特殊性质，在聚氨酯中添加纳米粒子制备的复合材料具有许多新的功能，因此利用纳米粒子对聚氨酯进行改性已经成为聚氨酯改性的主要手段之一。聚氨酯/粘土矿物(层状硅酸盐)纳米复合材料是最近迅速发展起来的新型材料，纳米层状硅酸盐填料包括蒙脱土、高岭土、累托石、海泡石、云母、滑石粉等。由于纳米层状硅酸盐的层状微观特殊结构，在聚氨酯中常以插层或剥离形态存在，添加适量的纳米粒子后可获得高耐热性、高强度、高耐磨性、高电阻和低的膨胀系数等优异的性能，为普通复合材料所不具有的形态和性能，从而引起广泛关注。

中国专利CN101486834A采用有机蒙脱土来增强聚氨酯微孔弹性体，效果比较明显，但是其采用了1，1-二氯-1-氟代乙烷(F-141b)作为物理发泡剂，该发泡剂对臭氧层有破坏作用，故不宜使用。中国专利CN1185501A采用10％～60％的普通矿物粘土增强铁路用聚氨酯弹性体轨枕垫板，弹性体的重量增加较多，而且采用的是一步法浇注熟化，然后造粒再挤出成型的工艺，此方法的缺点是软硬段和粘土易分布不均导致弹性体易产生缺陷，而且垫板为实心的，减震效果较差。中国专利CN100513451C采用惰性气体充入含预聚物、多元醇、链增长剂的组合物中制备出泡沫状的原料，然后注入模具中固化成型，制备出铁路用聚氨酯发泡体垫板，该发泡体虽然孔径较小但是采用惰性气体发泡成本较高。中国专利CN101381442A公开了一种TODI基聚氨酯微孔弹性体的制造方法，采用TODI可获得良好的动态性能，但采用的是聚己二酸酯为多元醇软段，用此作为减震材料的耐水性较差，达不到高铁用要求。中国专利CN101519485公开了一种宽温域阻尼减振聚氨酯微孔弹性体材料及其制备方法，该材料可在-20℃～+50℃范围内有较好的阻尼性能，但是该材料的拉伸强度和断裂伸长率均不高，达不到高铁用的要求。

三、发明内容

本发明旨在提供一种高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件。所要解决的技术问题是通过改性增强增韧并提高其耐热性及抗冲击耐疲劳性。

本发明解决技术问题的思路是采用化学插层法将价格低廉且性能好的纳米高岭土进行改性，获得了层间距较大而且插层率较高的有机改性纳米高岭土，然后再使纳米粒子通过化学键或氢键的方式接到聚氨酯主链上，以进一步提高各项性能。

本发明所称的高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件由23-40份聚醚多元醇A、5-10份扩链剂、0.1-0.5份水、0.2-0.55份硅油匀泡剂和0.15-0.3份催化剂构成的混合物(I)和由2.5-8份改性纳米高岭土、24-30份聚醚多元醇B和30-40份多异氰酸酯反应制备的半预聚物(II)混合搅拌后浇注于模具中成型得到的减震元件。所述的份为质量份，下同。

本减震元件的制备方法，是以多异氰酸酯和聚醚多元醇为原料的模具成型法，包括混合物(I)和半预聚物(II)的制备以及模具成型和熟化，所述的混合物(I)的制备就是将配比量的聚醚多元醇A、扩链剂、水、硅油匀泡剂和催化剂搅拌混合均匀；所述的半预聚物(II)的制备首先是由配比量的改性纳米高岭土和聚醚多元醇B于50-70℃搅拌反应2-4小时，然后加入配比量的多异氰酸酯于70-85℃下搅拌反应1-3小时；所述的模具成型是将混合物(I)和半预聚物(II)于35-55℃下搅拌混合2-5分钟后浇注于预热至45-70℃并涂覆有脱模剂的模具中，成型脱模后于80-100℃下熟化10-20小时。