[发明专利]一种聚氨酯枕木及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通设施中的路轨用枕木及其制备方法，具体地说，涉及一种采用长玻璃纤维和硬质发泡聚氨酯复合材料构成的枕木及其制备方法。 

背景技术

长期以来，铺设铁轨所用的枕木都使用特定的木材，随着社会的进步，高速铁路和城市轨道交通也得到了长足的发展，不论是快速旅客列车还是重型载货列车，对枕木的技术要求都在不断提高。现今，路轨所用枕木必须能够承受较高的机械负荷，同时在很长一段时间内要求具有尺寸稳定性及耐候性，如此才能满足铁路的安全运行和低维护费用的需求。 

木质枕木暴露在野外大气环境中，受到频繁的温度变化、紫外线辐射以及大气湿度的影响，在相当短的时间内，会变质损坏，必需予以更换。为此得耗费大量木材，同时还要耗用大量的维护人员。此外，大量使用木材会导致森林资源的破坏，以致生态失衡，对于像我国这样森林资源贫乏的国家问题尤为严重。为此，目前在我国广泛使用的是预应力钢筋混凝土枕木，虽然其材料来源丰富，有较高的抗压强度，但其脆性大、弹性差、不具备减振降噪性能。为了减少火车在行驶过程中的振动，使用时还要配备相应的橡胶弹性元件，然而橡胶弹性元件易老化，也会大大增加维修工作量和成本。而且钢筋混凝土枕木一经失效弃用会造成难以处理的大量垃圾，留下严重的环保后患。 

由发泡聚氨酯与长玻璃纤维复合材料构成的聚氨酯枕木，其外观类似于木材，在该材料在使用过程中可以使用木材加工使用的工具，可以锯、碾压、用螺丝拧紧或钉牢。它的优点还在于采用了聚氨酯发泡体闭孔结构，使之吸收水分微乎其微，耐水解、耐油脂且拥有卓越的绝缘性能。相较于木材它能提供更优良的力学性能以及耐候性，即使长期暴露在空气中也不会失去其机械性能。相较于预应力钢筋混凝土，它能提供更好的减振、缓冲、绝缘性能，而且更为轻质，非常适合于桥梁枕木的铺设。同时，其简易切削性是钢筋混凝土所不具备的，可以 在保持铁路轨道铺设精度的前提下，减少施工的难度。据报道聚氨酯枕木的使用寿命可以达到50年，这就意味着它具有十分可观的成本效益。此外，单个枕木还可以被准确及快速替换，使得工程费用又进一步降低。但是以长纤维增强的浇铸型聚氨酯发泡体的成型却是比较困难的。 

发明内容

根据铁道部门要求，希望聚氨酯枕木在使用过程中达到300万次疲劳荷载后刚度变化小于10％，纵向压缩强度不小于58MPa，剪切强度不小于10MPa，螺纹道钉抗拔阻抗力大于45kN，普通的聚氨酯材料很难达到用作枕木的要求。为此，需采用玻璃纤维增强的聚氨酯复合材料，这时以长玻璃纤维材料定向排列埋置于聚氨酯发泡体中效果更佳，但要做到这一点，在成型工艺上是比较麻烦的。 

本发明旨在提供一种简便易行、成本低廉，并能将长玻璃纤维材料均匀定向排列埋置于硬质聚氨酯发泡体中的复合材料制聚氨酯枕木及其制备方法。 

本发明是这样实现的，所述的聚氨酯枕木由以长玻璃纤维增强的发泡聚氨酯复合材料构成，所述的聚氨酯原料取自亨斯曼公司出品的批号GEO12488的硬质发泡聚氨酯材料，所述的玻璃纤维取自桐乡巨石集团出品的聚氨酯增强专用无捻长粗纱。为了能将长玻璃纤维材料均匀定向排列埋置于硬质聚氨酯发泡体中，本发明采用了特制的穿孔PVC框架，作为预成型工具，在将玻璃纤维经穿线固定于该框架中后，再浇铸预混好的发泡聚氨酯料，送入钢模最后定型。 

所述的PVC框架框壁厚度4.5～5.5mm，两端边框均布穿线孔，孔径1.5～2.3mm，最外沿穿线孔离框边缘4.5～5.5mm。制备时，首先将长玻璃纤维平行地穿入PVC框架的穿线孔中，拉直后打结用氰基丙烯酸酯胶粘剂粘结固定。然后将PVC框架放入不锈钢模具中，模具尺寸略大于PVC框架尺寸。所述的硬质发泡聚氨酯材料包括含有聚醚多元醇、催化剂和少量发泡剂的自料和含有粗异氰酸酯的黑料两种组分，制备枕木用各原材料的重量比为玻璃纤维1～3，黑料3～5，白料3～4。将预混合的黑料与白料注入于上述模具，凝固后脱模，切去PVC框架的边框，即得所需的聚氨酯枕木。 

由上述可见，本发明的优点是十分明显的： 

1、采用特制的穿孔PVC框架，可以使玻璃纤维有规律地平行分布，采用胶粘剂固定玻纤两端，可以保持玻纤的张力，从而提高枕木的机械性能，使之能 够达到300万次疲劳荷载后刚度变化小于10％的要求。 

2、采用氰基丙烯酸酯胶粘剂固定玻纤，具有快干且不与聚氨酯混合料发生反应的优点，且该胶粘剂来源易得、操作简单。 

3、PVC框架的成本低廉，而且PVC属于热塑性塑料，成型后的废弃料可以回收再利用，符合环保要求，通过改变框架的形状大小还可以直接改变枕木的规格。