[发明专利]一种塑料轨枕及其制备方法

说明书

本发明提供了一种塑料轨枕及其制备方法，包括以下步骤：(1)一次挤出：将聚丙烯、聚苯乙烯和HDPE混合，进行一次挤出造粒，得高分子粒子；(2)二次挤出：将高分子粒子与无机填料、防老剂、抗氧剂、偶联剂混合，进行二次挤出，得二次挤出混合物；(3)成型：将二次挤出混合物导入模具，将模具压实并闭合；(4)冷却：将闭合的模具浸入冷却液中进行冷却；(5)获取成品：拆除模具，得到塑料轨枕成品。本发明所述提供的塑料轨枕在高温下抗拔力高、安全性能好。

技术领域

本发明涉及轨道交通设备技术领域，特别涉及一种塑料轨枕及其制备方法。

背景技术

目前，铁路上使用的轨枕大部分是木枕和水泥枕，在西欧和日本有少部分使用的是钢枕。木枕使用过程中需要耗费大量的木材，一公里铁路所消耗的木材达到了600m³左右，对环境和资源造成的巨大破坏；另一方面木枕不耐腐蚀，在温度、湿度、暴晒、雨雪、冻融等综合作用下，一般5-10年就会造成木枕开裂、腐烂；若再一个在木枕上刷涂防腐油剂，不仅生产过程污染环境，并且在使用过程中也对铁路沿线造成污染。水泥枕虽然耐腐蚀，但是由于混凝土重量大、弹性差，造成施工相对困难，并且使其在桥梁上的应用受到限制。钢枕在使用过程中同样存在腐蚀、弹性差的问题，因此在世界范围内使用的量不高。

针对上述轨枕的不足，已有厂商开发了聚氨酯合成轨枕，该种合成轨枕采用玻璃纤维连续增强聚氨酯泡沫作为基本材料，具有优良的抗腐蚀性和良好的弹性，具有巨大的性能优势。但是该种轨枕的成本高，并且由于采用的聚氨酯泡沫是热固性塑料，不具有可回收性。目前已开发的另一种复合轨枕是采用回收塑料作为基体，辅以少量的改性塑料，通过挤出或模压进行成型制备。

轨枕铺设在铁路沿线，其受到地表温度影响巨大，尤其是夏季，极易由于受到太阳直射造成轨温超过60℃。在我国发布的《TB 10082-2005铁路轨道设计规范》中，在其附录D中列举了我国主要地区夏季的轨温，具有典型代表的地区轨温如表1所示。

表1典型地区夏季最高轨温

从表1可以看出，许多地区的塑料轨枕在使用过程中会在夏季的相当长一段时间内承受60℃以上的温度，这就要求塑料轨枕在这种温度下要具有保持其刚度、弯曲强度以及道钉抗拔力的能力。

在已经发表的专利中，Eaglebrook Products Inc.公司采用较纯的HDPE来制备木材代用品，Polywood Inc.公司采用HDPE含量为50-70％的材料来制备塑料轨枕；申请号为ZL00804450.3的中国专利中公布了一种采用聚苯乙烯组分为 20-50％(重量)和50-80％(重量)聚烯烃组分的塑料轨枕。上述专利中的主体材料都是采用聚烯烃材料，特别是大量采用HDPE材料。根据化学工业出版社 2005年出版《中国材料工程大典第6卷高分子材料工程》第95页和化学工业出版社2002年出版的《常用合成树脂性能和应用手册》第55页中关于HDPE 的性能介绍，HDPE不同牌号的热变形温度一般为60-82℃。HDPE制品的工作环境一旦到了热变形温度区间，其高分子链就会在外力下产生蠕变并在宏观上表现为其在受力作用下产生材料变形，进而失去整体的刚度，并且力学性能会急剧下降。

从表1中的全国各地夏季最高轨温分布可以看出，全国大部分地区的最高轨温都已经达到了HDPE的热变形温度，在此温度下对塑料轨枕的力学性能、道钉抗拔能力提出了严峻的考验。由于公开资料中尚未发表HDPE作为主要材料的道钉抗拔能力，因此按照申请号为ZL00804450.3的中国专利中公布的配方，采用聚苯乙烯组分为25重量％和75重量％聚烯烃组分的塑料轨枕，按照美国铁路工程技术手册AREMA第30章的要求，进行了直径为22mm道钉在不同温度下的抗拔能力测试，测试所得的不同温度下道钉抗拔能力见表2。

表2不同温度下HDPE塑料轨枕的Φ22mm道钉抗拔能力