CN103866653A - 一种新型夹芯结构合成枕木及其连续拉挤成型工艺 - Google Patents
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Abstract
一种针对合成枕木密度较大和模腔尺寸较小的不足的一种新型夹芯结构合成枕木及其成型工艺，为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现。一种新型夹芯结构合成枕木，其特征是：该合成枕木为夹芯结构，合成枕木外层为连续纤维增强聚氨酯泡沫层，其厚度为10mm～50mm，合成枕木内部为泡沫芯材，其横截面形状为四角倒有圆角的正方形或长方形，泡沫芯材的材料为聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、酚醛泡沫中的一种，密度为100kg/m3～500kg/m3。合成枕木连续成型工艺包括导纱、泡沫芯材输送、发泡机注胶、均匀浸泽、成型、切割六个工序。该技术具有密度小、承载强度大、工序简便、性价比高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种新型夹芯结构合成枕木结构及其制造方法。
背景技术
铁路是我国主要交通运输手段之一，铁路轨枕通常采用木枕和钢筋混凝土枕木，作为传统的木枕，其具有易于加工和运输、绝缘性能高、减振性能优异，但由于其材质为生物材料，虽然经过防腐防水等处理，其使用寿命仍然比较短，一般不超过15年，其维护成本也比较高。钢筋混凝土枕木作为木枕的替换材料，由于重量大、脆性大、弹性低、容易出现裂缝等缺点，也越来越难于满足铁路建设的发展需求。为满足铁路建设的发展需求，日本、美国等发达国家研制高分子合成材料代替原有的木枕和钢筋混凝土枕木，其中研制最成功的是日本积水化学工业有限公司开发的单向玻璃纤维增强聚氨酯泡沫，即合成枕木。该材料具有优良的强度大、密度低、耐久性、难燃性，以及较高的力学性能、较低的密度、耐腐蚀和螺钉拉拔强度高等特点。
目前国内合成枕木专利均为长纤维增强聚氨酯均质泡沫材料，其制作过程通常包括导纱、发泡机注胶、均匀浸泽、成型、切割、加工、粘接、加工和喷漆等工序。专利CN101314931A乔冬平等人公开了一种长纤维增强聚氨酯泡沫均质合成枕木配方和成型工艺；专利CN101328311A张用兵等人公开了一种合成枕木的配方及连续成型工艺，该合成枕木为长纤维增强聚氨酯均质泡沫材料；专利CN101550225A孙寿鹏等人公开了一种可用注射法或拉挤成型的自结皮阻燃型聚氨酯复合枕木的配方体系； CN101046077A石岛勇治公开了一种具有良好耐久性、难燃性及防震性合成枕木及其制作方法。以上专利均为长纤维增强聚氨酯均质泡沫材料，部分专利在合成枕木成型过程，在表面结皮形成阻燃层，其主要成型工艺均采用了连续拉挤成型工艺，但以上合成枕木均采用了均质材料，制品密度较大，通常密度大于750kg/m3，同时为便于纱束排布和浸润，并防止内部放热量大而引起烧芯，成型最大模腔尺寸通常控制为210mm×80mm，在制作轨枕时需要进行块与块的粘接，无形中增加了合成枕木的制作成本。
发明内容
本发明针对上述合成枕木密度较大和模腔尺寸较小的不足，提出了一种新型夹芯结构合成枕木及其成型工艺。本发明的目的是介绍一种新型夹芯结构合成枕木结构及其连续拉挤成型工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种新型夹芯结构合成枕木，其特征是：该合成枕木为夹芯结构，合成枕木外层为连续纤维增强聚氨酯泡沫层，其厚度为10mm～50mm，合成枕木内部为泡沫芯材，其横截面形状为四角倒有圆角的正方形或长方形，泡沫芯材的材料为聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、酚醛泡沫中的一种，密度为100 kg/ m3～500 kg/m3。
根据所述的新型夹芯结构合成枕木，其特征为：所述的合成枕木外层厚度为20mm，所述的泡沫芯材横截面形状为长方形，泡沫芯材材料优选密度为250 kg/ m3的聚氨酯泡沫。
根据所述的新型夹芯结构合成枕木，其特征是：所述的合成枕木的外层和泡沫芯材增加有过渡中间层，其材料为聚氨酯层或酚醛树脂层。
根据所述的新型夹芯结构合成枕木，其特征是：所述的过渡中间层优选材料为聚氨酯层。
一种新型夹芯结构合成枕木的连续拉挤成型工艺，其特征是：夹芯结构合成枕木连续成型工艺包括导纱、泡沫芯材输送、发泡机注胶、均匀浸泽、成型、切割共计六个工序，
（1）导纱，将规格为1200Tex-19200Tex的任一种或几种玻璃纤维无捻粗纱通过导纱架、集纱板引导至所需截面，运行速度为0.1～1m/min，在导纱过程中尽可能减少对纱的磨损；
（2）泡沫芯材输送，将预制好的聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫或酚醛泡沫芯材按连续滚动成型设备相同的速度输送到合成枕木成型设备中，速度控制在0.1～1m/min；
（3）发泡机注胶，将聚醚多元醇、催化剂、发泡剂、发泡稳定剂、阻燃剂、防老剂、异氰酸酯配方组分按比例在发泡机中混合均匀，以0.5-15kg/min的流量均匀喷涂在纤维的单一分层或多个分层的上表面；
（4）均匀浸泽，纱束表面喷胶后，迅速进入浸泽设备进行均匀浸泽，通过挤压板的高度控制，以及挤压板在垂直纱束行进方向按一定频率往复运动使聚氨酯均匀浸泽纱束；
（5）成型，将浸泽过树脂的纤维束和泡沫芯材通过连续滚动成型设备的牵引力引入滚动成型设备的模腔中，纤维束的运行速度与泡沫芯材输送速度相匹配，控制在0.1～1m/min，在50～120℃之间可自动控温，制品在滚动成型设备模腔内完成发泡、定型和固化后输送到下一工序；
（6）切割，制品从滚动成型设备中输出后，通过冷却平台，采用自动切割设备按要求的长度进行切割，即完成合成枕木的成型。
根据所述的新型夹芯结构合成枕木的连续拉挤成型工艺，其特征是：所述的工序（4）的浸泽设备由下面板、上面板组成，下面板为一块平板，上面板由一块或多块挤压板组成，挤压板为平板或者是结构型挤压板。
根据所述的新型夹芯结构合成枕木的连续拉挤成型工艺，其特征为：所述的工序（5）的滚动成型设备由上下两台可循环滚动的层压机和左右两台侧链循环滚动装置组成，四面同步循环转动，模腔的高度和宽度可根据制品的需要在一定尺寸范围内进行调整，模具长度为15m～40m。
所述的模具优选长度为25m。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优越性：
1、该合成枕木具有生产效率高、成本低、密度小、承载强度大、工序简便、性价比高等优点。该成型工艺可满足各种规格轨枕的一体化整体连续成型要求，同时该夹芯结构合成枕木具有密度小、承载强度大、工序简便、性价比高等优点。
2、本发明利用连续成型设备制备了轻质夹芯结构合成枕木，实现了连续化和自动化生产，大大提高了生产效率，同时减少了后续加工环节，降低了生产成本，且制备的合成枕木综合性能优异，质量轻、性能稳定、力学性能优良，耐腐蚀性良好，在一定领域内，可作为轨枕及其它次承载结构材料。
附图说明
图1为夹芯结构合成枕木剖面图。
图2为夹芯结构合成枕木截面示意图。
图3为为过渡中间层合成枕木截面示意图。
图4为浸泽设备示意图。
图5为连续成型工艺示意图。
图中：1、连续纤维增强聚氨酯泡沫层；2、泡沫芯材；3、过渡中间层；
4、无捻粗纱；5、发泡机；6、浸泽设备下面板； 7、浸泽设备平板型挤压板； 8、浸泽设备结构型挤压板；9、连续滚动成型设备。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
实施例
夹芯结构合成枕木连续成型工艺包括导纱、泡沫芯材输送、发泡机注胶、均匀浸泽、成型、切割六个工序，各工序分述如下：
（1）导纱。
将680束9600Tex玻璃纤维无捻粗纱4通过导纱架、2层集纱板引导至所需截面，运行速度为0.4m/min。
（2）泡沫芯材输送。
将预制好的密度250 kg/m3的聚氨酯泡沫预制成截面为150mm×100mm的泡沫芯材2、泡沫芯材2同样以0.4m/min的速度输送到合成枕木连续成型设备9中。
（3）发泡机注胶。
将聚醚多元醇、聚醚多元醇、催化剂、发泡剂、阻燃剂、防老剂、异氰酸酯按70：30：0.15:0.8:20:0.5:110的比例在发泡机5中混合均匀，以4.4kg/min的流量均匀喷涂在纤维层4的上表面。
（4）均匀浸泽。
如图4，纱束表面喷胶后迅速进入浸泽设备进行均匀浸泽。通过浸泽设备平板型挤压板7的高度控制，以及浸泽设备平板型挤压板7在垂直纱束行进方向按40次/分钟频率往复运动使聚氨酯均匀浸泽纱束。
（5）成型。
将浸泽过树脂的无捻粗纱4的纤维束和泡沫芯材2通过连续滚动成型设备9的牵引力引入连续滚动成型设备9的模腔中，滚动成型设备四面同步循环转动，模腔总长为25m，模腔的尺寸为210mm×140mm，模腔温控为85℃，行进速度为0.4m/min。
（6）切割。
制品从连续滚动成型设备9中输出后，通过一定长度15m的冷却平台，采用自动切割设备按3m～2.7m的区间长度进行切割，即完成合成枕木的成型。
本发明涉及一种新型夹芯结构合成枕木及其连续拉挤成型工艺。目前在国内文献和专利中未见这方面报道。该专利技术主要用于夹芯结构合成枕木的连续成型，具有密度小、承载强度大、工序简便、性价比高等优点，该夹芯结构合成枕木可用于轨枕及其它次承载结构材料。具有广泛的应用前景和显著的经济效益。
Claims (8)
1.一种新型夹芯结构合成枕木，其特征在于：该合成枕木为夹芯结构，合成枕木外层为连续纤维增强聚氨酯泡沫层（1），其厚度为10mm～50mm，合成枕木内部为泡沫芯材（２），其横截面形状为四角倒有圆角的正方形或长方形，泡沫芯材（２）的材料为聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、酚醛泡沫中的一种，密度为100 kg/ m3～500 kg/m3。
2.根据权利要求1所述的新型夹芯结构合成枕木，其特征在于：所述的合成枕木外层厚度为20mm，所述的泡沫芯材（２）横截面形状为长方形，泡沫芯材（２）材料优选密度为250 kg/ m3的聚氨酯泡沫。
3.根据权利要求1所述的新型夹芯结构合成枕木，其特征在于：所述的合成枕木的外层和泡沫芯材（2）增加有过渡中间层（3），其材料为聚氨酯层或酚醛树脂层。
4.根据权利要求3所述的新型夹芯结构合成枕木，其特征在于：所述的过渡中间层（3）优选材料为聚氨酯层。
5.一种新型夹芯结构合成枕木的连续拉挤成型工艺，其特征在于：夹芯结构合成枕木连续成型工艺包括导纱、泡沫芯材输送、发泡机注胶、均匀浸泽、成型、切割共计六个工序，
（1）导纱，将规格为1200Tex-19200Tex的任一种或几种玻璃纤维无捻粗纱通过导纱架、集纱板引导至所需截面，运行速度为0.1～1m/min，在导纱过程中尽可能减少对纱的磨损；
（2）泡沫芯材输送，将预制好的聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫或酚醛泡沫芯材按连续滚动成型设备相同的速度输送到合成枕木成型设备中，速度控制在0.1～1m/min；
（3）发泡机注胶，将聚醚多元醇、催化剂、发泡剂、发泡稳定剂、阻燃剂、防老剂、异氰酸酯配方组分按比例在发泡机中混合均匀，以0.5-15kg/min的流量均匀喷涂在纤维的单一分层或多个分层的上表面；
（4）均匀浸泽，纱束表面喷胶后，迅速进入浸泽设备进行均匀浸泽，通过挤压板的高度控制，以及挤压板在垂直纱束行进方向按一定频率往复运动使聚氨酯均匀浸泽纱束；
（5）成型，将浸泽过树脂的纤维束和泡沫芯材通过连续滚动成型设备的牵引力引入滚动成型设备的模腔中，纤维束的运行速度与泡沫芯材输送速度相匹配，控制在0.1～1m/min，在50～120℃之间可自动控温，制品在滚动成型设备模腔内完成发泡、定型和固化后输送到下一工序；
（6）切割，制品从滚动成型设备中输出后，通过冷却平台，采用自动切割设备按要求的长度进行切割，即完成合成枕木的成型。
6.根据权利要求5所述的新型夹芯结构合成枕木的连续拉挤成型工艺，其特征在于：所述的工序（4）的浸泽设备由下面板、上面板组成，下面板为一块平板，上面板由一块或多块挤压板组成，挤压板为平板或者是结构型挤压板。
7.根据权利要求5所述的新型夹芯结构合成枕木的连续拉挤成型工艺，其特征在于：所述的工序（5）的滚动成型设备由上下两台可循环滚动的层压机和左右两台侧链循环滚动装置组成，四面同步循环转动，模腔的高度和宽度可根据制品的需要在一定尺寸范围内进行调整，模具长度为15m～40m。
8.根据权利要求6所述的新型夹芯结构合成枕木的连续拉挤成型工艺，其特征在于：所述的模具优选长度为25m。
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