用于填充单元板式无砟轨道凸形挡台的树脂组合物.pdf

本发明提供一种用于填充单元板式无砟轨道凸形挡台的树脂组合物，以及其制备方法和使用方法，该树脂组合物包含A组分和B组分，并且按重量份数计，A组分包含聚烯烃多元醇100份、填料10～100份、增塑剂10～80份，触变剂1～10份、扩链剂5～20份、防老剂0～5份和消泡剂0～2份；B组分包含异氰酸酯5～50份。该树脂组合物固化后可以与凸形挡台共同起到定位轨道板，传递载荷的作用。该树脂组合物以聚烯烃多元醇为主体材料，可以提高聚氨酯材料的耐水、耐低温特性及耐老化特性，延长产品的使用寿命。

1.  一种树脂组合物，其中包含A组分和B组分，并且按重量份数计，A组分包含聚烯烃多元醇100份、填料10～100份、增塑剂10～80份，触变剂1～10份、扩链剂3～20份、防老剂0～5份和消泡剂0～2份；B组分包含异氰酸酯5～50份。

2.  根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于，所述聚烯烃多元醇选自端羟基聚丁二烯、氢化端羟基聚丁二烯、端羟基环氧化聚丁二烯、端羟基聚丁二烯-丙烯腈、端羟基丁苯液体橡胶和聚苯乙烯多元醇中的一种或多种。

3.  根据权利要求1或2所述的树脂组合物，其特征在于，所述异氰酸酯为二异氰酸酯，例如甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或多种。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的树脂组合物，其特征在于，所述填料选自无机填料，例如陶土、硅微粉和滑石粉；有机填料，例如石油树脂和煤焦油中的一种或多种。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的树脂组合物，其特征在于，所述增塑剂选自邻苯二甲酸酯，例如邻苯二甲酸二丁酯；脂肪族二酸酯，例如癸二酸二辛酯中的一种或多种。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的树脂组合物，其特征在于，所述触变剂为白炭黑。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的树脂组合物，其特征在于，所述扩链剂为小分子二元醇，例如乙二醇和/或1，4-丁二醇。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的树脂组合物，其特征在于，所述防老剂选自抗氧化剂，例如抗氧化剂1010；紫外线吸收剂，例如紫外线吸收剂UV-327中的一种或多种。

9.  根据权利要求1至8中任一项所述的树脂组合物，其特征在于，所述消泡剂为硅烷类消泡剂。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的树脂组合物，其特征在于，所述树脂组合物还包含一种或多种催化剂，优选为有机锡类催化剂，例如二月桂酸二丁基锡；羧酸盐类催化剂，例如醋酸钾。

11.  根据权利要求1至10中任一项所述的树脂组合物，其特征在于，所述A组分和B组分是分开放置的。

12.  根据权利要求10所述的树脂组合物，其特征在于，所述催化剂是与A组分、B组分分别分开放置的。

13.  一种根据权利要求1至12中任一项所述的树脂组合物的制备方法，其中包括以下步骤：
(1)向聚烯烃多元醇中加入增塑剂和填料，搅拌得到混合物；
(2)混合物经研磨后，再加入剩余的A组分原料；
(3)搅拌、加热、抽真空、脱水制得A组分。

14.  根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的搅拌温度为10～30℃，搅拌速度为10～500转/分钟。

15.  根据权利要求13或14所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的搅拌速度为30～200转/分钟，加热温度为80～120℃，加热和抽真空时间为3～8个小时。

16.  一种根据权利要求1至12中任一项所述的树脂组合物的制备方法，其中包括以下步骤：
(1)混合所有原材料进行搅拌后研磨，重复搅拌后研磨的操作多次；
(2)加热原料混合物，脱水，抽真空制得A组分。

17.  根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的搅拌速度10～200转/分钟。

18.  根据权利要求16或17所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的加热温度为80～120℃，加热时间为3～8个小时，抽真空的真空度为-0.08MPa以下。

19.  一种根据权利要求1至12中任一项所述的树脂组合物的使用方法，其中包括以下步骤：
(1)根据权利要求1至12中任一项所述的树脂组合物中的A组分与B组分搅拌混合；
(2)灌注搅拌后的树脂组合物，排出气泡。

20.  根据权利要求19所述的使用方法，其特征在于，所述灌注采用灌注袋进行。

用于填充单元板式无砟轨道凸形挡台的树脂组合物
技术领域
本发明涉及一种用于填充的树脂组合物，具体涉及一种用于填充单元板式无砟轨道凸形挡台的树脂组合物。
背景技术
我国正在进行大规模客运专线及高速铁路的建设，到2020年的目标是建成客运专线1万公里，形成“四纵四横”客运专线骨架，建成环渤海圈、长江三角洲、珠江三角洲地区快速客运系统铁路2000公里。客运专线按设计时速分为250公里/小时和350公里/小时两种，按照轨道结构分为有砟轨道和无砟轨道两种，有砟轨道的结构从下到上依次为路基—道砟—轨枕—钢轨，无砟轨道的结构从下到上依次为路基—混凝土底座—轨枕(板)—钢轨。与有砟轨道相比，无砟轨道最大的区别就是取消了道砟，改为混凝土底座，轨枕(板)的结构形式也发生了变化。无砟轨道又可以分为双块式无砟轨道、纵联板式无砟轨道和单元板式无砟轨道。双块式无砟轨道和纵联板式无砟轨道是德国最先研发的无砟轨道结构形式。单元板式无砟轨道是日本最先研发的轨道结构形式，被大量应用于日本新干线的建设。凸形挡台树脂主要应用于单元板式无砟轨道。单元板式无砟轨道的研发在我国也进行了较长的时间，先后在秦沈客运专线、遂渝线、武广客运专线以及滨绥线铺设了试验段。
单元板式无砟轨道的结构从下到上依次为路基、混凝土底座、沥青混凝土砂浆、单元板，在单元板与单元板之间设置了圆柱形混凝土台，称之为凸形挡台(参见图1和图2)。凸形挡台树脂填充在轨道板和凸形挡台之间，其主要功能是：(1)定位功能。定位是凸形挡台树脂最基本的功能，树脂材料与凸形挡台一起限制轨道板的纵横向位移，抵抗纵横向作用力，并传递载荷；(2)减振功能。凸形挡台树脂提供合适的弹性和刚度，可以有效的缓冲列车纵横向的振动，保证轨道结构具有较长的使用寿命。从凸形挡台树脂材料的发展来看，最早日本采用的是素混凝土砂浆，但在使用过程中，砂浆表现出弹性不足，很快出现裂纹碎裂现象，后来改为水泥沥青砂浆，使用效果也不佳，弹性过早失效。目前现场施工主要采用聚氨酯树脂材料。然而，目前应用的聚氨酯树脂材料存在以下缺点：(1)耐水特性及耐老化特性较差，不能满足高速铁路建设对长使用寿命的要求；(2)耐低温特性较差，不能满足严寒地区使用的要求；(3)现有的聚氨酯树脂内添加了较多的填料，在储存过程中容易出现沉降，严重影响使用时的搅拌过程；(4)现有聚氨酯树脂现场使用的反应速度受环境温度影响较大，反应速度不可调整，不能适应极端温度下的施工。因此，有人先后采用过环氧树脂材料(中国发明专利申请200710021661.2)、不饱和聚酯材料或乙烯基类树脂材料(中国发明专利申请200710021662.7)、聚氨酯树脂材料(中国发明专利申请200710021660.8)等，这些树脂材料多为双组分材料，双组分混合后，填充到相应空间内，在室温条件下发生交联反应，形成固化弹性体，从而达到填充的效果。但是，与聚氨酯树脂材料相比，环氧树脂、不饱和聚酯材料或乙烯基类树脂材料的缺点是韧性不足，弹性调整范围很窄，即使通过增韧改性也很难实现理想的弹韧性。
发明内容
从凸形挡台树脂要实现的功能、使用环境及施工要求等方面考虑，树脂材料应具有以下性能：(1)凸形挡台树脂必须具有合理的刚度范围，既能满足轨道板的纵横向定位，又能对列车运行时轨道板纵向起到减振缓冲作用；(2)凸形挡台树脂必须有较好的耐疲劳特性及耐老化特性，以保证其具有较长的使用寿命；(3)凸形挡台树脂必须具有很好的施工特性，以保证轨道的施工质量及施工进度。
因此，本发明的目的在于提供一种用于填充单元板式无砟轨道凸形挡台的树脂组合物，该树脂组合物固化后具有合理的刚度和弹性，其耐水及耐老化特性大幅度提高，可以与凸形挡台共同起到定位轨道板、传递载荷的作用，从而有效地降低列车运行时的纵横向振动。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：
一种树脂组合物，其中包含A组分和B组分，并且按重量份数计，A组分包含聚烯烃多元醇100份、填料10～100份、增塑剂10～80份，触变剂1～10份、扩链剂3～20份、防老剂0～5份和消泡剂0～2份；B组分包含异氰酸酯5～50份。
在上述树脂组合物中，聚烯烃多元醇可以选自端羟基聚丁二烯、氢化端羟基聚丁二烯、端羟基环氧化聚丁二烯、端羟基聚丁二烯-丙烯腈、端羟基丁苯液体橡胶和聚苯乙烯多元醇中的一种或多种。
在上述树脂组合物中，异氰酸酯可以为二异氰酸酯，例如甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯中的一种或多种。
在上述树脂组合物中，填料可以选自无机填料，例如陶土、硅微粉和滑石粉；有机填料，例如石油树脂和煤焦油中的一种或多种。
在上述树脂组合物中，增塑剂可以选自邻苯二甲酸酯，例如邻苯二甲酸二丁酯；脂肪族二酸酯，例如癸二酸二辛酯中的一种或多种。
在上述树脂组合物中，触变剂可以为白炭黑。
在上述树脂组合物中，扩链剂可以为小分子二元醇，例如乙二醇和/或1，4-丁二醇。
在上述树脂组合物中，防老剂可以选自抗氧化剂，例如抗氧化剂1010；紫外线吸收剂，例如紫外线吸收剂UV-327中的一种或多种。
在上述树脂组合物中，消泡剂可以为硅烷类消泡剂。
上述树脂组合物还可以包含一种或多种催化剂，优选为有机锡类催化剂，例如二月桂酸二丁基锡；羧酸盐类催化剂，例如醋酸钾。
在本发明的一个实施方案中，所述A组分和B组分是分开放置的。催化剂也可以是与A组分、B组分分别分开放置的。
本发明还提供了一种上述树脂组合物的制备方法，其包括以下步骤：
(1)向聚烯烃多元醇中加入增塑剂和填料，搅拌得到混合物；
(2)混合物经研磨后，再加入剩余的A组分原料；
(3)搅拌、加热、抽真空、脱水制得A组分。
其中，步骤(1)中的搅拌温度可以为10～30℃，搅拌速度可以为10～500转/分钟。步骤(2)中的研磨可以采用三辊研磨机。步骤(3)中的搅拌速度可以为30～200转/分钟，加热温度可以为80～120℃，加热和抽真空时间可以为3～8个小时。
本发明还提供了另一种上述树脂组合物的制备方法，其包括以下步骤：
(1)混合所有原料进行搅拌后研磨，重复搅拌后研磨的操作多次；
(2)加热原料混合物，脱水，抽真空制得A组分。
其中，步骤(1)中的搅拌速度可以为10～200转/分钟，研磨可以采用胶体磨。步骤(2)中的加热温度可以为80～120℃，加热时间可以为3～8个小时，抽真空的真空度可以为-0.08MPa以下。
在本发明的一个具体实施方案中，A组分的制备方法为：将3/5的液体原料(包括聚烯烃多元醇和增塑剂)添加到配料釜内，加入固体填料，进行初步的搅拌，搅拌温度为10～30℃，搅拌速度10～500转/分钟，搅拌时间根据加入物料的多少控制，将混合物初步搅匀即可。然后将混合物通过三辊研磨机研磨两遍后，进入反应釜，将剩余的其它原材料投入到反应釜中，进行搅拌、加热、抽真空脱水。搅拌速度控制在30～200转/分钟，温度控制在80～120℃，连续加热抽真空3～8个小时，具体时间根据混合物最终的含水量控制。脱水完毕后，降温至80℃以下，进行包装。
在本发明的另一个具体实施方案中，A组分的制备方法为：将所有原料投入到反应釜中，进行初步搅拌，可以升温搅拌也可以常温搅拌，搅拌速度10～200转/分钟，搅拌时间根据物料加入量来控制。然后进行物料外循环，通过循环泵将物料从反应釜底部打入胶体磨，然后重新回到反应釜中，一个循环时间以全部物料循环一次来控制，整个反应过程可以进行1～5次循环。所有物料在反应釜中进行脱水抽真空，温度控制在80～120℃，真空度控制在-0.08MPa以下。连续加热3～8个小时，具体时间根据混合物最终的含水量控制，完毕后，降温至80℃以下，进行包装。
具体来说，B组分的制备方法为：将一种或几种不同种类异氰酸酯在反应釜中进行复配，复配的比例根据A组分的羟值进行计算，充分混合均匀后，进行包装。
具体来说，催化剂的制备方法为：将有机锡或醋酸钾等催化剂按比例直接进行包装。
本发明提供了上述树脂组合物的使用方法，其包括以下步骤：
(1)将上述树脂组合物中的A组分与B组分搅拌混合；
(2)灌注搅拌后的树脂组合物，排出气泡。
上述灌注优选采用灌注袋进行。
在本发明的一个具体实施方案中，上述树脂组合物的使用方法，即单元板式无砟轨道凸形挡台填充树脂的现场施工方法包括以下步骤：
(1)确认环境。根据环境温度确认是否需要添加催化剂，雨雪天气禁止施工。
(2)清理灌注位置，包括浮尘、沙子、垃圾等，确保灌注部位干燥，做好防污准备，避免树脂施工时遗撒在轨道板或凸台上。
(3)安装灌注袋。为防止灌注材料泄漏，根据灌注部位的形状，采用无纺布设计加工灌注袋，采用粘合剂将灌注袋粘贴到灌注部位，直接将树脂材料灌注到袋中即可，避免了原来需要加装模板的工序，灌注袋与树脂一起作为填充材料不用拆卸。
(4)搅拌。首先将A组分充分搅拌均匀，然后将B组分添加到A组分中，再进行充分搅拌，搅拌时间根据环境温度确定，一般在3～10分钟，搅拌时要避免将空气带入到树脂内，以免产生气泡。
(5)灌注。将搅拌后的树脂，采用漏斗等专用工具，灌注到灌注袋中，灌注高度与轨道板的高度一致。灌注完毕后，采用木棒伸到树脂底部，沿着灌注袋的边缘来回刮蹭几下，有利于气泡的排出。
(6)灌注完毕后，根据天气情况，进行防护措施，防止雨水进入树脂内部。
本发明研制的用于填充单元板式无砟轨道凸形挡台的树脂组合物为双(多)组分浇注树脂材料，属于一种新型聚氨酯材料，可以作为高速铁路单元板式无砟轨道凸形挡台和轨道板之间的填充材料，树脂组合物固化后可以与凸形挡台共同起到定位轨道板，传递载荷的作用。同时，树脂固化后具有合理的刚度和弹性，可以有效降低列车运行时的纵横向振动。该树脂以聚烯烃多元醇为主体材料，可以提高聚氨酯材料的耐水及耐老化特性，延长产品的使用寿命。通过改变A组分中增塑剂的种类和用量，提高了树脂材料的耐低温特性，可以有效解决树脂材料在我国严寒地区的使用问题。通过A组分中增稠剂的调整及生产工艺的调整，可以有效解决树脂材料中无机填料在使用前的沉降问题；通过第三组分催化剂的选择与调整，可以随时在施工时根据施工环境，调整树脂的反应速度和固化时间。
具体来说，本发明相对于现有技术的有益效果包括：
(1)本发明的A组分采用聚烯烃多元醇为主体原材料，材料的耐水及耐老化特性有很大提高。现有技术中A组分多是采用聚醚多元醇，耐水特性、耐老化特性及耐低温特性较差，本发明采用聚烯烃多元醇，较好的解决了这些问题，既可以满足延长寿命的要求，又能满足低温要求。此外，A组分采用聚烯烃多元醇和耐低温脂肪族二酸酯增塑剂的组合也进一步提高了材料的耐低温特性。
(2)本发明采用双组分或多组分设计，双组分可以满足温度15～40℃条件下的施工要求。温度低于15℃时，采用作为催化剂的第三组分，可满足低温条件下的施工要求。而现有技术中采用双组分，将催化剂直接加到A组分中，催化程度不能调节，尤其是在不同温度下，反应固化时间不能调整，影响了产品的应用。本发明设计了第三组分，可以对反应速度和固化时间进行充分地调节，施工温度的范围大大扩大。
(3)本发明的A组分中采用了触变剂，有效解决了A组分在使用前无机填料沉降的问题，有利于保持材料的稳定性和施工的便利。现有技术中的A组分在使用过程中无机填料经常会发生沉降，尤其是储存时间较长时，无机物都沉淀到桶底，导致在使用时需要费很大力气才能将桶底的沉淀搅起并且搅拌均匀。本发明采用了触变剂，可以有效解决沉淀问题，使产品在使用前不会发生沉淀。
(4)在本发明的A组分的生产工艺中，无机填料的分散既可以采用三辊研磨机进行研磨，也可以采用胶体磨进行分散，搅拌均匀后进行抽真空脱水处理，进一步保证了材料的使用效果。抽真空脱水工艺可以将材料的水分控制在0.5％以下，可以有效避免使用过程中微孔气泡的产生。
(5)本发明的施工方法用于客运专线及高速铁路单元板式无砟轨道，该施工方法受环境温度影响小，施工时采用灌注袋工艺，不用采用模板，产品固化后不需要拆模，工艺简单可靠，避免了原施工工艺中需要设置模板，树脂固化后还得拆卸模板的烦琐，直接将树脂灌注到灌注袋中即可。
附图说明
图1为单元板式无砟轨道结构示意图；其中，1为混凝土底座；2为沥青混凝土砂浆；3为单元板；4为凸形挡台；5为扣件；
图2为图1所示的单元板式无砟轨道结构的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
实施例1(应用于武汉-广州客运专线)
生产：(用量按重量份数计)
A组分：端羟基聚丁二烯(羟值1.03mmolKOH)100份，扩链剂1，4-丁二醇(上海高桥石化)3份，邻苯二甲酸二丁酯30份，陶土40份，消泡剂BYK-066N(德国BYK公司产)0.2份，抗氧剂1010 1份，紫外线吸收剂UV-327 1份，白炭黑1份，催化剂二月桂酸二丁基锡0.01份，采用三辊研磨机研磨，反应釜内采用锚式搅拌设备，转速80转/分钟，温度90℃，真空度-0.09MPa，加热抽真空时间6小时。冷却到60℃，包装储存。
B组分：PM-200(烟台万华生产)15份，密闭包装。
施工：首先将轨道板和凸形挡台之间的杂物清扫干净，粘贴灌注袋，灌注袋侧面用粘合剂分别与轨道板和凸形挡台粘牢，粘结时要尽量避免产生褶皱。侧面用泡沫聚乙烯作为侧挡。将高出轨道板的袋子割掉。做好防护措施，凸形挡台表面及灌注口附近的轨道板用聚乙烯薄膜或其它材料遮挡防止污染。
将A组分充分搅拌均匀，然后将B组分倒入A组分中，A、B组分配比为100∶18(重量份之比)，采用手持式搅拌器，搅拌6分钟，上下左右全部搅拌到位，保证材料搅拌均匀，然后将搅拌好的材料，采用专用漏斗缓慢注入灌注袋中，避免产生气泡，液面灌注到与轨道板齐平。灌注完毕后，用木棒伸到树脂内部，沿灌注袋四壁刮蹭几下，有利于气泡的排出。具体的理化性能指标参见表1和表2，各项性能符合铁道部“客运专线CRTS I型板式无砟轨道凸形挡台填充聚氨酯树脂(CPU)暂行技术条件”的要求。
                   表1  混合液的性能