CN103031786B - 装置及使用其制备道碴道床的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制备热固性高分子材料道碴道床的装置，所述热固性高分子材料道碴道床包括道碴和在所述道碴之间的热固性高分子材料，所述热固性高分子材料通过热固性高分子反应体系熟化形成，所述装置包括一个加热部件和一个固定部件，所述加热部件包括一个电加热元件，所述电加热元件用于在热固性高分子反应体系加入到在所述道碴中之后向道碴道床提供热量以促进热固性高分子反应体系的熟化，所述固定部件用于使所述加热部件与所述道碴道床表面保持一个预设定距离。本发明的装置促进热固性高分子反应体系的熟化，还可以预热和/或干燥道碴道床。

Description

装置及使用其制备道碴道床的方法

技术领域

本发明涉及一种装置，以及使用该装置制备热固性高分子材料道碴道床的方法和用途，特别涉及聚氨酯泡沫道床的制备方法和用途。

发明背景

有碴轨道道床通常也称为道碴道床，是一种以道碴石料为基础构成的道床。其用于把钢轨和轨枕传来的巨大铁路车辆荷载，均匀地分布到路基基床面上，减少路基变形，保证行车安全。

道碴道床在巨大载荷的作用下，随着时间的推移，道碴石料由于发生碰撞、移位和破碎沙化，导致道碴道床变形和功能退化。因此通常会向这种道碴道床中注入高分子固化体系来形成稳定的热固性高分子材料道碴道床。例如US2007172590A公开了一种以聚氨酯反应体系稳定道碴道床的方法，该道碴道床以道碴石料和聚氨酯泡沫组成，所述聚氨酯泡沫由异氰酸酯及能和异氰酸酯发生反应的化合物的反应混合物来制得。KR2006076652公开了一种防止道碴飞溅的单组份湿气固化道碴胶粘剂，该胶粘剂为含有溶剂及固化促进剂的混合物。CN1399035公开了铁路路基道碴固化处理的方法和用途，该方法使用丁苯乳胶、丁胺橡胶、苯胺橡胶液体橡胶等高分子聚合物对铁路路基道碴进行固化处理，从而使道碴相互粘结、固化，从而达到稳定道床的目的。US3788883公开了使用苯乙烯和丁二烯的共聚物弹性体胶粘剂固定道碴石料的方法。

热固性高分子材料道碴道床通常是通过将热固性高分子反应体系施加到道碴道床中，热固性高分子反应体系在道碴之间经过熟化形成热固性高分子材料而制得。热固性高分子反应体系的熟化通常需要较长的时间，热固性高分子反应体系完全熟化之前，通车会破坏热固性高分子材料与道碴之间的粘结，导致热固性高分子材料道碴道床的寿命大幅降低。

另外在修建或维修寒冷地区的铁路时，通常需要将道床预热到适于施用热固性高分子反应体系反应的温度后再浇注热固性高分子反应体系；在修建或维修潮湿的地区的铁路时，通常需要先干燥道碴道床，除去其中水分之后再浇注热固性高分子反应体系。而现有的道碴道床预热和干燥装置通常为行驶轨道上大型加热设备，当进行道碴道床的预热或干燥作业时需要占用轨道，导致其它车辆就无法通行。

因此目前仍需要既可以促进施用了热固性高分子反应体系的道碴道床的熟化的装置。

发明概述

本发明一个方面提供了一种用于制备热固性高分子材料道碴道床的装置，所述热固性高分子材料道碴道床包括道碴和在所述道碴之间的热固性高分子材料，所述热固性高分子材料通过热固性高分子反应体系熟化形成，所述装置包括一个加热部件和一个固定部件，所述加热部件包括一个电加热元件，所述电加热元件用于在热固性高分子反应体系加入到在所述道碴中之后提供热量以促进热固性高分子反应体系的熟化，所述固定部件用于使所述加热部件与所述道碴道床表面保持一个预设定距离。

在一个优选的实施例中，所述预设定的距离为5cm至25cm。

在一个优选的实施例中，所述装置还包括一个罩，所述加热部件设置在所述罩内，所述罩用于反射输出所述加热部件产生的部分热量。优选地，所述罩在沿反射输出热量的方向上呈开放状态或为网状结构。

在一个优选的实施例中，所述罩为长方体形，并且长为50-300厘米，宽为20-60厘米，高为1-30厘米。优选地，所述罩的端面、顶面和侧面中的一个或多个上设置了一个保温层。还优选地，所述保温层设置在所述罩的内表面、外表面或夹层上。

在一个优选的实施例中，所述装置还包括一个或多个设置在所述罩顶部的鼓风装置，用于增强所述加热部件产生的热量的输出。

在一个优选的实施例中，其中所述热固性高分子材料为聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂或其组合。

本发明另一方面提供了一种制备热固性高分子材料道碴道床的方法，所述方法包括步骤：

(a)获得一段铺设有道碴的道床；

(b)向所述道床的道碴中施用热固性高分子反应体系，所述热固性高分子反应体系在所述道碴之间反应形成所述热固性高分子材料；和

(c)使用上述装置加热所述施用了热固性高分子反应体系的道碴道床以熟化以形成所述热固性高分子材料，从而制备所述热固性高分子材料道碴道床。

在一个优选的实施例中，本发明的方法还包括步骤：

在步骤(b)之前，使用一个或多个上述的装置预热或干燥所述道床的道碴。

在一个优选的实施例中，所述热固性高分子材料为聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂或其组合。

本发明又一方面在于提供了将上述装置用于干燥和/或预热道碴道床的用途。

本发明还一方面在于提供了将上述装置用于制备热固性高分子材料道碴道床中的用途。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的装置100的示意图；

图2是图1所示的本发明装置沿长轴方向的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的装置300示意图；

图4是根据本发明一个实施例的聚氨酯固化道碴道床的制备方法的示意图；和

图5是根据本发明一个实施例的聚氨酯固化道碴道床的制备方法的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于制备热固性高分子材料道碴道床的装置，其不但可以用于预热或干燥道碴道床，还可以用于促进热固性高分子反应体系的熟化形成在所述道碴之间的所述热固性高分子材料，从而制备所述热固性高分子材料道碴道床。

当用于本发明时，术语“道碴道床”是指其中未施用热固性高分子反应体系时的道碴道床。

当用于本发明时，术语“热固性高分子反应体系”是指包括一种或多种反应组分的体系，这种或这些组分在混合后被施加到道碴中，发生物理和/或化学反应而形成包裹或粘结道碴的热固性高分子材料，并且热量能促进反应组分的物理和/或化学反应。可用于本发明的热固性高分子反应体系的实例包括但不限于US2007172590A公开的聚氨酯反应体系；KR2006076652公开的含有溶剂及固化促进剂的单组份湿气固化道碴胶粘剂反应体系；CN1399035公开的丁苯乳胶、丁胺橡胶、苯胺橡胶液体橡胶热固性高分子反应体系。US3788883公开的苯乙烯和丁二烯的共聚物弹性体胶粘剂反应体系。将上述专利公开的全部内容以合并的方式并入本文。

当用于本发明时，术语“热固性高分子材料”是指热固性高分子反应体系完全熟化所得产物。所述热固性高分子材料的实例包括但不限于聚氨酯泡沫、聚氨酯弹性体、环氧树脂、丙烯酸树脂、丁苯橡胶、氯丁橡胶、苯胺橡胶、丁腈橡胶等。优选地，可用于本发明的热固性高分子材料为聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂或其组合。

当用于本发明时，术语“热固性高分子材料道碴道床”是指向道碴道床中施用上述热固性高分子反应体系，热固性高分子反应体系熟化后所得的道碴道床。

当用于本发明时，术语“熟化”是指热固性高分子反应体系施加到道碴中后，热固性高分子反应体系组分发生物理和/或化学反应形成热固性高分子材料的过程。本领域技术人员公知，对于热固性高分子材料反应体系的熟化过程，提供适当的热量能均能促进其熟化的进行。

以下将结合附图详细地描述本发明。

图1是根据本发明一个实施例的本发明装置100的示意图。如图1所示，该装置包括罩110、固定部件120和加热部件(图1中未显示)。

图1所示的罩110为可选的部件，用于反射输出加热部件产生的部分热量。固定部件120可以直接将加热部件固定在钢轨、轨枕或道床上进行加热；也可以将加热部件设置在罩110内，再定在所述道碴道床上或铺设在所述道碴道床上的一段铁轨上或相邻两个枕木上进行加热。

在本发明一个优选的实施例中，罩100在沿反射输出热量的方向上呈开放状态或为网状结构，有利于热量向道碴道床的输送。优选地，罩110在沿反射输出热量的方向上为网状结构，如此可防止道碴损坏罩110内的加热部件。

罩110可以为任何形状，不限于图1所示的长方体形，例如其可以为橄榄形、椎体形或不规则形。

罩110可以是柔性的或刚性的。例如其可以为柔性的层状物，在使用时将其铺展在需要加热的区域进行加热。

罩110可以由任何材料制成，包括但不限于金属和非金属材料，优选由铝、铝合金和不锈钢等材料制成。在罩110上还可以安装把手以方便移动。

优选地，罩110为如图1所示的长方体形。其包括顶面116、端面112和112’、侧面114和114’以及底面118，其中底面118呈开放状态或网状结构。在本发明中，长方体形包括正方体形。

优选地，长方体罩110的长为50-300厘米，宽为20-60厘米，高为1-30厘米，如此可以将罩110方便地置于枕盒中，同时底面118与道床面保持有一定距离，防止道碴损坏罩中的加热部件。另外长方体形罩110的两个侧面114和114’可以贴近轨枕，防止热量流失。更优选地，长方体形罩的长度为100-130cm，如此本发明的装置易于从轨枕底部设置在枕盒中。

固定部件120用于固定加热部件使其与道碴道床表面保持一个与预设定的距离。所述预设定的距离可以为5cm至25cm，即加热部件即可以设置在枕盒内，也可以设置在枕盒外。优选地所述预设定的距离为5cm至15cm，如此装置100可以设置在枕盒内，不会妨碍铁路车辆在钢轨上的运行。当所述装置100具有罩110时，所述固定部件120可以设置在罩110上，从而将装置100固定在枕盒中。

所述固定部件120可以是支架或夹具等形式。例如固定部件120可以是设置在罩110底部的数个支架，该支架可以安装在罩110上，也可以是用于支撑罩110的独立的支架。

优选地，固定部件120为安装在罩110上的夹具，其通过夹持钢轨或轨枕将罩110固定在枕盒内。例如如图1所示，固定部件120为一组两个元件122和124，元件122为固定式，固定在罩110的顶面上，可以钩住钢轨底面的一侧。元件124为活动式，可以通过夹持的方式将装置100固定在钢轨底面的另一侧。元件124的实例包括但不限于水平式夹具、推拉式夹具、垂直式夹具、插销等。该固定部件120可以为一组或多组，用于分别夹持钢轨底面的两侧。

本发明提供的装置还包括加热部件，其被固定部件120固定在距道碴道床表面一个预设定的距离处，用于预热或干燥所述道碴道床，或促进热固性高分子反应体系的熟化。如上所述，所述预设定的距离可以为5-25cm，优选为5-15cm。如图2所示，加热部件包括一个电加热元件142，所述电加热元件142用于向道碴道床提供热量以促进热固性高分子反应体系的熟化。

所述加热部件优选为包括电源、加热元件、开关的加热电路，该加热电路还可以包括控温装置等其它元件。如图2所示，加热部件的电加热元件142安装在罩内，电源和开关可以与电加热元件142一起设置在罩上或者单独地提供。

所述电加热元件142优选但不限于电热丝、电热带、电热管、电热板等。所述电热丝包括镍铬丝、铁铬铝丝、电热扁带、铜镍合金丝等；所述电热带包括镍铬合金扁带、硅橡胶加热带、玻纤加热带、陶瓷加热带等；所属电热管包括红外辐射电热管、单头电热管、限位式单端电热管、可测温单端电热管、防水电热管、双头电热管、翅片式电热管、U型电热管、W型电热管、乳白石英电热管、带反射罩石英电热管、石英电热管、红外线直型电热管、陶瓷电热管等；所述电热板包括、石英板式加热器、远红外石英加热板、远红外电热板、陶瓷电热板、远红外陶瓷加热板等。

在本发明一个实施例中，可以在罩的两个端面112和112’上设置弹性帘子，与本发明装置的罩底面与道床表面一起形成一个基本封闭的空间，从而以减少热量流失。弹性帘子优选由耐热的硅橡胶、高分子泡沫材料或其组合制成。

在本发明还一个实施例中，可以在罩110的端面、顶面和侧面中的一个或多个上设置保温层。所述保温层可以设置在各个面的内表面、外表面或夹层上。所述保温层优选由保温材料制成，优选为轻质多孔保温绝热材料或反射绝热材料。可用于本发明的保温材料包括但不限于聚氨酯硬质泡沫、矿物纤维(如石棉)、膨胀珍珠岩和多孔混凝土、泡沫玻璃、隔热毡铝箔等。

在本发明还一个实施例中，所述装置还包括设置在罩顶部的一个或多个鼓风装置。如图3所述，在罩的顶面上还设置了鼓风装置160，以提高增强加热部件产生的热量向所述道碴道床的传送。所述鼓风装置可以为如图3所示的两个，也可以为一个或者三个或更多个。

本发明还提供了一种热固性高分子材料道碴道床的制备方法，该方法使用了上述装置加热道碴道床，以干燥或预热道床，或促进热固性高分子反应体系的熟化形成在所述道碴之间的所述热固性高分子材料，从而制备所述热固性高分子材料道碴道床。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括如下步骤：

(a)获得一段道碴道床；

(b)向所述道碴道床中施用热固性高分子反应体系；和

(c)使用上述装置加热所述施用了热固性高分子反应体系的道碴道床以熟化以形成所述热固性高分子材料，从而制备所述热固性高分子材料道碴道床。

图4是根据本发明一个实施例的热固性高分子材料道碴道床的制备方法的示意图。如图4所示，先获得一段道碴道床，该道碴道床可以是新建的道碴道床，也可以是既有的道碴道床。该道床包括道碴层410，道碴层410包括道碴415和热固性高分子材料420。道床上可以设置有轨枕440、钢轨460和扣件430。两轨枕440之间的空间为枕盒450。

然后向获得的道碴道床中施用热固性高分子反应体系，施用可以是本领域中已知的任何方法，例如浇注、喷涂等。

施用完毕后，将本发明装置470通过固定部件480固定，使该装置距道碴道床表面一个预设定的距离，该距离可以为5-25cm，优选为5cm至15cm，这样所述装置可以在枕盒450内，不会影响铁路车辆的运行。

在一个优选的实施例中，本发明的方法还包括步骤：

在步骤(b)之前，使用一个或多个上述的装置预热或干燥所述道床的道碴。即在所述装置干燥道碴道床除去道床中的水分或预热道碴道床后，再向道碴道床中施用热固性高分子反应体系。如此更加有利于高分子反应体系的熟化。

根据本发明的一个实施例，可以将两个所述本发明装置通过所述固定部件并列悬挂在所述枕盒内。如图5所示，有碴轨道包括道碴层510、轨枕540和钢轨560，两个装置570通过各自的固定部件580分别固定在两个钢轨560上，如此可以进一步地提高促进热固性高分子反应体系熟化的效率。在一个枕盒内的两个本发明装置为一组，用于加热相邻轨枕间的一个枕盒处的道床。在使用中可根据需要加热的道床长度使用多组本发明装置来制备聚氨酯道碴道床，例如使用10组加热模块可加热6米长的道床，30组加热模块加热18米长的道床，60组加热模块加热36米长的道床。

本发明还提供了一种热固性高分子材料道碴道床，其中该道碴道床根据上述方法制备。

例如根据本发明提供的方法制得的聚氨酯道碴道床中的聚氨酯泡沫的密度为0.02-0.5g/cm³，根据DINENISO845测试；硬度为5-60AskerC，优选10-40AskerC，根据DIN53505测试；所述聚氨酯聚氨酯道碴道床中的聚氨酯泡沫的断裂伸长率为120-400％，根据DINENISO527测试。

本发明还提供了将上述本发明装置用于预热和/或干燥道碴道床的用途以及用于促进热固性高分子反应体系熟化的用途。

实施例

下列实施例用于说明本发明优选的实施方案。本领域技术人员应该理解的是，在下列实施例中所披露的技术代表了发明人所发现的、在本发明实践中运作良好的技术，因此可以被认为是在实践中构成了优选的模式。但是，在本公开的启示下，本领域技术人员应该理解的是在不离开本发明精神和范围的同时，可对所公开的具体的实施方案可作出许多改变并得到相似的结果。

上下文中提及的原料及设备说明如下：

DesmodurPA09：异氰酸酯预聚物，NCO含量24.5％，25℃时粘度475mPa·s，可由拜耳材料科技有限公司购得。

Desmodur0309：异氰酸酯预聚物，NCO含量9.9％，25℃时粘度2750mPa·s，可由拜耳材料科技有限公司购得。

BAYTEC52BC003：喷涂聚醚多元醇体系，羟值205，25℃时粘度1100mPa·s，可由拜耳材料科技有限公司购得。

Bayflex12BX012：聚醚多元醇体系，羟值102，25℃时粘度粘度1050mPa·s，可由拜耳材料科技有限公司购得。

HK1250型常规高压浇注机：可由Hennecke公司购得。

H-XP3型常规高压喷涂机：可由GRACO公司购得。

对比实施例1

用HK1250型常规高压浇注机，将聚氨酯高分子反应体系的组分DESMODURPA09和BAYFLEX12BX012施加到道碴石料间隙中，聚氨酯反应体系在自然常温条件下熟化形成聚氨酯热固性高分子材料，需要6小时。

实施例1

使用H-XP3型常规高压喷涂机，将聚氨酯反应体系DESMODUR0309和BAYTEC52BC003混合后喷涂施加道碴石料上，聚氨酯高分子反应体系熟化形成聚氨酯泡沫高分子材料。本实施例中的聚氨酯热固性高分子材料为在道碴之间的道碴胶型高分子材料。在轨下枕盒中放置30组本发明的装置来促进聚氨酯高分子反应体系熟化形成聚氨酯热固性高分子材料，装置底面距道碴道床表面10cm，整个18米长的道碴道床2小时后完全熟化。

本实施例采用的装置如图1和2所示，包括长方体形罩110、设置在罩110上的固定部件120和设置在罩110内部的加热部件。固定部件120包括推拉式夹具124和固定元件122。加热部件包括电源和电热丝142，电热丝设置在罩110内，电源通过外接提供。

实施例2

用HK1250型常规高压浇注机，将聚氨酯高分子反应体系的组分DESMODURPA09和BAYFLEX12BX012施加到道碴石料间隙中，聚氨酯高分子反应体系熟化形成聚氨酯热固性高分子材料。本实施例中的聚氨酯热固性高分子材料为在道碴之间的泡沫型高分子材料。在轨下枕盒中放置40组本发明的装置来促进聚氨酯高分子反应体系熟化形成聚氨酯热固性高分子材料，装置底面距道碴道床表面10cm，整个24米长的道碴道床2小时后完全熟化。

本实施例采用的装置如图3所示，包括长方体形罩110、固定在罩110上的固定部件120、设置在罩110内部的加热部件和设置在罩上的鼓风装置160。固定部件120包括推拉式夹具124和固定元件122。加热部件包括电源和电热丝142，电热丝设置在罩110内，电源通过外接提供。

实施例3

本实施例在低于常温的条件下(约10-15℃)制备聚氨酯高分子材料道碴道床，首先将60组实施例2的装置安装在枕盒内，把轨道加热到自然常温状态(约25℃)。装置底面距道碴道床表面10cm，整个36米长的道碴道床1小时后预热至常温状态。预热完毕后快速拆除60组装置。

然后用HK1250型常规高压浇注机，将聚氨酯高分子反应体系的组分DESMODURPA09和BAYFLEX12BX012施加到道碴石料间隙中，聚氨酯高分子反应体系熟化形成聚氨酯热固性高分子材料。本实施例中的聚氨酯热固性高分子材料为在道碴之间的泡沫型高分子材料。在轨下枕盒中放置60组实施例1的装置来促进聚氨酯高分子反应体系熟化形成聚氨酯热固性高分子材料，装置底面距道碴道床表面10cm，整个36米长的道碴道床2小时后完全熟化。

本实施例在新建铁路线路上低于常温的条件下施加聚氨酯反应体系制备聚氨酯道碴道床，由于气温较低，约10-15℃，需要对道床预热以便进行施加聚氨酯高分子反应体系的操作，待聚氨酯高分子反应体系完全熟化需要至少8小时的时间。而本实施例中仅需约3小时，聚氨酯高分子反应体系便完全熟化。

所属领域的技术人员易知，本发明不仅限于前述图示实施例的具体细节，且在不脱离本发明的精神或主要特性的前提下，本发明可实施为其他特定形式。因此从任何角度来说都应将所述实施例视作例示性而非限制性的，从而由权利要求书而非前述说明来指出本发明的范围；且因此任何改变，只要其属于权利要求等同的含义和范围中，都应视作属于本发明。

Claims (13)

1.一种用于制备热固性高分子材料道碴道床的装置，所述热固性高分子材料道碴道床包括道碴和在所述道碴之间的热固性高分子材料，所述热固性高分子材料通过热固性高分子反应体系熟化形成，所述装置包括一个加热部件和一个固定部件，所述加热部件包括一个电加热元件，所述电加热元件用于在热固性高分子反应体系加入到在所述道碴中之后提供热量以促进热固性高分子反应体系的熟化，所述固定部件用于使所述加热部件与所述道碴道床表面保持一个预设定距离。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述预设定的距离为5cm至25cm。

3.根据权利要求1或2所述的装置，所述装置还包括一个罩，所述加热部件设置在所述罩内，所述罩用于反射输出所述加热部件产生的部分热量。

4.根据权利要求3所述的装置，所述罩在沿反射输出热量的方向呈开放状态或为网状结构。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述罩为长方体形，并且长为50-300厘米，宽为20-60厘米，高为1-30厘米。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述罩的端面、顶面和侧面中的一个或多个上设置了一个保温层。

7.根据权利要求6所述的装置，所述保温层设置在所述罩的内表面、外表面或夹层上。

8.根据权利要求4所述的装置，所述装置还包括一个或多个设置在所述罩顶部的鼓风装置，用于增强所述加热部件产生的热量的输出。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述热固性高分子材料为聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂或其组合。

10.一种制备热固性高分子材料道碴道床的方法，包括步骤：

(a)获得一段道碴道床；

(b)向所述道碴道床中施用热固性高分子反应体系；和

(c)使用根据权利要求1-9中任一项所述的装置加热所述施用了热固性高分子反应体系的道碴道床以熟化以形成所述热固性高分子材料，从而制备所述热固性高分子材料道碴道床。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括步骤：

在步骤(b)之前，使用一个或多个根据权利要求1-9中任一项所述的装置预热或干燥所述道床的道碴。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述热固性高分子材料为聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂或其组合。

13.根据权利要求1-9中任一项所述的装置用于干燥和/或预热道碴道床的用途。