CN110039679A - 一种用于复合轨枕制备的浸润装置 - Google Patents

Abstract

一种复合轨枕用振动辅助预浸润装置，经树脂喷淋后的纤维，通过初级高频振动辊和外层为橡胶的固定辊组成的闸口，对喷淋树脂后的纤维进行挤压预浸渍；预浸渍纤维通过次级高频振动辊继续对纤维进行浸润；经次级高频振动辊浸润后的纤维，通过一组截面为长椭圆形、两端尖细的预成型板后，形成纤维上下均匀分布的预浸好的纤维组合料；初级振动辊的直径为40‑150mm，振动频率5000‑25000次/分钟，振幅0.3‑2mm；次级振动辊振动频率8000‑30000次/分钟，振幅0.2‑1.5mm。通过振动挤压，使树脂和纤维可以充分浸润，解决了辅助浸润装置发泡料残留物堵塞设备的问题；可在150秒内，对树脂和纤维完成充分浸润，并使浸润后的纤维均匀分布，提高了生产效率。

Description

一种用于复合轨枕制备的浸润装置

技术领域

本发明涉及一种树脂复合轨枕浸润装置，属于铁路轨道材料装备领域。

背景技术

早期的轨枕是用上等木材制成的，存在易朽坏、维修费用高的缺点，随后逐渐被水泥轨枕大规模替代，但是水泥轨枕刚性大，列车运行时振动较大。聚氨酯弹性轨枕是硬质聚氨酯发泡树脂用增强纤维纱束增强以拉挤成型法制成的一种结构性材料，具有耐腐蚀、耐久性、绝缘性、高强度以及具有类似木材的轻量化和可再加工的性能。最早的聚氨酯轨枕是由日本积水化学工业株式会社在1975年研发的，这种FFU合成枕木是玻璃长纤维增强硬质聚氨酯泡沫制备的。目前，拜耳、巴斯夫等公司都已成功开发出聚氨酯弹性枕木。

玻璃纤维增强聚氨酯泡沫轨枕，也称FFU轨枕。FFU轨枕耐腐蚀性较木轨枕高，耐候性好，疲劳性能可达100万次，与木轨枕相比同样具有易加工性、高电绝缘性，且可进行工业化大批量生产出不同规格的轨枕。国外的研究结果表明：FFU轨枕使用寿命长，在铺设15年后，表面没有出现裂纹，整体没有弯曲，整体颜色、尺寸基本无变化；性能方面，使用15年后，弯曲强度仅降低17％、拉拔强度相差不多，且各项参数均高于要求指标。

复合轨枕以连续玻璃纤维为增强材料，聚氨酯为基体材料，辅以发泡剂、催化剂、表面活性剂、阻燃剂、抗老剂、抗紫外剂等添加剂，通过硬发泡拉挤成型工艺生产复合桥枕。受复合轨枕的工艺特点的限制，纤维浸润必须在150秒内完成，由于含纱量大(1800-5400股)，树脂含量低(＜40％)，目前采用常规揉搓的方式进行浸润操作，但浸润效果不稳定，远远满足不了生产需要，易于产生缺陷造成废品。

振动器最常见在混凝土浇筑中使用，其目的是为了通过振动排出里面夹杂的气泡，并非应用于纤维和树脂的浸润过程，且其控制手段单一，不能满足轨枕的要求。

CN101759898A公开了一种玻璃纤维合成轨枕的制备方法，将热塑性数值混合并通过螺旋挤出机造粒，将玻璃纤维增强材料布置在磨具内，将颗粒物料经挤出机挤入模具内成型，根据需要将成型后的长轨枕切割并进行表面处理，得到合成轨枕。

CN108504085A公开了一种纤维增强聚氨酯发泡合成轨枕，其中轨枕包括由聚氨酯树脂一次层压成型的本体，本体内横向设置有起横向增强作用的若干层复合毡，相邻复合毡之间的聚氨酯树脂中穿设有起纵向增强作用的纤维纱层；所述轨枕采用双钢带层压机结合多层同步注胶一次成型的方法制备，提高了轨枕的横向强度。

发明内容

在复合轨枕的生产过程中，通常使用添加了起泡剂的树脂材料，发明人发现由于起泡剂，尤其是固体起泡剂的存在，使用常规的挤压浸润方法，所述起泡剂常常会分布不均，起泡剂不仅会发生沉淀，而且在极压的过程中会较多的吸附在纤维上，在后续的加热起泡过程中，纤维上的起泡剂形成气孔，不仅会造成纤维增强结构与树脂本体分离，降低复合树脂轨枕的产品机械强度，还会造成轨枕本体上下气孔分布不均，造成质量不稳定。为了解决复合轨枕制造过程纤维和树脂浸润不佳的技术问题，本发明人在复合轨枕制备过程中引入了高频振动预处理，并优化了高频振动的频率和振幅，通过不同频率和振幅的振动辊，与固定辊共同激励纤维和树脂混合物，从而达到树脂和起泡剂迁移、再次分布的目的，制造出浸润良好的轨枕产品。其具体过程是在浸润预处理过程中采用多级振动处理，在初级振动过程中采用相对较低振动频率和先对较高振幅，这样可以使得树脂和纤维先有效的浸润，然后在次级振动过程中采用相对较高的振动频率和相对低的振幅，这样可以使得吸附在纤维上的起泡剂从纤维上脱落，保证纤维周围在后期高温起泡加工过程中形成较少的起泡，有利于提高产品的机械强度。

一种复合轨枕用振动辅助预浸润装置，其特征在于：经树脂喷淋后的纤维，通过初级高频振动辊和外层为橡胶的固定辊组成的闸口，对喷淋树脂后的纤维进行挤压预浸渍；预浸渍纤维通过次级高频振动辊继续对纤维进行浸润；经次级高频振动辊浸润后的纤维，通过一组截面为长椭圆形、两端尖细的预成型板后，形成纤维上下均匀分布的预浸好的纤维组合料；初级振动辊的直径为40-150mm，振动频率5000-25000次/分钟，振幅0.3-2mm；次级振动辊振动频率8000-30000次/分钟，振幅0.2-1.5mm。

所述初级振动辊的振动频率是次级振动频率的30-90％，优选是50-80％，初级振动辊的振幅是次级振动辊振幅的1.5-3倍，优选是2-2.5倍。

在一个优选的实施例中，对纤维进行预处理，降低纤维对于起泡剂的吸附能力，增强纤维对树脂吸附能力，使得增强纤维和树脂结合更紧密，从而提高复合轨枕产品的机械强度。所述纤维的预处理包括以下步骤：1)将纤维浸渍在pH值为12-14的碱液中1-6h；2)清洗后干燥，浸渍于0.5-15wt％的壳聚糖水溶液中1-5h，清洗后干燥即得改性的纤维。

初级振动辊的直径为40-100mm，振动频率为8000-15000次/分钟，振幅为0.5-1mm。

固定辊由内辊和外层缓冲层组成；外层缓冲层的材质为橡胶或聚氨酯，硬度邵氏为50-99；固定辊内辊和振动辊的主要材质为钢、铝或者碳纤维材质。

次级振动辊直径为直径50-150mm，振动频率为15000-20000次/分钟，振幅为0.3-0.8mm。

初级高频振动辊和次级高频振动辊内都设置有高频振动单元，其振动形式为偏心式或行星式；初级高频振动辊和次级高频振动辊和固定辊外侧喷涂隔离涂层，防止树脂和起泡剂粘连在辊表面。

次级高频振动辊的数量为1-5个，优选为3-4个。

预成型板的数量为1-10个，优选为3-6个，厚度5-10mm，宽度2-40mm，材质为不锈钢。

所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或多种混合。

所述树脂中包含起泡剂，所述起泡剂是化学起泡剂，如碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或多种。

发明的另一个方面，本发明还要求保护所述浸润装置在复合轨枕制备过程中的应用，以及使用该浸润装置制备的复合轨枕。

本发明的有益效果：

本发明通过振动挤压，使树脂和纤维可以充分浸润，解决了辅助浸润装置发泡料残留物堵塞设备的问题；可在150秒内，对树脂和纤维完成充分浸润，并使浸润后的纤维均匀分布，提高了生产效率。

附图说明

图1振动辅助预浸装置示意图；

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定。

实施例1

纤维的预处理：1)将玻璃纤维浸渍在pH值为14的碱液中3h；2)清洗后干燥，浸渍于2wt％的壳聚糖水溶液中1h，清洗后干燥即得改性的纤维。

经喷淋后的纤维，通过初级高频振动辊和外层为橡胶的固定辊组成的闸口，对喷淋树脂后的纤维进行挤压预浸渍；预浸渍纤维通过次级高频振动辊继续对纤维进行浸润；经次级高频振动辊浸润后的纤维，通过一组截面为长椭圆形、两端尖细的预成型板后，形成纤维上下均匀分布的预浸好的纤维组合料。

初级振动辊的直径为100mm，振动频率10000次/分钟，振幅1mm；次级振动辊的直径为100mm，采用三级次级振动辊，振动频率18000次/分钟，振幅0.5mm。

实施例2

经喷淋后的纤维，通过初级高频振动辊和外层为橡胶的固定辊组成的闸口，对喷淋树脂后的纤维进行挤压预浸渍；预浸渍纤维通过次级高频振动辊继续对纤维进行浸润；经次级高频振动辊浸润后的纤维，通过一组截面为长椭圆形、两端尖细的预成型板后，形成纤维上下均匀分布的预浸好的纤维组合料。

初级振动辊的直径为100mm，振动频率12000次/分钟，振幅0.5mm；次级振动辊的直径为100mm，采用三级次级振动辊，振动频率15000次/分钟，振幅0.3mm。

所述制备过程与实施例1相同。

对比例1

制备过程中未采用振动处理制备的复合轨枕。

对比例2

制备过程中采用三级振动辊，振动频率10000次/分钟，振幅1mm，预浸润装置制备的复合轨枕。

对实施例1-2和对比例1-2的产品进行性能测试，结果如下所示：

	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2
					横向弯曲强度(MPa)	121	116	95	101
竖向弯曲强度(MPa)	326	308	261	276
					弯曲模量(GPa)	9.12	8.73	7.23	8.01
压缩强度(MPa)	86	81	78	69
					剪切强度(MPa)	13	13	12	12
弯曲载荷(kN)	265	255	177	209
					辊表面残留	无	无	少量	微量

本发明实施方案和对比例的对比可以看出，本发明所述装置制备的轨枕具有更高的机械强度。

以上实施例仅拥有示例性的说明本发明取得的技术效果，以及实施过程，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种复合轨枕用振动辅助预浸润装置，其特征在于：经树脂喷淋后的纤维，通过初级高频振动辊和外层为橡胶的固定辊组成的闸口，对喷淋树脂后的纤维进行挤压预浸渍；预浸渍纤维通过次级高频振动辊继续对纤维进行浸润；经次级高频振动辊浸润后的纤维，通过一组截面为长椭圆形、两端尖细的预成型板后，形成纤维上下均匀分布的预浸好的纤维组合料；初级振动辊的直径为40-150mm，振动频率5000-25000次/分钟，振幅0.3-2mm；次级振动辊振动频率8000-30000次/分钟，振幅0.2-1.5mm。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于还可以对纤维进行预处理，降低纤维对于起泡剂的吸附能力，增强纤维对树脂吸附能力，使得增强纤维和树脂结合更紧密，从而提高复合轨枕产品的机械强度；所述纤维的预处理包括以下步骤：1)将纤维浸渍在pH值为12-14的碱液中1-6h；2)清洗后干燥，浸渍于0.5-15wt％的壳聚糖水溶液中1-5h，清洗后干燥即得改性的纤维。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于初级振动辊的直径为40-100mm，振动频率为8000-15000次/分钟，振幅为0.5-1mm。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于固定辊由内辊和外层缓冲层组成；外层缓冲层的材质为橡胶或聚氨酯，硬度邵氏为50-99；固定辊内辊和振动辊的主要材质为钢、铝或者碳纤维材质。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于次级振动辊直径为直径50-150mm，振动频率为15000-20000次/分钟，振幅为0.3-0.8mm。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于初级高频振动辊和次级高频振动辊内都设置有高频振动单元，其振动形式为偏心式或行星式；初级高频振动辊和次级高频振动辊和固定辊外侧喷涂隔离涂层，防止树脂和起泡剂粘连在辊表面。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于次级高频振动辊的数量为1-5个，优选为3-4个；预成型板的数量为1-10个，优选为3-6个，厚度5-10mm，宽度2-40mm，材质为不锈钢。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或多种混合。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述树脂中包含起泡剂，所述起泡剂是化学起泡剂，如碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或多种。

10.如权利要求1-9任一项所述装置在复合轨枕制备过程中的应用。