本發(fā)明涉及一種高鐵軌道板下多孔隙中負(fù)載微膠囊高抗壓型填充材料的制備方法,屬于填充材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
高速鐵路簡(jiǎn)稱“高鐵”,是指對(duì)原有路線(直線化、軌距標(biāo)準(zhǔn)化)進(jìn)行改造,使最高營(yíng)運(yùn)速度達(dá)到每小時(shí)200公里以上,或?qū)iT構(gòu)筑新的“高速新線”,使?fàn)I運(yùn)速度達(dá)到每小時(shí)250公里以上的鐵路系統(tǒng)。由于其運(yùn)能大、速度快、耗能少、安全舒適等優(yōu)勢(shì),使得越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)將高鐵發(fā)展作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。在軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)中,雖然傳統(tǒng)材料的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟,但是在施工和使用過程中仍然存在一定的問題,這使得新材料的研究和應(yīng)用成為一個(gè)很重要的方向。如何探索出新型材料代替某些傳統(tǒng)材料,從而提高材料的耐候性、耐疲勞性、增加材料的可靠性等性能及節(jié)約成本,是鐵路發(fā)展中一個(gè)重要的研究方向。高速鐵路中應(yīng)用高分子材料在國(guó)外研究、應(yīng)用的比較早,發(fā)展也比較快,如作為彈性材料用于減震,降低噪聲等。
在高速鐵路中,無(wú)論是無(wú)砟軌道還是道砟軌道,軌道的填充材料都應(yīng)該滿足以下性能:(1)能經(jīng)受住鋼軌和軌枕所施加的負(fù)荷,并且在列車運(yùn)動(dòng)的過程中能夠承受住負(fù)荷;(2)能減弱列車傳給路基的振動(dòng),從而減少路基的二次噪音;(3)耐磨損、耐擠壓、耐侵蝕、抗剪強(qiáng)度;(4)附著力強(qiáng),不易剝落;(5)能進(jìn)行工業(yè)化大范圍的生產(chǎn)并且價(jià)格較低。由于聚氨酯材料結(jié)構(gòu)的多樣性使其具有多種功能,因而制品可應(yīng)用在多種領(lǐng)域。但是現(xiàn)有的聚氨酯填充材料由于其彈性模量和硬度較低,同時(shí)聚氨酯填充材料中氣泡較多,導(dǎo)致材料力學(xué)性能大大降低,使聚氨酯材料在應(yīng)用中范圍縮小,無(wú)法滿足現(xiàn)有高鐵填充材料的需求,所以制備一種高強(qiáng)型的聚氨酯填充材料很有必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前制備的聚氨酯填充材料彈性模量和硬度較低,同時(shí)聚氨酯填充材料中氣泡較多,導(dǎo)致材料力學(xué)性能大大降低的問題,提供了一種通過制備多孔隙中負(fù)載微膠囊,通過聚合添加改善其抗壓強(qiáng)度的方法,本發(fā)明通過將核桃殼碾磨避光煅燒收集多孔材料,隨后通過正硅酸乙酯為主體,將凝膠液經(jīng)由孔隙負(fù)載至多孔材料孔隙中,隨后固化并煅燒使孔隙中凝膠液形成微膠囊,均勻牢固的負(fù)載至多孔材料孔隙中,收集得負(fù)載微膠囊多孔材料,在聚醚多元醇和三乙胺復(fù)合制備聚氨酯彈性體時(shí),將其均勻分散至反應(yīng)液中,通過聚氨酯預(yù)聚體室溫下養(yǎng)護(hù)固化,使其填充于聚氨酯填充材料中,制備得高抗壓填充材料,有效解決了目前制備的聚氨酯填充材料彈性模量和硬度較低的問題。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是:
(1)按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45~50份花生殼、25~30份玉米秸稈芯和25~30份核桃殼混合并置于球磨罐中,球磨并過30~40目篩,收集球磨顆粒并置于120~130℃馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝猓诘獨(dú)鈿夥障骂A(yù)熱45~60min,隨后按10℃/min升溫至800~900℃,保溫煅燒2~3h后,停止加熱并收集煅燒顆粒,將煅燒顆粒置于球磨罐中,在350~400r/min下球磨3~5h,隨后過190~200目篩,收集得煅燒球磨粉末;
(2)按質(zhì)量比1:10,將上述制備的煅燒球磨粉末與正硅酸乙酯攪拌混合,在200~300W下超聲振蕩處理15~20min,制備得混合分散液,按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45~50份混合分散液、10~15份正辛胺和3~5份吐溫-80置于燒杯中,在45~50℃下水浴加熱25~30min;
(3)待水浴加熱完成后,再在200~300W下超聲處理,同時(shí)對(duì)燒杯中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%鹽酸溶液,控制鹽酸滴加質(zhì)量為步驟(2)中加入正辛烷質(zhì)量的3倍,待滴加完成后,靜置25~30min,隨后停止超聲振蕩并過濾,收集濾餅并用無(wú)水乙醇洗滌3~5次,在75~80℃下干燥3~5h,收集干燥顆粒并置于馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥毡Wo(hù)下置于550~650℃馬弗爐中煅燒3~5h,停止加熱并靜置冷卻至室溫,碾磨收集得改性顆粒;
(4)按重量份數(shù)計(jì),分別稱量3~5份硅烷偶聯(lián)劑KH-550、10~15份上述改性顆粒和35~40份無(wú)水乙醇置于燒杯中,攪拌混合并在65~70℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干,收集干燥顆粒并碾磨過200目篩,收集干燥粉末;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45~50份聚醚多元醇330N、10~15份乙二醇、10~15份干燥粉末、3~5份甲基硅油和1~2份三乙醇胺置于燒杯中,攪拌混合制備得混合液,將混合液置于80~90℃下水浴加熱25~30min;
(5)待加熱完成后,滴加與步驟(4)中加入乙二醇質(zhì)量相同的二苯基甲烷二異氰酸酯,隨后將二苯基甲烷二異氰酸酯等分為3~5份,分次等量滴加并控制每次滴加時(shí)間為3~5min,每隔5min重復(fù)滴加一次,待滴加3~5次后,保溫反應(yīng)80~90min,隨后將其澆筑至模具中,靜置固化6~8h后,再在室溫下靜置養(yǎng)護(hù)44~48h,脫模即可制備得一種高鐵軌道板下多孔隙中負(fù)載微膠囊高抗壓型填充材料。
本發(fā)明制備的高抗壓型高鐵軌道板下填充材料彈性系數(shù)為2.35~2.45kN/mm,視密度為1.15~1.18g/cm3,抗壓強(qiáng)度為3.5~4.5MPa,剪切強(qiáng)度為1.75~1.85MPa,硬度為75~85D。
本發(fā)明的應(yīng)用方法:首先安裝軌道板壓緊和防側(cè)移裝置,固定裝置安裝于軌道板的兩端和中間,在軌道板上鉆孔設(shè)置錨固鋼筋,鋼筋采用植筋膠錨固,孔深15cm。壓緊裝置施工前,進(jìn)行錨桿抗拔試驗(yàn),隨后水泥乳化瀝青砂漿硬化后將壓緊裝置拆除,對(duì)軌道板封邊,將軌道板精調(diào)完成并壓緊固定后進(jìn)行軌道板封邊施工,封邊前應(yīng)將縫隙內(nèi)灰塵和雜物水洗干凈,同時(shí)將軌道板封邊,在其兩側(cè)面預(yù)留6個(gè)(每側(cè)3個(gè))排氣孔,在兩端預(yù)留4個(gè)(每端兩個(gè))排氣孔,孔徑為25~30mm,孔位要避開精調(diào)千斤頂周圍的止?jié){墊位置,隨后將本發(fā)明制備的高抗壓型高鐵軌道板下填充材料澆筑至軌道板下方,灌注時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察出氣孔,封孔時(shí)待填充材料從孔內(nèi)流出,判定灌漿飽滿后采用專用孔塞或泡沫材料填充塞緊,防止漏漿即可完成。
本發(fā)明與其他方法相比,有益技術(shù)效果是:
(1)本發(fā)明制備步驟簡(jiǎn)單,制備的填充材料抗壓強(qiáng)度高,較同類產(chǎn)品提高10~20%,符合國(guó)家鐵道部使用指標(biāo);
(2)本發(fā)明通過核桃殼進(jìn)行制備,安全綠色無(wú)污染。
具體實(shí)施方式
首先按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45~50份花生殼、25~30份玉米秸稈芯和25~30份核桃殼混合并置于球磨罐中,球磨并過30~40目篩,收集球磨顆粒并置于120~130℃馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥障骂A(yù)熱45~60min,隨后按10℃/min升溫至800~900℃,保溫煅燒2~3h后,停止加熱并收集煅燒顆粒,將煅燒顆粒置于球磨罐中,在350~400r/min下球磨3~5h,隨后過190~200目篩,收集得煅燒球磨粉末;按質(zhì)量比1:10,將上述制備的煅燒球磨粉末與正硅酸乙酯攪拌混合,在200~300W下超聲振蕩處理15~20min,制備得混合分散液,按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45~50份混合分散液、10~15份正辛胺和3~5份吐溫-80置于燒杯中,在45~50℃下水浴加熱25~30min;待水浴加熱完成后,再在200~300W下超聲處理,同時(shí)對(duì)燒杯中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%鹽酸溶液,控制鹽酸滴加質(zhì)量為步驟(2)中加入正辛烷質(zhì)量的3倍,待滴加完成后,靜置25~30min,隨后停止超聲振蕩并過濾,收集濾餅并用無(wú)水乙醇洗滌3~5次,在75~80℃下干燥3~5h,收集干燥顆粒并置于馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥毡Wo(hù)下置于550~650℃馬弗爐中煅燒3~5h,停止加熱并靜置冷卻至室溫,碾磨收集得改性顆粒;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量3~5份硅烷偶聯(lián)劑KH-550、10~15份上述改性顆粒和35~40份無(wú)水乙醇置于燒杯中,攪拌混合并在65~70℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干,收集干燥顆粒并碾磨過200目篩,收集干燥粉末;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45~50份聚醚多元醇330N、10~15份乙二醇、10~15份干燥粉末、3~5份甲基硅油和1~2份三乙醇胺置于燒杯中,攪拌混合制備得混合液,將混合液置于80~90℃下水浴加熱25~30min;待加熱完成后,滴加與步驟(4)中加入乙二醇質(zhì)量相同的二苯基甲烷二異氰酸酯,隨后將二苯基甲烷二異氰酸酯等分為3~5份,分次等量滴加并控制每次滴加時(shí)間為3~5min,每隔5min重復(fù)滴加一次,待滴加3~5次后,保溫反應(yīng)80~90min,隨后將其澆筑至模具中,靜置固化6~8h后,再在室溫下靜置養(yǎng)護(hù)44~48h,脫模即可制備得一種高鐵軌道板下多孔隙中負(fù)載微膠囊高抗壓型填充材料。
實(shí)例1
首先按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45份花生殼、25份玉米秸稈芯和25份核桃殼混合并置于球磨罐中,球磨并過30目篩,收集球磨顆粒并置于120℃馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥障骂A(yù)熱45min,隨后按10℃/min升溫至800℃,保溫煅燒2h后,停止加熱并收集煅燒顆粒,將煅燒顆粒置于球磨罐中,在350r/min下球磨3h,隨后過190目篩,收集得煅燒球磨粉末;按質(zhì)量比1:10,將上述制備的煅燒球磨粉末與正硅酸乙酯攪拌混合,在200W下超聲振蕩處理15min,制備得混合分散液,按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45份混合分散液、10份正辛胺和3份吐溫-80置于燒杯中,在45℃下水浴加熱25min;待水浴加熱完成后,再在200W下超聲處理,同時(shí)對(duì)燒杯中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%鹽酸溶液,控制鹽酸滴加質(zhì)量為加入正辛烷質(zhì)量的3倍,待滴加完成后,靜置25min,隨后停止超聲振蕩并過濾,收集濾餅并用無(wú)水乙醇洗滌3次,在75℃下干燥3h,收集干燥顆粒并置于馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥毡Wo(hù)下置于550℃馬弗爐中煅燒3h,停止加熱并靜置冷卻至室溫,碾磨收集得改性顆粒;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量3份硅烷偶聯(lián)劑KH-550、10份上述改性顆粒和35份無(wú)水乙醇置于燒杯中,攪拌混合并在65℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干,收集干燥顆粒并碾磨過200目篩,收集干燥粉末;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量45份聚醚多元醇330N、10份乙二醇、10份干燥粉末、3份甲基硅油和1份三乙醇胺置于燒杯中,攪拌混合制備得混合液,將混合液置于80℃下水浴加熱25min;待加熱完成后,滴加與加入乙二醇質(zhì)量相同的二苯基甲烷二異氰酸酯,隨后將二苯基甲烷二異氰酸酯等分為3份,分次等量滴加并控制每次滴加時(shí)間為3min,每隔5min重復(fù)滴加一次,待滴加3次后,保溫反應(yīng)80min,隨后將其澆筑至模具中,靜置固化6h后,再在室溫下靜置養(yǎng)護(hù)44h,脫模即可制備得一種高鐵軌道板下多孔隙中負(fù)載微膠囊高抗壓型填充材料。
首先安裝軌道板壓緊和防側(cè)移裝置,固定裝置安裝于軌道板的兩端和中間,在軌道板上鉆孔設(shè)置錨固鋼筋,鋼筋采用植筋膠錨固,孔深15cm。壓緊裝置施工前,進(jìn)行錨桿抗拔試驗(yàn),隨后水泥乳化瀝青砂漿硬化后將壓緊裝置拆除,對(duì)軌道板封邊,將軌道板精調(diào)完成并壓緊固定后進(jìn)行軌道板封邊施工,封邊前應(yīng)將縫隙內(nèi)灰塵和雜物水洗干凈,同時(shí)將軌道板封邊,在其兩側(cè)面預(yù)留6個(gè)(每側(cè)3個(gè))排氣孔,在兩端預(yù)留4個(gè)(每端兩個(gè))排氣孔,孔徑為25mm,孔位要避開精調(diào)千斤頂周圍的止?jié){墊位置,隨后將本發(fā)明制備的高抗壓型高鐵軌道板下填充材料澆筑至軌道板下方,灌注時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察出氣孔,封孔時(shí)待填充材料從孔內(nèi)流出,判定灌漿飽滿后采用專用孔塞或泡沫材料填充塞緊,防止漏漿即可完成。本發(fā)明制備的高抗壓型高鐵軌道板下填充材料彈性系數(shù)為2.35kN/mm,視密度為1.15g/cm3,抗壓強(qiáng)度為3.5MPa,剪切強(qiáng)度為1.75MPa,硬度為75D。
實(shí)例2
首先按重量份數(shù)計(jì),分別稱量47份花生殼、27份玉米秸稈芯和27份核桃殼混合并置于球磨罐中,球磨并過35目篩,收集球磨顆粒并置于125℃馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥障骂A(yù)熱47min,隨后按10℃/min升溫至850℃,保溫煅燒3h后,停止加熱并收集煅燒顆粒,將煅燒顆粒置于球磨罐中,在375r/min下球磨4h,隨后過195目篩,收集得煅燒球磨粉末;按質(zhì)量比1:10,將上述制備的煅燒球磨粉末與正硅酸乙酯攪拌混合,在250W下超聲振蕩處理17min,制備得混合分散液,按重量份數(shù)計(jì),分別稱量47份混合分散液、12份正辛胺和4份吐溫-80置于燒杯中,在47℃下水浴加熱27min;待水浴加熱完成后,再在250W下超聲處理,同時(shí)對(duì)燒杯中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%鹽酸溶液,控制鹽酸滴加質(zhì)量為加入正辛烷質(zhì)量的3倍,待滴加完成后,靜置27min,隨后停止超聲振蕩并過濾,收集濾餅并用無(wú)水乙醇洗滌4次,在77℃下干燥4h,收集干燥顆粒并置于馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥毡Wo(hù)下置于575℃馬弗爐中煅燒4h,停止加熱并靜置冷卻至室溫,碾磨收集得改性顆粒;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量4份硅烷偶聯(lián)劑KH-550、12份上述改性顆粒和37份無(wú)水乙醇置于燒杯中,攪拌混合并在67℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干,收集干燥顆粒并碾磨過200目篩,收集干燥粉末;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量47份聚醚多元醇330N、12份乙二醇、12份干燥粉末、4份甲基硅油和2份三乙醇胺置于燒杯中,攪拌混合制備得混合液,將混合液置于85℃下水浴加熱27min;待加熱完成后,滴加與加入乙二醇質(zhì)量相同的二苯基甲烷二異氰酸酯,隨后將二苯基甲烷二異氰酸酯等分為4份,分次等量滴加并控制每次滴加時(shí)間為4min,每隔5min重復(fù)滴加一次,待滴加4次后,保溫反應(yīng)85min,隨后將其澆筑至模具中,靜置固化7h后,再在室溫下靜置養(yǎng)護(hù)47h,脫模即可制備得一種高鐵軌道板下多孔隙中負(fù)載微膠囊高抗壓型填充材料。
首先安裝軌道板壓緊和防側(cè)移裝置,固定裝置安裝于軌道板的兩端和中間,在軌道板上鉆孔設(shè)置錨固鋼筋,鋼筋采用植筋膠錨固,孔深15cm。壓緊裝置施工前,進(jìn)行錨桿抗拔試驗(yàn),隨后水泥乳化瀝青砂漿硬化后將壓緊裝置拆除,對(duì)軌道板封邊,將軌道板精調(diào)完成并壓緊固定后進(jìn)行軌道板封邊施工,封邊前應(yīng)將縫隙內(nèi)灰塵和雜物水洗干凈,同時(shí)將軌道板封邊,在其兩側(cè)面預(yù)留6個(gè)(每側(cè)3個(gè))排氣孔,在兩端預(yù)留4個(gè)(每端兩個(gè))排氣孔,孔徑為30mm,孔位要避開精調(diào)千斤頂周圍的止?jié){墊位置,隨后將本發(fā)明制備的高抗壓型高鐵軌道板下填充材料澆筑至軌道板下方,灌注時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察出氣孔,封孔時(shí)待填充材料從孔內(nèi)流出,判定灌漿飽滿后采用專用孔塞或泡沫材料填充塞緊,防止漏漿即可完成。本發(fā)明制備的高抗壓型高鐵軌道板下填充材料彈性系數(shù)為2.45kN/mm,視密度為1.18g/cm3,抗壓強(qiáng)度為4.5MPa,剪切強(qiáng)度為1.85MPa,硬度為85D。
實(shí)例3
首先按重量份數(shù)計(jì),分別稱量50份花生殼、30份玉米秸稈芯和30份核桃殼混合并置于球磨罐中,球磨并過40目篩,收集球磨顆粒并置于130℃馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥障骂A(yù)熱60min,隨后按10℃/min升溫至900℃,保溫煅燒3h后,停止加熱并收集煅燒顆粒,將煅燒顆粒置于球磨罐中,在400r/min下球磨5h,隨后過200目篩,收集得煅燒球磨粉末;按質(zhì)量比1:10,將上述制備的煅燒球磨粉末與正硅酸乙酯攪拌混合,在300W下超聲振蕩處理20min,制備得混合分散液,按重量份數(shù)計(jì),分別稱量50份混合分散液、15份正辛胺和5份吐溫-80置于燒杯中,在50℃下水浴加熱30min;待水浴加熱完成后,再在300W下超聲處理,同時(shí)對(duì)燒杯中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%鹽酸溶液,控制鹽酸滴加質(zhì)量為加入正辛烷質(zhì)量的3倍,待滴加完成后,靜置30min,隨后停止超聲振蕩并過濾,收集濾餅并用無(wú)水乙醇洗滌5次,在80℃下干燥5h,收集干燥顆粒并置于馬弗爐中,通氮?dú)馀懦諝?,在氮?dú)鈿夥毡Wo(hù)下置于650℃馬弗爐中煅燒5h,停止加熱并靜置冷卻至室溫,碾磨收集得改性顆粒;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量5份硅烷偶聯(lián)劑KH-550、15份上述改性顆粒和40份無(wú)水乙醇置于燒杯中,攪拌混合并在70℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干,收集干燥顆粒并碾磨過200目篩,收集干燥粉末;按重量份數(shù)計(jì),分別稱量50份聚醚多元醇330N、15份乙二醇、15份干燥粉末、5份甲基硅油和2份三乙醇胺置于燒杯中,攪拌混合制備得混合液,將混合液置于90℃下水浴加熱30min;待加熱完成后,滴加與加入乙二醇質(zhì)量相同的二苯基甲烷二異氰酸酯,隨后將二苯基甲烷二異氰酸酯等分為5份,分次等量滴加并控制每次滴加時(shí)間為5min,每隔5min重復(fù)滴加一次,待滴加5次后,保溫反應(yīng)90min,隨后將其澆筑至模具中,靜置固化8h后,再在室溫下靜置養(yǎng)護(hù)48h,脫模即可制備得一種高鐵軌道板下多孔隙中負(fù)載微膠囊高抗壓型填充材料。
首先安裝軌道板壓緊和防側(cè)移裝置,固定裝置安裝于軌道板的兩端和中間,在軌道板上鉆孔設(shè)置錨固鋼筋,鋼筋采用植筋膠錨固,孔深15cm。壓緊裝置施工前,進(jìn)行錨桿抗拔試驗(yàn),隨后水泥乳化瀝青砂漿硬化后將壓緊裝置拆除,對(duì)軌道板封邊,將軌道板精調(diào)完成并壓緊固定后進(jìn)行軌道板封邊施工,封邊前應(yīng)將縫隙內(nèi)灰塵和雜物水洗干凈,同時(shí)將軌道板封邊,在其兩側(cè)面預(yù)留6個(gè)(每側(cè)3個(gè))排氣孔,在兩端預(yù)留4個(gè)(每端兩個(gè))排氣孔,孔徑為27mm,孔位要避開精調(diào)千斤頂周圍的止?jié){墊位置,隨后將本發(fā)明制備的高抗壓型高鐵軌道板下填充材料澆筑至軌道板下方,灌注時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察出氣孔,封孔時(shí)待填充材料從孔內(nèi)流出,判定灌漿飽滿后采用專用孔塞或泡沫材料填充塞緊,防止漏漿即可完成。本發(fā)明制備的高抗壓型高鐵軌道板下填充材料彈性系數(shù)為2.40kN/mm,視密度為1.17g/cm3,抗壓強(qiáng)度為4.0MPa,剪切強(qiáng)度為1.80MPa,硬度為80D。