纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軌枕用復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)和軌道交通建設(shè)的大發(fā)展，目前鐵路上使用的軌枕主要有混凝土軌枕、 木枕和鋼枕。但這三種軌枕各有優(yōu)缺點(diǎn)，在涉及到不同類型地段的交通時(shí)，特別是涉及到城 市軌道交通、鋼橋明橋面、各種過(guò)渡段、古建筑保護(hù)區(qū)、精密儀器實(shí)驗(yàn)區(qū)等特殊地段，對(duì)軌道 要求比較高，即對(duì)軌枕的性能要求高，就使得生產(chǎn)出一種強(qiáng)度高、彈性好、絕緣性好、扣件安 裝簡(jiǎn)便、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的軌枕十分重要。
[0003] 國(guó)內(nèi)不同領(lǐng)域的單位也提出了不同的合成軌枕，主要有聚氨酯纖維合成軌枕、玻 璃鋼軌枕等，但這些軌枕并沒有從根本上解決軌枕的受力問(wèn)題，在大鐵路，特別是重載線路 上均不能滿足鐵路上道的強(qiáng)度要求。
[0004] 現(xiàn)有的聚氨酯纖維合成軌枕只有順著軌枕方向的縱向纖維和粘接纖維的聚氨酯， 因此其軌枕在彎曲作用下其上下表面的應(yīng)力由纖維承擔(dān)，但是軌枕截面中性軸的最大剪切 應(yīng)力只能由聚氨酯來(lái)承擔(dān)，而聚氨酯的強(qiáng)度相對(duì)纖維而言，其強(qiáng)度非常低，因此聚氨酯纖維 合成軌枕在彎曲作用下容易出現(xiàn)層間剪切破壞。另外，聚氨酯自身的局部抗壓強(qiáng)度較低，因 此當(dāng)軌枕安裝扣件的錨固螺栓扭矩過(guò)大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)局部壓潰或凹陷。而現(xiàn)有的玻璃鋼軌枕 均不能從根本上解決合成軌枕的受力問(wèn)題，只簡(jiǎn)單提出纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和樹脂的比例， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)符合鐵路上道要求的合成軌枕，結(jié)果只是簡(jiǎn)單的拉擠型材。
[0005] 同時(shí)，為了使得合成軌枕達(dá)到軌枕的性能要求，大多制備為實(shí)心（如混凝土軌枕） 的軌枕，重量大，搬運(yùn)困難。而且由于是一體成型的，再增加其它增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件時(shí)就很困難，導(dǎo) 致現(xiàn)有的合成軌枕的性能很難進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷和問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌 枕，解決了現(xiàn)有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕的力學(xué)性能不足，以及重量大，搬運(yùn)困難，且無(wú) 法增設(shè)其它增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的技術(shù)問(wèn)題。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕，是通過(guò)將浸粘有樹脂組合物的纖維增強(qiáng)材料纏繞至 模具上，經(jīng)擠壓、固化成型，脫模得到的；其中，所述合成軌枕包括一體成型的上枕板、下枕 板和至少兩個(gè)枕梁，所述枕梁連接上枕板和下枕板，構(gòu)成具有空腔的空心軌枕。
[0009] 進(jìn)一步地，所述纖維增強(qiáng)材料包括無(wú)捻粗紗、多軸向編織布和纖維連續(xù)縫編氈；所 述空心軌枕的內(nèi)表面和外表面為多軸向編織布，無(wú)捻粗紗和纖維連續(xù)縫編氈分布在內(nèi)表面 與外表面之間，且無(wú)捻粗紗布置在多軸向編織布與纖維連續(xù)縫編氈之間，以及相鄰兩層纖 維連續(xù)縫編氈之間，無(wú)捻粗紗沿所述空心軌枕的縱向布置。
[0010] 進(jìn)一步地，按重量百分比，所述上枕板和下枕板的纖維增強(qiáng)材料包括40%~60% 的無(wú)捻粗紗、30%~50%的多軸向編織布和10%~30%的纖維連續(xù)縫編氈；按重量百分 比，所述枕梁的纖維增強(qiáng)材料包括〇%~20%的無(wú)捻粗紗、50%~70%的多軸向編織布和 30 %~50 %的纖維連續(xù)縫編氈。
[0011] 進(jìn)一步地，所述上枕板和下枕板采用的纖維增強(qiáng)材料相同。按重量百分比，所述上 枕板和下枕板的纖維增強(qiáng)材料包括50%的無(wú)捻粗紗、35%的多軸向編織布和15%的纖維 連續(xù)縫編氈；按重量百分比，所述枕梁的纖維增強(qiáng)材料包括10%的無(wú)捻粗紗、60%的多軸 向編織布和30%的纖維連續(xù)縫編氈。
[0012] 進(jìn)一步地，按重量百分比，所述枕梁的纖維增強(qiáng)材料包括60%的多軸向編織布和 40 %的纖維連續(xù)縫編氈。
[0013] 進(jìn)一步地，所述枕梁與上枕板和下枕板的連接處采用的纖維增強(qiáng)材料，按重量百 分比，包括0~10%的無(wú)捻粗紗、70%~90%的多軸向編織布和10%~20%的纖維連續(xù)縫 編氈。優(yōu)選地，所述連接處采用的纖維增強(qiáng)材料，按重量百分比，包括5%的無(wú)捻粗紗、80% 的多軸向編織布和15%的纖維連續(xù)縫編氈。
[0014] 具體地，所述的無(wú)捻粗紗規(guī)格為4800~9600Tex。
[0015] 所述多軸向編織布為規(guī)格300~600g/m2、經(jīng)煒角度30°~60°雙向編織布。其 中以±45°雙向編織布最佳。
[0016] 進(jìn)一步地，所述空心軌枕，按重量百分?jǐn)?shù)，包括55 %~80 %的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 和20 %~45 %樹脂組合物。
[0017] 進(jìn)一步地，所述空心軌枕，按重量百分?jǐn)?shù)，包括70%的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和30% 樹脂組合物。
[0018] 進(jìn)一步地，所述樹脂組合物，按重量份，包括100份不飽和聚酯樹脂、1~30份填 料、0. 2~1份催化劑、10~30份浸潤(rùn)劑、0. 2~1份偶聯(lián)劑、0. 5~3份脫模劑、0. 5~1. 5 份紫外線吸收劑、〇. 5~5份顏料糊、1~10份阻燃劑和10~30份消泡劑，以及40~50 份的固化劑。將上述各原料混合，采用液體攪拌機(jī)在常溫下高速攪拌，至顏色均勻，無(wú)氣泡， 即得樹脂組合物。具體地，攪拌速度不低于300rad/min，攪拌時(shí)間不低于5分鐘。
[0019] 本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕的制備方法，如下：首先在模具上包覆多層 浸粘有樹脂組合物的多軸向編織布，得到內(nèi)表面的多軸向編織布層；然后在多軸向編織布 上以無(wú)捻粗紗和纖維連續(xù)縫編氈順次交替的方式排布浸粘有樹脂組合物的無(wú)捻粗紗和浸 粘有樹脂組合物的纖維連續(xù)縫編氈，相交處進(jìn)行一定長(zhǎng)度的搭接（搭接長(zhǎng)度最好不小于 20_)，然后再外圍采用浸粘有樹脂組合物的多軸向編織布將其包覆成整體結(jié)構(gòu)，得到外表 面的多軸向編織布層；然后再經(jīng)擠壓、固化成型后，脫模，即得本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 合成軌枕。在無(wú)捻粗紗、多軸向編織布和纖維連續(xù)縫編氈排布過(guò)程中，依據(jù)合成軌枕的不同 位置（枕板、枕梁以及枕板與枕梁的連接處），進(jìn)行合理的用量分配即可。枕梁和枕板的連 接處采用圓倒角形式，只要在模具相應(yīng)地位置設(shè)置為圓倒角即可。
[0020] 進(jìn)一步地，所述合成軌枕還包括凸臺(tái)，所述凸臺(tái)連接在所述枕梁的朝向空腔的側(cè) 面上。所述凸臺(tái)用作支撐扣件錨固螺栓固定塊。
[0021] 進(jìn)一步地，所述合成軌枕還包括支承肋板，所述支承肋板沿合成軌枕縱向方向卡 設(shè)在凸臺(tái)下沿與所述空腔的拐角之間。增加合成軌枕承受變形的能力。所述支承肋板采用 現(xiàn)有韌性優(yōu)良的板材即可。
[0022] 進(jìn)一步地，在朝向同一所述空腔的，兩個(gè)相鄰枕梁的相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上分別連接 高度不同的凸臺(tái)。更方便用作支撐扣件錨固螺栓固定塊。
[0023] 進(jìn)一步地，所述支撐肋板沿合成軌枕縱向方向卡設(shè)在所述高度不同的凸臺(tái)之間。
[0024] 進(jìn)一步地，所述合成軌枕還包括填充物，所述填充物填充至所述合成軌枕的空腔 內(nèi)。起到一定的支撐作用，增強(qiáng)合成軌枕的抗變形能力，提高合成軌枕的整體性能。
[0025] 進(jìn)一步地，所述填充物還可以為防潮干燥劑。同時(shí)起到干燥合成軌枕的作用，保證 合成軌枕的干燥，保證其力學(xué)性能。
[0026] 本發(fā)明的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕，針對(duì)現(xiàn)有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕存在 問(wèn)題，從兩方面著手提高合成軌枕的力學(xué)性能，以滿足不同鐵路線對(duì)軌枕的要求。
[0027] 一方面，從纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的組成及排布方式出發(fā)，綜合考慮了軌枕的受力特 點(diǎn)和纖維增強(qiáng)塑料特性，采用包括無(wú)捻粗紗、多軸向編織布和纖維連續(xù)縫編氈，并按特定組 合方式組合的纖維增強(qiáng)材料，縱向排布的無(wú)捻粗紗能夠拉伸纖維布的張緊度，得到的纖維 增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕力學(xué)性能好。靜載破壞強(qiáng)度達(dá)到600KN以上，疲勞強(qiáng)度符合荷載 230KN/46KN、加載頻率5. 0Hz、加載200萬(wàn)次無(wú)破壞的要求。進(jìn)一步根據(jù)軌枕的受力特點(diǎn)，將 軌枕不同的位置結(jié)構(gòu)采用不同配比的無(wú)捻粗紗、多軸向編織布和纖維連續(xù)縫編氈，針對(duì)性 地將三者組合得到彈性好，強(qiáng)度高，適用于大鐵路的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料合成軌枕。
[0028] 另一方面，從合成軌枕的空間結(jié)構(gòu)上出發(fā)，利用模具一體成型得到具有空腔的空 心軌枕，質(zhì)量輕，搬運(yùn)方便。且枕梁的加設(shè)使得軌枕的承受的剪切強(qiáng)度增加，提高了合成軌 枕的力學(xué)性能，能適用于更多的鐵路線。進(jìn)一步地，在枕梁上增設(shè)凸臺(tái)，用作支撐扣件錨固 螺栓固定塊，方便加設(shè)支承扣件。凸臺(tái)可以通過(guò)模具的設(shè)計(jì)而一體成型得到。同時(shí)可以作為 支承肋板的限位凸塊，增設(shè)支承肋板，增加合成軌枕承受變形的能力。進(jìn)一步地，在空腔內(nèi)