重載線路用BTPOLY-H100型聚氨酯軌下墊板的研制

衣愛麗，張綿勝，張志強，張向東

(北京特冶工貿(mào)有限責(zé)任公司，北京 100043)

重載線路用BTPOLY-H100型聚氨酯軌下墊板的研制

衣愛麗，張綿勝，張志強，張向東

(北京特冶工貿(mào)有限責(zé)任公司，北京 100043)

介紹北京特冶工貿(mào)有限責(zé)任公司自主研發(fā)的重載線路用BTPOLY-H100型聚氨酯軌下墊板。簡述其加工工藝，對比各種橡膠軌下墊板的性能及標(biāo)準(zhǔn)要求，得出該聚氨酯墊板較同類橡膠軌下墊板耐磨性更好，性能更穩(wěn)定，耐氣候性優(yōu)異，適用于多種服役環(huán)境。而且該產(chǎn)品加工工藝簡單可控、使用壽命長、材料綠色環(huán)保，該產(chǎn)品的使用可明顯提高線路行車穩(wěn)定性，降低線路維護(hù)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

重載鐵路 道岔 軌下墊板 聚氨酯

1 鐵路軌下墊板概述

目前，世界范圍內(nèi)鐵路軌道結(jié)構(gòu)中，在鋼軌和軌枕之間加設(shè)有彈性墊層，作為緩沖裝置［1］，減小輪軌之間的動力作用，以減少行車時鋼軌和軌枕之間的振動，降低振動損害及噪音。鐵路墊板作為緩沖裝置之一，其使用量約為3 640塊/km。按材質(zhì)可將軌下墊板分為三種:橡膠墊板、熱塑性彈性體墊板(TPEE)、聚氨基甲酸酯墊板(即PU，簡稱聚氨酯)。橡膠墊板在鐵路中的應(yīng)用歷史最為悠久，由于橡膠材料本身的特性，其使用過程中靜剛度會隨使用時間的延長而增加，在運載量達(dá)到8億t時仍未達(dá)到峰值，進(jìn)而引起墊板壓潰、掉塊等問題，一定程度上影響了橡膠墊板的使用性能，且橡膠材料耐油、耐溶解性差，回收利用率不高。熱塑性彈性體墊板(TPEE)在抗載荷方面優(yōu)于橡膠墊板，但其耐磨及抗蠕變性能較差，耐熱性不如橡膠墊板，且壓縮變形和耐久性差，失效方式多表現(xiàn)為厚度不足、易于老化。而聚氨基甲酸酯墊板(PU)的使用則受到原材料成分配比的影響，并且在載荷作用下容易產(chǎn)生內(nèi)熱的問題。

在設(shè)計不同線路墊板時，為達(dá)到線路使用的要求、充分發(fā)揮材料的性能潛力，不僅要從材料選擇及工藝調(diào)整方面著手，還要進(jìn)行合理的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2 聚氨酯材料及其在軌道交通方面的應(yīng)用

聚氨酯材料多由二元或多元羥基化合物(柔性鏈段)與二元或多元異氰酸酯(剛性鏈段)經(jīng)聚合反應(yīng)制成［2］，是一種在分子的主鏈結(jié)構(gòu)上嵌有氨基甲酸酯基團(tuán)(-NHCOO-)的高分子聚合物。該氨基甲酸酯基團(tuán)結(jié)構(gòu)單元是由羥基與異氰酸基團(tuán)反應(yīng)生成的，反應(yīng)式為—N=C=O+HO－→—NH-COO－。

目前，聚氨酯材料已在建筑、紡織、醫(yī)療、油田、礦山、交通運輸、機(jī)械等多個領(lǐng)域應(yīng)用，使用前景良好。2004年我國聚氨酯產(chǎn)品消耗總量約為260萬 t，2006年400萬t，2007年450萬t，至2008年該數(shù)值增長至480萬t。我國聚氨酯材料年使用量占世界使用總量的1/3［3］，但從目前看來，該材料仍然具有市場開發(fā)的潛力。

聚氨酯材料在軌道交通方面主要應(yīng)用于制作彈性墊板、彈性軌枕、無砟軌道灌封填充、道砟膠、防水涂層、調(diào)高支座等。為適應(yīng)不同產(chǎn)品對材料的要求，相關(guān)學(xué)者多通過改變聚氨酯合成原料配比、進(jìn)行原料改性、添加聚合反應(yīng)助劑、改進(jìn)加工工藝等方法獲得形狀、性質(zhì)不同的聚氨酯產(chǎn)品。

3 BTPOLY-H100型聚氨酯軌下墊板的加工、機(jī)械性能及使用

重載道岔用軌下墊板相對于普通線路軌下墊板的工作環(huán)境更為惡劣，對墊板的使用性能要求也更高。重載線路用BTPOLY-H100型聚氨酯軌下墊板(以下簡稱B-H軌下墊板)是針對重載線路對軌下墊板的使用要求，設(shè)計研發(fā)的一種聚氨酯(PU)墊板。該墊板從材料成分、加工工藝、生產(chǎn)過程等多個方面嚴(yán)格控制，2007年在大秦朔黃重載鐵路轍叉上應(yīng)用。

3.1 B-H軌下墊板的加工工藝流程

B-H軌下墊板的加工工藝流程見圖1。

圖1 B-H軌下墊板加工工藝流程

由圖1可知，該工藝解決了以往聚氨酯墊板加工過程可操作性較差的問題，且生產(chǎn)過程簡單可控。經(jīng)過多次檢驗產(chǎn)品質(zhì)量也可保證。

3.2 B-H軌下墊板的性能及經(jīng)濟(jì)性分析

3.2.1 B-H軌下墊板的性能

聚氨酯材料的分子結(jié)構(gòu)決定了其制品普遍具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。主要可概括為3點:①硬度高，聚氨酯材料在較寬的硬度區(qū)間內(nèi)具有良好的延展性和較高的伸長率;②耐磨性好，Tabor磨耗量在0.5～3.0 mg，約為橡膠材料的1/30;③良好的耐溶劑性。這些性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的彈塑性材料橡膠。對于聚氨酯墊板目前尚未有系統(tǒng)性的國家標(biāo)準(zhǔn)。B-H軌下墊板性能與標(biāo)準(zhǔn)《鐵道混凝土枕軌下用橡膠墊板技術(shù)條件》(TB/T 2626—1995)、《大秦重載鐵路熱塑性彈性體墊板暫行技術(shù)條件》《北京特冶工貿(mào)有限責(zé)任公司混凝土枕道岔用聚氨酯墊板技術(shù)條件(暫行)》(Q/SJTYG-0016—2013)中要求的性能對比見表1。

表1 B-H軌下墊板性能檢驗結(jié)果［4-7］

3.2.2 B-H軌下墊板的經(jīng)濟(jì)性

由表1中數(shù)據(jù)可知，B-H軌下墊板的各項性能完全符合TB/T 2626—1995的要求。其中邵爾A硬度這一指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的要求，表明了該材料耐磨性能優(yōu)異，為延長墊板使用壽命奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)試驗驗證，其阿克隆磨耗≤0.4，進(jìn)一步驗證了該材料的耐磨性。由于硬度與韌性不可兼得，B-H軌下墊板的拉斷伸長率僅優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的20%。數(shù)據(jù)顯示，該材料的高溫環(huán)境、低溫環(huán)境性能也較為突出，說明該材料在苛刻的工作環(huán)境下仍然能保持良好的性能穩(wěn)定性，很大程度地拓展了其使用領(lǐng)域。目前正通過調(diào)整其成分、成型工藝等，提高其機(jī)械性能，以配合各種線路的使用。

由于B-H軌下墊板對原材料的要求，使得其材料成本略高于橡膠墊板。但從加工設(shè)備、使用壽命的角度來講，其綜合生產(chǎn)成本要低于橡膠墊板。加之更優(yōu)異的性能穩(wěn)定性、更長的使用壽命，使其綜合成本明顯低于橡膠墊板。

經(jīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，該材料還可用于擋泥板、油封、儀表板、車門內(nèi)飾、防爆輪胎、前圍板、汽車座椅等產(chǎn)品的生產(chǎn)。且聚氨酯材料無毒無味，屬于環(huán)保型材料，以其為原材料制成的墊板經(jīng)使用失效后可回收再利用，經(jīng)過其他工藝處理后可制得泡沫材料。

3.3 B-H軌下墊板的使用

特冶公司自研制重載線路用軌下墊板材料以來，經(jīng)多方檢驗機(jī)構(gòu)的協(xié)助與支持，該B-H軌下墊板產(chǎn)品使用性能達(dá)到30 t軸重重載道岔墊板的標(biāo)準(zhǔn)要求，經(jīng)鐵科院金化所高分子室檢測，B-H軌下墊板各項技術(shù)要求全部合格。B-H軌下墊板廠內(nèi)組裝見圖2。

該產(chǎn)品在中南通道60 kg/m鋼軌12號、18號道岔鋪設(shè)中使用，近一年多的現(xiàn)場跟蹤觀測顯示，試用情況良好，至今未發(fā)生壓潰、掉塊、厚度不足等質(zhì)量問題。目前，該產(chǎn)品在大秦、朔黃等線路鋪設(shè)的近千組轍叉中使用，其使用量增長率逐年增加，使用總量超過了5 000組。

圖2 B-H軌下墊板的廠內(nèi)組裝

4 結(jié)語

本文中描述的B-H軌下墊板性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定，其各方面性能均優(yōu)于橡膠墊板。目前，我公司生產(chǎn)的B-H軌下墊板應(yīng)用于重載道岔的Ⅱ型彈條扣件中，該產(chǎn)品從未發(fā)生因失效或其他質(zhì)量問題而更換的問題，可見其性能穩(wěn)定。該墊板的使用不僅給公司帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為客戶降低了線路的維護(hù)成本，保障了行車安全。在不遠(yuǎn)的將來，公司將繼續(xù)加大研發(fā)設(shè)計、工藝改進(jìn)的力度，研制出性能多樣適合各種線路使用的聚氨酯產(chǎn)品。

［1］周志強.聚氨酯微孔彈性軌下墊板的應(yīng)用研究［J］.世界橡膠工業(yè)，2012(9):35-38.

［2］羅紅，侯曉輝，康永.聚氨酯彈性體研究應(yīng)用［J］.天津化工，2011(1):9-12.

［3］朱長春，翁漢元，呂國會.國內(nèi)外聚氨酯工業(yè)最新發(fā)展?fàn)顩r［J］.化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2012(5):1-20.

［4］中華人民共和國國家鐵路局.TB/T 412—2014 標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路道岔技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2015.

［5］中國鐵路總公司.TJ/GW 107—2013 30噸軸重重載道岔技術(shù)條件(暫行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2013.

［6］中國鐵路總公司.TJ/GW 108—2013 30噸軸重合金鋼組合轍叉技術(shù)條件(暫行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2013.

［7］中華人民共和國鐵道部.TB/T 2626—1995 鐵道混凝土枕軌下用橡膠墊板技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，1995.

(責(zé)任審編 葛全紅)

U213.5+3

:BDOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.11.35

2015-08-05;

:2015-09-10

衣愛麗(1987— )，女，助理工程師，碩士。

1003-1995(2015)11-0124-03