一种一体式复合材料轨枕及其制造方法技术

一种一体式复合材料轨枕及其制造方法。所述复合材料轨枕中含有纤维，所述复合材料轨枕的密度在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加，并且所述复合材料轨枕的密度的增加通过使所述复合材料轨枕中的纤维的纤维含量在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加来实现。本申请的一体式复合材料轨枕的表层强度高，而且轨枕表面的集中载荷能够得到有效分散，从而避免表层完好、内部损伤的问题，延长轨枕的使用寿命。

An Integrated Composite Sleeper and Its Manufacturing Method

The invention relates to an integral composite sleeper and a manufacturing method thereof. The composite sleeper contains fibers, and the density of the composite sleeper increases from inside to outside in the radial direction of the composite sleeper, and the increase of the density of the composite sleeper is realized by increasing the fibre content of the composite sleeper from inside to outside in the radial direction of the composite sleeper. The surface strength of the composite sleeper is high, and the concentrated load on the sleeper surface can be effectively dispersed, thus avoiding the problems of surface integrity and internal damage and prolonging the service life of the sleeper.

【技术实现步骤摘要】
一种一体式复合材料轨枕及其制造方法
本申请涉及但不限于轨道交通设备
，尤其涉及但不限于一种一体式复合材料轨枕及其制造方法。
技术介绍
在铁路系统，轨枕是传递载荷、稳固轨道的重要部件之一。轨枕的技术水平及质量优劣，直接影响了铁路轨道的设计与运行安全。目前，铁路设计常用的轨枕为木质轨枕和混凝土轨枕。这两类轨枕存在诸多不足，如木质轨枕易腐蚀、寿命短、原料资源紧缺等；混凝土轨枕重量大、易碎裂、阻尼效果差等。面对传统材料存在的问题，新型的复合材料合成轨枕被开发应用，其中应用突出的一类为纤维增强高分子泡沫复合材料合成轨枕。该类型复合材料制成的合成轨枕具有密度低、强度高、不吸水、耐老化腐蚀等诸多优点，重要的是具有等同于木材的加工性能，便于工程设计、现场施工及应用维护。申请号为CN200810140888.3的中国专利公开了一种合成枕木的配方及连续成型工艺。此类型合成轨枕在应用中，上表面常出现被扣件压溃的现象，下表面也常有被道砟或其他硬物压挤受损的问题，导致轨枕寿命缩短。出现此类问题的原因是轨枕密度较低，保持了重量轻的优点，但在承受均布集中载荷时，易受损破坏。如果提高轨枕密度，轨枕重量会增大，不利于产品应用。有报道指出，可在合成轨枕表面增加保护层，但此类保护层多通过二次粘接的方式设置在轨枕表面，存在应力集中的问题，有脱落的风险。另外，增加的保护层与轨枕本体密度差异明显，当集中载荷传递到轨枕本体时，仍有应力集中的现象，导致表层完好、内部损伤的问题，不能完全保证轨枕长期使用。因此，具有保护层的合成轨枕还未见有实际应用。
技术实现思路
本申请提供了一种一体式复合材料轨枕及其制造方法，解决了合成轨枕表层强度差、易损伤的问题。具体地，本申请提供了一种一体式复合材料轨枕，所述复合材料轨枕中含有纤维，所述复合材料轨枕的密度在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加，并且所述复合材料轨枕的密度的增加通过使所述复合材料轨枕中的纤维的纤维含量在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加来实现。在本申请实施例中，所述复合材料轨枕可以包括过渡层，所述过渡层中的纤维在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外可以按由第一纤维含量增加至第二纤维含量的形式分布。在本申请实施例中，所述过渡层中的纤维在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外可以按由第一纤维含量线性增加至第二纤维含量的形式分布。在本申请实施例中，所述第一纤维含量可以按照公式I线性增加至所述第二纤维含量，公式I为：y1＝k1x+b1式中，y1为待测点的纤维含量，单位为％；x为待测点与过渡层的内边缘之间的距离，单位为m；k1为纤维含量增长率，为非负数，单位为1/m；b1在2％-25％范围内。在本申请实施例中，所述过渡层的密度可以按照公式II线性增加，公式II为：y2＝k2x+b2式中，y2为待测点的密度，单位为kg/m3；x为待测点与过渡层的内边缘之间的距离，单位为m；k2为过渡层的密度增长率，为非负数，单位为kg/m4；b2在100-1200范围内，单位为kg/m3。在本申请实施例中，所述复合材料轨枕还可以包括第一密度层和/或第二密度层，所述第一密度层设置在所述过渡层的靠近所述复合材料轨枕中心的一侧，所述第二密度层设置在所述过渡层的远离所述复合材料轨枕中心的一侧，并且所述第一密度层中的纤维按第一纤维含量均匀地分布，所述第二密度层中的纤维按第二纤维含量均匀地分布。在本申请实施例中，所述复合材料轨枕在径向方向上从内到外可以依次包括所述第一密度层和所述过渡层。所述第一密度层的厚度可以为所述复合材料轨枕的高度的1/10-9/10，剩余为所述过渡层。在本申请实施例中，所述复合材料轨枕在径向方向上从内到外可以依次包括所述过渡层和所述第二密度层。所述过渡层的厚度可以为所述复合材料轨枕的高度的6/50-49/50，剩余为所述第二密度层。在本申请实施例中，所述复合材料轨枕在径向的方向上从内到外可以依次包括所述第一密度层、所述过渡层和所述第二密度层。所述第一密度层的厚度可以为所述复合材料轨枕的高度的1/10-9/10，所述过渡层的厚度可以为所述复合材料轨枕的高度的1/100-22/50，剩余为所述第二密度层。在本申请实施例中，所述复合材料轨枕在径向方向上从内到外可以依次包括第一密度层、过渡层和第二密度层，所述第一密度层中的纤维按第一纤维含量均匀地分布，所述第二密度层中的纤维按第二纤维含量均匀地分布，所述过渡层中的纤维按第三纤维含量均匀地分布，所述第一纤维含量＜所述第三纤维含量＜所述第二纤维含量。在本申请实施例中，所述第一纤维含量可以为2％-25％，所述第二纤维含量可以为17％-60％。在本申请实施例中，所述第一密度层的密度可以为100kg/m3-1200kg/m3，所述第二密度层的密度可以为500kg/m3-1900kg/m3。本申请还提供了如上所述的一体式复合材料轨枕的制造方法，所述方法包括：根据期望得到的复合材料轨枕的密度，计算得到纤维在所述复合材料轨枕中的纤维含量，并换算得到纤维在纤维排布架上的纤维含量；根据纤维在纤维排布架上的纤维含量，将纤维排布在纤维排布架上，使纤维穿过排纱板进行预分布排纱；将穿过所述排纱板的纤维牵引至浸渍设备，使树脂基体材料浸渍所述纤维；以及将浸渍有树脂基体材料的纤维进行成型，得到所述一体式复合材料轨枕。在本申请实施例中，所述将纤维排布在纤维排布架上可以包括：任选地，将形成第一密度层的纤维均匀地排布在所述纤维排布架上；在形成所述第一密度层的纤维的外周，将形成过渡层的纤维排布在所述纤维排布架上；任选地，在形成所述过渡层的纤维的外周，将形成第二密度层的纤维均匀地排布在所述纤维排布架上。本申请的复合材料轨枕采用特定的纤维排布方式——使所述复合材料轨枕中纤维的纤维含量在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加，使得所述复合材料轨枕的密度由内部的低密度逐渐增加至表层的高密度，不仅增强了表层的强度，还使表面的集中载荷得到了有效分散，从而避免表层完好、内部损伤的问题，延长了轨枕的使用寿命。本申请的复合材料轨枕采用一体成型的方式制造得到，属于一体式的轨枕，避免了轨枕二次粘接存在的脱落风险。本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。图1为本申请实施例的复合材料轨枕的横截面示意图。图2为本申请实施例的复合材料轨枕的制造过程的示意图。图3为申请实施例的一次纤维排纱板的结构示意图。图4为申请实施例的二次纤维排纱板的结构示意图。图中的附图标记为：10-复合材料轨枕11-第一密度层12-过渡层13-第二密度层14-纤维15-树脂21-纤维排布架22-纤维织物架23-纤维排纱板231-一次纤维排纱板2311-一次排纱板排纱孔2312-一次排纱板支架232-二次纤维排纱板2321-二次排纱板排纱孔2322-二次排纱板支架24-浸渍设备25-成型设备26-锯切设备具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体式复合材料轨枕，所述复合材料轨枕中含有纤维，其特征在于，所述复合材料轨枕的密度在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加，并且所述复合材料轨枕的密度的增加通过使所述复合材料轨枕中的纤维的纤维含量在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加来实现。

【技术特征摘要】
1.一种一体式复合材料轨枕，所述复合材料轨枕中含有纤维，其特征在于，所述复合材料轨枕的密度在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加，并且所述复合材料轨枕的密度的增加通过使所述复合材料轨枕中的纤维的纤维含量在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外增加来实现。2.根据权利要求1所述的一体式复合材料轨枕，其中，所述复合材料轨枕包括过渡层，所述过渡层中的纤维在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外按由第一纤维含量增加至第二纤维含量的形式分布。3.根据权利要求2所述的一体式复合材料轨枕，其中，所述过渡层中的纤维在所述复合材料轨枕的径向方向上从内到外按由第一纤维含量线性增加至第二纤维含量的形式分布。4.根据权利要求3所述的一体式复合材料轨枕，其中，所述第一纤维含量按照公式I线性增加至所述第二纤维含量，公式I为：y1＝k1x+b1式中，y1为待测点的纤维含量，单位为％；x为待测点与过渡层的内边缘之间的距离，单位为m；k1为纤维含量增长率，为非负数，单位为1/m；b1在2％-25％范围内。5.根据权利要求4所述的一体式复合材料轨枕，其中，所述过渡层的密度按照公式II线性增加，公式II为：y2＝k2x+b2式中，y2为待测点的密度，单位为kg/m3；x为待测点与过渡层的内边缘之间的距离，单位为m；k2为过渡层的密度增长率，为非负数，单位为kg/m4；b2在100-1200范围内，单位为kg/m3。6.根据权利要求2所述的一体式复合材料轨枕，所述复合材料轨枕还包括第一密度层和/或第二密度层，所述第一密度层设置在所述过渡层的靠近所述复合材料轨枕中心的一侧，所述第二密度层设置在所述过渡层的远离所述复合材料轨枕中心的一侧，并且所述第一密度层中的纤维按第一纤维含量均匀地分布，所述第二密度层中的纤维按第二纤维含量均匀地分布。7.根据权利要求6所述的一体式复合材料轨枕，其中，所述复合材料轨枕在径向方向上从内到外依次包括所述第一密度层和所述过渡层，所述第一密度层的厚度为所述复合材料轨枕的高度的1/10-9/10；或者所述复合材料轨枕在径向...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯学杰，刘振，谢文蓓，刘振兴，
申请(专利权)人：洛阳科博思新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41