一种高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件，其特征是由２３－４０份聚醚多元醇Ａ、５－１０份扩链剂、０．１－０．５份水、０．２－０．５５份硅油匀泡剂和０．１５－０．３份催化剂构成的混合物Ｉ和由２．５－８份改性纳米高岭土、２４－３０份聚醚多元醇Ｂ和３０－４０份多异氰酸酯反应制备的半预聚物ＩＩ于３５－５５℃下搅拌混合２－５分钟后浇注于预热至４５－７０℃并涂覆有脱模剂的模具中成型，成型脱模后于８０－１００℃下熟化１０－２０小时得到减震元件。本减震元件各项性能指标符合ＨＥ／３３２８－２００６标准规定的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子复合材料的
，具体涉及一种高速铁路用微孔聚氨酯弹 性体减震元件及制备方法。
技术介绍
微孔聚氨酯弹性体是介于泡沫与弹性体之间的新型材料，密度介于泡沫和实芯材 料之间，泡孔的孔径在0. 1 ΙΟμπι，其孔径分布比较均勻，兼顾了泡沫的质轻、耐冲击性 好、吸能、缓冲性能好和弹性体的强度高、耐磨性好的优点，兼具弹性体良好的机械性能和 泡沫的舒适性，具有单位质量较轻、耐磨、耐油和减振压缩应力传递平稳、抗疲劳性能优异 的力学性能等特点。高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件是高速铁路工程建设中必需的 重要部件，可减小运行列车与路基包括路轨在内之间的振动传递率，保护路基和轨枕。另外 减震原件由于长期裸露于大气中，因此要求具有良好的耐水耐油、耐自然老化及耐寒、耐热 性能。而且必须具有非常优异的吸收冲击性能，符合时速在300km/h以上的高速铁路对减 震元件的要求，抗疲劳性能要非常好、强度要高、压缩应力传递要均勻等。由于普通聚氨酯微孔弹性体的耐热性和耐候性不佳，抗静电性较差，故需对其进 行改性，以达到要求。纳米粒子具有很多等特殊性质，在聚氨酯中添加纳米粒子制备的复合 材料具有许多新的功能，因此利用纳米粒子对聚氨酯进行改性已经成为聚氨酯改性的主要 手段之一。聚氨酯/粘土矿物(层状硅酸盐)纳米复合材料是最近迅速发展起来的新型材 料，纳米层状硅酸盐填料包括蒙脱土、高岭土、累托石、海泡石、云母、滑石粉等。由于纳米层 状硅酸盐的层状微观特殊结构，在聚氨酯中常以插层或剥离形态存在，添加适量的纳米粒 子后可获得高耐热性、高强度、高耐磨性、高电阻和低的膨胀系数等优异的性能，为普通复 合材料所不具有的形态和性能，从而引起广泛关注。中国专利CN101486834A采用有机蒙脱土来增强聚氨酯微孔弹性体，效果比较明 显，但是其采用了 1，1-二氯-1-氟代乙烷(F-141b)作为物理发泡剂，该发泡剂对臭氧层有 破坏作用，故不宜使用。中国专利CN1185501A采用10% 60%的普通矿物粘土增强铁路 用聚氨酯弹性体轨枕垫板，弹性体的重量增加较多，而且采用的是一步法浇注熟化，然后造 粒再挤出成型的工艺，此方法的缺点是软硬段和粘土易分布不均导致弹性体易产生缺陷， 而且垫板为实心的，减震效果较差。中国专利CN100513451C采用惰性气体充入含预聚物、 多元醇、链增长剂的组合物中制备出泡沫状的原料，然后注入模具中固化成型，制备出铁路 用聚氨酯发泡体垫板，该发泡体虽然孔径较小但是采用惰性气体发泡成本较高。中国专利 CN101381442A公开了一种TODI基聚氨酯微孔弹性体的制造方法，采用TODI可获得良好的 动态性能，但采用的是聚己二酸酯为多元醇软段，用此作为减震材料的耐水性较差，达不到 高铁用要求。中国专利CN101519485公开了一种宽温域阻尼减振聚氨酯微孔弹性体材料及 其制备方法，该材料可在-20°C +50°C范围内有较好的阻尼性能，但是该材料的拉伸强度 和断裂伸长率均不高，达不到高铁用的要求。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件。所要解决的技术问 题是通过改性增强增韧并提高其耐热性及抗冲击耐疲劳性。本专利技术解决技术问题的思路是采用化学插层法将价格低廉且性能好的纳米高岭 土进行改性，获得了层间距较大而且插层率较高的有机改性纳米高岭土，然后再使纳米粒 子通过化学键或氢键的方式接到聚氨酯主链上，以进一步提高各项性能。本专利技术所称的高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件由23-40份聚醚多元醇A、 5-10份扩链剂、0. 1-0. 5份水、0. 2-0. 55份硅油勻泡剂和0. 15-0. 3份催化剂构成的混合物 (I)和由2. 5-8份改性纳米高岭土、24-30份聚醚多元醇B和30-40份多异氰酸酯反应制备 的半预聚物(II)混合搅拌后浇注于模具中成型得到的减震元件。所述的份为质量份，下 同。本减震元件的制备方法，是以多异氰酸酯和聚醚多元醇为原料的模具成型法，包 括混合物(I)和半预聚物(II)的制备以及模具成型和熟化，所述的混合物(I)的制备就是 将配比量的聚醚多元醇A、扩链剂、水、硅油勻泡剂和催化剂搅拌混合均勻；所述的半预聚 物(II)的制备首先是由配比量的改性纳米高岭土和聚醚多元醇B于50-70°C搅拌反应2-4 小时，然后加入配比量的多异氰酸酯于70-85°C下搅拌反应1-3小时；所述的模具成型是将 混合物(I)和半预聚物(II)于35-55°C下搅拌混合2-5分钟后浇注于预热至45-70°C并涂 覆有脱模剂的模具中，成型脱模后于80-100°C下熟化10-20小时。所述的改性纳米高岭土是纳米高岭土与插层剂按质量比1 5-10于50-80°C搅拌 混合10-30小时，然后将此悬浮液过滤并回收插层剂，最后于50-70°C真空干燥15-40小时 后研磨、过200目筛，得到改性纳米高岭土。所述的聚醚多元醇A选自聚丙二醇-丙三醇醚，聚乙二醇-丙三醇-丙二醇醚、 聚四氢呋喃醚多元醇或聚丁二酸_丙三醇_ 一缩丙二醇醚，优选官能度为3-4且分子量为 3000-6000的聚四氢呋喃醚多元醇。所述的聚醚多元醇B选自聚四氢呋喃醚二醇、聚丙二醇或聚氧丙-氧亚乙基醚二 醇，优选分子量为1000-3000的聚四氢呋喃醚二醇。所述的多异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、液化二苯基甲烷二异氰酸酯、甲 苯二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯。所述的扩链剂选自二元醇扩链剂或二元胺扩链剂，二元醇扩链剂如乙二醇、1， 4_ 丁二醇、一缩丙二醇或氢醌-双(β-羟乙基)醚等；二元胺类扩链剂如3，3’-二氯-4， 4’ - 二氨基二苯基甲烷、二甲硫基甲苯二胺、二甲硫基氯苯二胺等。所述的催化剂选自三乙烯二胺、辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。所述的插层剂选自二甲亚砜、N-甲基甲酰胺、联氨、醋酸钾或乙酸铵。本专利技术采用原位插层聚合法和半预聚物法以及全水发泡和浇注成型工艺制备此 高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件，即部分聚醚多元醇B单体插层进有机改性纳米层 状硅酸盐中，再与多异氰酸酯反应制备端NCO基的半预聚物(II)，然后再与聚醚多元醇Α、 发泡剂、扩链剂和催化剂等混合物(I)反应，这种单体插层原位聚合法可使聚氨酯和有机 改性纳米层状硅酸盐达到分子水平的相容，使得无机填料的刚性、耐热性与聚氨酯的韧性、 可加工性在纳米尺寸上达到复合，获得了综合性能较好的高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减4震元件纳米复合材料。依据《铁路混凝土枕轨下用橡胶垫板》(HG/T 3328-2006)等标准中对 垫板物理机械性能、静刚度的要求，采用分子设计的方法，调节各组分成分和质量(摩尔) 比例，用以控制微孔聚氨酯弹性体中聚醚软段(弹性段)和氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、缩二 脲及纳米粒子等硬段的比例，使性能符合强制标准的要求。本专利技术具有以下优点1)利用单体插层原位聚合法的机理，即聚合反应是在纳米层状硅酸盐存在时进行 的，而不是聚合完成以后再添加纳米粘土的。该方法克服了纳米粘土在分散进入聚合物基 体时的自聚作用，更有利于纳米材料的均勻分散，而且纳米分散相与聚氨酯基体界面具有 理想的粘接性能，材料基体的热膨胀系数相匹配，更有利于产品性能的提高。2)本专利技术添加纳米高岭土可限制分子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件，其特征在于：由２３－４０份聚醚多元醇Ａ、５－１０份扩链剂、０．１－０．５份水、０．２－０．５５份硅油匀泡剂和０．１５－０．３份催化剂构成的混合物Ⅰ和由２．５－８份改性纳米高岭土、２４－３０份聚醚多元醇Ｂ和３０－４０份多异氰酸酯反应制备的半预聚物Ⅱ混合搅拌后浇注于模具中成型得到的减震元件。
【技术特征摘要】
一种高速铁路用微孔聚氨酯弹性体减震元件，其特征在于由23 40份聚醚多元醇A、5 10份扩链剂、0.1 0.5份水、0.2 0.55份硅油匀泡剂和0.15 0.3份催化剂构成的混合物I和由2.5 8份改性纳米高岭土、24 30份聚醚多元醇B和30 40份多异氰酸酯反应制备的半预聚物II混合搅拌后浇注于模具中成型得到的减震元件。2.根据权利要求1所述的减震元件，其特征在于所述的聚醚多元醇A选自聚丙二 醇_丙三醇醚，聚乙二醇_丙三醇_丙二醇醚、聚四氢呋喃醚多元醇或聚丁二酸_丙三 醇-一缩丙二醇醚。3.根据权利要求2所述的减震元件，其特征在于所述的聚醚多元醇A为官能度为3-4 且分子量为3000-6000的聚四氢呋喃醚多元醇。4.根据权利要求1所述的减震元件，其特征在于所述的聚醚多元醇B选自聚四氢呋 喃醚二醇、聚丙二醇或聚氧丙_氧亚乙基醚二醇。5.根据权利要求4所述的减震元件，其特征在于所述的聚醚多元醇B为分子量为 1000-3000的聚四氢呋喃醚二醇。6.根据权利要求1所述的减震元件，其特征在于所述的多异氰酸酯选自二苯基甲烷 二异氰酸酯、液化二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯。7.根据权利要求1所述的减震元件，其特征在于所述的扩链剂选自二元醇扩链剂乙 二醇、1，4_ 丁二醇、一缩丙二醇或氢醌-双(β-羟乙基)醚。8.根据权利要求1所述的减震元件...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建军，吴庆云，江文才，张建安，吴明元，吴潮，孙家干，
申请(专利权)人：安徽大学，安徽金科橡塑制品有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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