重载线路用BTPOLY-H100型聚氨酯轨下垫板的研制

衣爱丽，张绵胜，张志强，张向东

(北京特冶工贸有限责任公司，北京 100043)

重载线路用BTPOLY-H100型聚氨酯轨下垫板的研制

衣爱丽，张绵胜，张志强，张向东

(北京特冶工贸有限责任公司，北京 100043)

介绍北京特冶工贸有限责任公司自主研发的重载线路用BTPOLY-H100型聚氨酯轨下垫板。简述其加工工艺，对比各种橡胶轨下垫板的性能及标准要求，得出该聚氨酯垫板较同类橡胶轨下垫板耐磨性更好，性能更稳定，耐气候性优异，适用于多种服役环境。而且该产品加工工艺简单可控、使用寿命长、材料绿色环保，该产品的使用可明显提高线路行车稳定性，降低线路维护成本，具有良好的经济效益。

重载铁路 道岔 轨下垫板 聚氨酯

1 铁路轨下垫板概述

目前，世界范围内铁路轨道结构中，在钢轨和轨枕之间加设有弹性垫层，作为缓冲装置［1］，减小轮轨之间的动力作用，以减少行车时钢轨和轨枕之间的振动，降低振动损害及噪音。铁路垫板作为缓冲装置之一，其使用量约为3 640块/km。按材质可将轨下垫板分为三种:橡胶垫板、热塑性弹性体垫板(TPEE)、聚氨基甲酸酯垫板(即PU，简称聚氨酯)。橡胶垫板在铁路中的应用历史最为悠久，由于橡胶材料本身的特性，其使用过程中静刚度会随使用时间的延长而增加，在运载量达到8亿t时仍未达到峰值，进而引起垫板压溃、掉块等问题，一定程度上影响了橡胶垫板的使用性能，且橡胶材料耐油、耐溶解性差，回收利用率不高。热塑性弹性体垫板(TPEE)在抗载荷方面优于橡胶垫板，但其耐磨及抗蠕变性能较差，耐热性不如橡胶垫板，且压缩变形和耐久性差，失效方式多表现为厚度不足、易于老化。而聚氨基甲酸酯垫板(PU)的使用则受到原材料成分配比的影响，并且在载荷作用下容易产生内热的问题。

在设计不同线路垫板时，为达到线路使用的要求、充分发挥材料的性能潜力，不仅要从材料选择及工艺调整方面着手，还要进行合理的外形结构设计。

2 聚氨酯材料及其在轨道交通方面的应用

聚氨酯材料多由二元或多元羟基化合物(柔性链段)与二元或多元异氰酸酯(刚性链段)经聚合反应制成［2］，是一种在分子的主链结构上嵌有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的高分子聚合物。该氨基甲酸酯基团结构单元是由羟基与异氰酸基团反应生成的，反应式为—N=C=O+HO－→—NH-COO－。

目前，聚氨酯材料已在建筑、纺织、医疗、油田、矿山、交通运输、机械等多个领域应用，使用前景良好。2004年我国聚氨酯产品消耗总量约为260万 t，2006年400万t，2007年450万t，至2008年该数值增长至480万t。我国聚氨酯材料年使用量占世界使用总量的1/3［3］，但从目前看来，该材料仍然具有市场开发的潜力。

聚氨酯材料在轨道交通方面主要应用于制作弹性垫板、弹性轨枕、无砟轨道灌封填充、道砟胶、防水涂层、调高支座等。为适应不同产品对材料的要求，相关学者多通过改变聚氨酯合成原料配比、进行原料改性、添加聚合反应助剂、改进加工工艺等方法获得形状、性质不同的聚氨酯产品。

3 BTPOLY-H100型聚氨酯轨下垫板的加工、机械性能及使用

重载道岔用轨下垫板相对于普通线路轨下垫板的工作环境更为恶劣，对垫板的使用性能要求也更高。重载线路用BTPOLY-H100型聚氨酯轨下垫板(以下简称B-H轨下垫板)是针对重载线路对轨下垫板的使用要求，设计研发的一种聚氨酯(PU)垫板。该垫板从材料成分、加工工艺、生产过程等多个方面严格控制，2007年在大秦朔黄重载铁路辙叉上应用。

3.1 B-H轨下垫板的加工工艺流程

B-H轨下垫板的加工工艺流程见图1。

图1 B-H轨下垫板加工工艺流程

由图1可知，该工艺解决了以往聚氨酯垫板加工过程可操作性较差的问题，且生产过程简单可控。经过多次检验产品质量也可保证。

3.2 B-H轨下垫板的性能及经济性分析

3.2.1 B-H轨下垫板的性能

聚氨酯材料的分子结构决定了其制品普遍具有优良的综合机械性能。主要可概括为3点:①硬度高，聚氨酯材料在较宽的硬度区间内具有良好的延展性和较高的伸长率;②耐磨性好，Tabor磨耗量在0.5～3.0 mg，约为橡胶材料的1/30;③良好的耐溶剂性。这些性能均优于传统的弹塑性材料橡胶。对于聚氨酯垫板目前尚未有系统性的国家标准。B-H轨下垫板性能与标准《铁道混凝土枕轨下用橡胶垫板技术条件》(TB/T 2626—1995)、《大秦重载铁路热塑性弹性体垫板暂行技术条件》《北京特冶工贸有限责任公司混凝土枕道岔用聚氨酯垫板技术条件(暂行)》(Q/SJTYG-0016—2013)中要求的性能对比见表1。

表1 B-H轨下垫板性能检验结果［4-7］

3.2.2 B-H轨下垫板的经济性

由表1中数据可知，B-H轨下垫板的各项性能完全符合TB/T 2626—1995的要求。其中邵尔A硬度这一指标远远优于标准的要求，表明了该材料耐磨性能优异，为延长垫板使用寿命奠定了基础。经试验验证，其阿克隆磨耗≤0.4，进一步验证了该材料的耐磨性。由于硬度与韧性不可兼得，B-H轨下垫板的拉断伸长率仅优于标准规定值的20%。数据显示，该材料的高温环境、低温环境性能也较为突出，说明该材料在苛刻的工作环境下仍然能保持良好的性能稳定性，很大程度地拓展了其使用领域。目前正通过调整其成分、成型工艺等，提高其机械性能，以配合各种线路的使用。

由于B-H轨下垫板对原材料的要求，使得其材料成本略高于橡胶垫板。但从加工设备、使用寿命的角度来讲，其综合生产成本要低于橡胶垫板。加之更优异的性能稳定性、更长的使用寿命，使其综合成本明显低于橡胶垫板。

经适当的调整，该材料还可用于挡泥板、油封、仪表板、车门内饰、防爆轮胎、前围板、汽车座椅等产品的生产。且聚氨酯材料无毒无味，属于环保型材料，以其为原材料制成的垫板经使用失效后可回收再利用，经过其他工艺处理后可制得泡沫材料。

3.3 B-H轨下垫板的使用

特冶公司自研制重载线路用轨下垫板材料以来，经多方检验机构的协助与支持，该B-H轨下垫板产品使用性能达到30 t轴重重载道岔垫板的标准要求，经铁科院金化所高分子室检测，B-H轨下垫板各项技术要求全部合格。B-H轨下垫板厂内组装见图2。

该产品在中南通道60 kg/m钢轨12号、18号道岔铺设中使用，近一年多的现场跟踪观测显示，试用情况良好，至今未发生压溃、掉块、厚度不足等质量问题。目前，该产品在大秦、朔黄等线路铺设的近千组辙叉中使用，其使用量增长率逐年增加，使用总量超过了5 000组。

图2 B-H轨下垫板的厂内组装

4 结语

本文中描述的B-H轨下垫板性能符合国家标准中的相关规定，其各方面性能均优于橡胶垫板。目前，我公司生产的B-H轨下垫板应用于重载道岔的Ⅱ型弹条扣件中，该产品从未发生因失效或其他质量问题而更换的问题，可见其性能稳定。该垫板的使用不仅给公司带来可观的经济效益，也为客户降低了线路的维护成本，保障了行车安全。在不远的将来，公司将继续加大研发设计、工艺改进的力度，研制出性能多样适合各种线路使用的聚氨酯产品。

［1］周志强.聚氨酯微孔弹性轨下垫板的应用研究［J］.世界橡胶工业，2012(9):35-38.

［2］罗红，侯晓辉，康永.聚氨酯弹性体研究应用［J］.天津化工，2011(1):9-12.

［3］朱长春，翁汉元，吕国会.国内外聚氨酯工业最新发展状况［J］.化学推进剂与高分子材料，2012(5):1-20.

［4］中华人民共和国国家铁路局.TB/T 412—2014 标准轨距铁路道岔技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2015.

［5］中国铁路总公司.TJ/GW 107—2013 30吨轴重重载道岔技术条件(暂行)［S］.北京:中国铁道出版社，2013.

［6］中国铁路总公司.TJ/GW 108—2013 30吨轴重合金钢组合辙叉技术条件(暂行)［S］.北京:中国铁道出版社，2013.

［7］中华人民共和国铁道部.TB/T 2626—1995 铁道混凝土枕轨下用橡胶垫板技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，1995.

(责任审编 葛全红)

U213.5+3

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

2015-08-05;

:2015-09-10

衣爱丽(1987— )，女，助理工程师，硕士。

1003-1995(2015)11-0124-03