[发明专利]一种用于散粒体固结的软质聚氨酯泡沫材料

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯材料领域，具体涉及一种用于散粒体固结的软质聚氨酯泡沫材料，尤其适用于铁路道砟、公路级配碎石等散粒体的柔性固结。

背景技术

随着科学技术的发展和社会生产力的提高，高速、安全、舒适、重载已成为铁路和公路运输的主要发展方向。然而传统铁路有砟轨道存在道砟磨损、粉化严重，道床变形量大等问题；既有公路的级配碎石也存在相同的劣化现象，在当前运输密集、载重量大的环境条件下，这些问题更为突出。如何降低既有有砟铁路和公路的养护维修工作量，提高使用寿命，降低运营成本，已成为很多国家研究的重要领域。

一种柔性固结技术曾被提出，即采用柔性材料将已经达到稳定的新铺道砟(级配碎石)等散粒体材料的空隙填充，并将其柔性固结在一起，这些散粒体材料与柔性材料共同作用形成一个有机的整体，这样既保持原来结构的诸多优点，又提高结构的整体性和稳定性，大大降低散粒体材料之间的磨损、粉化，提高结构的使用寿命。

软质聚氨酯泡沫材料在充填和柔性粘接方面有着优异的性能，曾被提出用于铁路有砟轨道的道砟固结。但是软质聚氨酯泡沫材料的密度小、压缩残留应变大、拉伸强度和粘接强度低，使其应用受到了一定的局限性，目前，还未见可适用于散粒体固结的软质聚氨酯泡沫材料研究报道。而且有关高密度、粘接强度、撕裂强度、回弹率，及低压缩永久变形，抗老化性能和阻燃性能好的软质聚氨酯泡沫材料的制造技术仍有待研究改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种成型工艺简单，且具有高密度、粘接强度、撕裂强度、回弹率，及低压缩永久变形等性能优异的软质聚氨酯泡沫材料。

为解决上述技术问题，提高软质聚氨酯泡沫材料的物理性能和力学性能，本发明人系统研究了软质聚氨酯泡沫材料的原材料组成和配合比，以及聚合反应条件和聚合催化剂，材料密度及泡孔结构等因素对软质聚氨酯泡沫材料性能的影响。

研究结果表明，单一品种的多元醇或异氰酸酯难以解决本发明的技术难题，而采用复合多元醇，且选择一部分高分子量的多元醇，有利于提高软质聚氨酯的物理性能和力学性能；采用多种交联剂，发挥其协同作用，对聚氨酯材料成型的物理性能和力学性能有显著提高的作用；同时，采用合适的发泡剂品种和用量，以及性能优异的泡沫稳定剂将会大大改善聚氨酯泡沫材料的密度及泡孔结构，能较好地提高其物理性能和力学性能。

本发明所提供的软质聚氨酯泡沫材料，在催化剂、交联剂、发泡剂、泡沫稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂等助剂存在条件下，将多元醇和异氰酸酯组分，按一定的比例混合、反应而制得；各组成材料配比按质量份计，多元醇为100份，异氰酸酯为20～60份，催化剂为0.2～3份，交联剂为0.2～10份，发泡剂为0.2～5份，泡沫稳定剂为0.05～3份，抗氧化剂为0.05～1份，阻燃剂为1～30份，其他助剂0～20份。

本发明所述的多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚脲多元醇、聚烯烃类多元醇、天然物中提取的多元醇、含磷、锑、氯的接枝多元醇、含氮杂环多元醇、芳香族及杂环多元醇中的两种或两种以上物质组成的混合物。

本发明所述的所述多元醇的平均官能度为2～6，平均分子量为3000～10000，且至少有一部分高分子量的聚氧化烯烃多元醇，其分子量为6000～12000。当平均分子量低于下限时，所得到的聚氨酯泡沫材料柔性不足，回弹率低，压缩永久变形大；而当平均分子量高于上限时，聚氨酯泡沫材料的拉伸强度、粘接强度和撕裂强度不足。选择平均官能度较高的多元醇，在交联剂的作用下，更容易制造出结构性能优良的体型聚氨酯泡沫材料，以保证聚氨酯泡沫材料有较小的压缩永久变形。

本发明所述的异氰酸酯，可以选择常用的原材料，如具有大于等于两个异氰酸基的芳香族系、脂环族系、脂肪族系等异氰酸酯化合物或其改性体。如2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4′-二苯基亚甲基二异氰酸酯(MDI)、2，4′-二苯基亚甲基二异氰酸酯、己基亚甲基二异氰酸酯、异弗尔酮二异氰酸酯(TPDI)、二环已基甲烷-4，4′-二异氰酸酯(氢化MDI)，以及脲烷改性体、脲基甲酸盐改性体、双缩脲改性体、多亚甲基多苯基多异氰酸酯等。上述异氰酸酯既可以单独使用也可以二种或二种以上混合使用，当混合使用时，可以得到性能优良的软质聚氨酯泡沫材料。当异氰酸酯的平均官能度为2～2.4时，所得到的发泡材料具有较好体积稳定性和回弹率，及较低的压缩永久变形。