改性聚氨酯密封膠在鐵路嵌縫中的應用研究

朱豆

摘要：鐵路的快速發展有助于我國經濟效益的提高，于是提高鐵路建設項目的質量是必要保障。在鐵路建設過程中凸型檔臺需要使用到密封膠進行粘接加固和密封，所以密封膠的綜合性能非常重要。當前聚氨酯密封膠使用較為頻繁，然而其耐候性較差，并且容易產生氣泡等缺陷，于是對其進行了改性研究。文章研究了一種改性聚氨酯密封膠，通過實驗研究，該密封膠的綜合性能有所提高，能夠滿足鐵路嵌縫中的性能要求。

關鍵詞：改性聚氨酯密封膠;鐵路;嵌縫

中圖分類號：TQ433.4+32

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）06-0016-04

1964年第一條高速鐵路建成之后取得了非常大的效益，于是讓人們認識到其重要性。改革開放之后，我國大力發展鐵路建設，直至今日，我國鐵路建設成為了讓世界矚目的項目。傳統的鐵路結構不斷被優化，如今的高速鐵路無咋軌道具有非常大的優勢，其整體強度較高，使用時間長，受到各種撞擊力后的變形較小，能夠獲得更好的經濟效益等，這些優勢使得其發展變得快速[1-2]。圖1即為無咋軌道的組成結構圖，從圖中可以看出在軌道板之間需要嵌入一個凸型檔臺，其中就需要使用到密封膠將其進行固定密封處理。當前聚氨酯密封膠以其優異性能在鐵路中廣泛使用，圖2即為使用聚氨酯密封膠的填充狀態。

隨著鐵路的不斷發展，對其各方面的要求也在不斷提升，聚氨酯密封膠在鐵路嵌縫中長期的應用就會暴露出一些問題，比如聚氨酯密封膠容易產生氣泡，雖然在制作過程中能夠盡量避免發生，但是對于制作的效率就會降低，而且還需要更加專業的人去完成制作過程，這將會提高制作難度，如稍有不注意產生氣泡，就會降低密封膠的性能;另外該類型密封膠的耐候性較差[3-4]。還有另一種較為常用的硅酮密封膠，雖然其耐候性能較好，但是在應用過程中其耐水性能較差，而且其涂覆性能也不好等一，。如果能夠將兩種密封膠較好的性能綜合起來，那么即可制作出更加優異的密封膠。于是本文研究了一種改性聚氨酯密封膠用于鐵路嵌縫中，其密封膠的綜合性能更加優異，具有更好的應用效果。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

制作改性聚氨酯密封膠需要的材料比較多，其中主要的幾種材料包含：硅烷改性聚氨酯頂聚物（簡稱為STP），助粘劑，增塑劑，除水劑，抗氧化劑，抗紫外吸收劑，填料，輕質碳酸鈣，催化劑，抗氧化劑等。制作過程中主要使用的儀器為雙行星攪拌機。

1.2 制作過程

將制作密封膠的材料準備齊全之后，其制作過程比較簡單，就是將各種材料按照一定的比例進行配置，表1即為各種材料的基礎配比。需要注意的為制作密封膠需要將填料進行除水處理，然后將其放人攪拌機中，進行真空攪拌，將其攪拌均勻之后放人催化劑，再同樣使用真空攪拌30min即可。

1.3 性能測試

性能測試具體參數見表2。

2 結論與討論

2.1 密封膠性能受填料的影響分析

在密封膠中加入填料有兩種作用，一可以降低密封膠的生產成本，再就是可以提高其綜合性能。因為制作密封膠的其他材料比較貴，填料比較便宜，加入填料之后就可以減少其他材料的加入;再就是硅烷改性聚氨酯樹脂沒有很好的強度，加入加入填料可以增加其性能。然而當填料量使用過多時，也會不利于密封膠的性能，即制作硅烷改性聚氨酯密封膠時需要有合理的填料用量。于是本實驗將對其用量進行研究，選擇的填料為納米碳酸鈣，表3即為不同用量的填料對密封膠3種性能的影響結果。

在密封膠中加入填料能夠提高其強度的原理在于兩者混合后會發生物理的糾纏、吸附作用，還有化學的吸附作用等[6]。從表3中可以看出，當填料的用量不斷增多時，拉伸強度和拉伸模量都會隨之提高，而斷裂伸長率呈現凸狀，即其強度呈現先增加后降低的趨勢。出先這種變化的原因在于：當填料用量使用過多時，物質之間就會形成更加緊密的三維網絡結構，當其受力之后就不容易發生形變，于是其斷裂伸長率就會降低。

實驗選擇納米碳酸鈣作為填料是因為其粒徑很小，比其他一般的填料更能增加密封膠的性能，能夠提升其斷裂伸長率，然而也會增加其拉伸模量。于是本文將選擇一種復合碳酸鈣用做填料，該復合填料為輕質碳酸鈣和納米碳酸鈣，兩種材料的總量為250份，兩者比例不同對密封膠性能的影響如表4所示。

王躍林等人通過實驗研究證明了如果填料的粒徑越小，更有利于提高密封膠的性能[7]。從表3中可以看出來，如果單獨使用納米碳酸鈣，其質量份為250時，拉伸強度為1.94MPa，斷裂伸長率為898%，拉伸模量為0.47MPa，再將表4與表3相比較可以看出，當復合填料的配比為150比100時，雖然其拉伸強度有所降低，但是其斷裂伸長率升高并且其拉伸模量降低，而且單獨使用納米碳酸鈣的成本將會更貴，使用復合填料能夠降低密封膠成本，在滿足鐵路嵌縫性能要求的前提上降低密封膠的成本將會更有利于其應用。所以相比于納米碳酸鈣，使用復合填料更有利于密封膠的性能和發展。

2.2 密封膠性能受增塑劑的影響分析

增塑劑的主要作用就是有助于施工過程，因為其能夠降低膠體黏度;并且在密封膠中加入不同量的增塑劑會影響其性能，而且不同種類的增塑劑也會影響密封膠性能[8]。所以為了保證改性聚氨酯密封膠的性能，需要對增塑劑用量進行分析，并且選擇合適的增塑劑類型。本文選擇的鄰苯二甲酸二異壬酯，因為這種增塑劑的性能較好，然后研究其用量對密封膠的影響。表5即為增塑劑用量不同對密封膠4種性能的影響結果。

頂聚體樹脂的稠度較大，不僅不利于施工，還會其性能也達不到要求，加入增塑劑后能夠將反應集團進行稀釋，還能將物質之間進行隔離，從而降低之間的作用力，使得反應速度降低。從表5中可以看出，當增塑劑的加入量不斷增多時，密封膠的硬度會不斷降低，表干時間會隨之不斷變長，拉伸強度會隨之不斷減弱，拉裂伸長率會呈現出先增大后減小的趨勢。用量不同時，密封膠的這些性能發生變化的原因是增塑劑的用量越多，物質內部的分子就會變得更加滑，硬度和拉伸強度就會變小，表干時間就會變長;另外，當增塑劑的用量過多后，物質內的聚能密度就會大幅度降低，于是其斷裂伸長率就會減少。