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新型高聚物复合材料轨枕成型技术的研究

王守琛  
【摘要】:近年来,我国合成树脂和塑料加工工业迅速发展,塑料制品已经深入到社会的各个角落。塑料制品的广泛应用提升了社会的进步与人们的生活,但也带来了全社会高度关注的―白色污染‖问题。因此,废旧塑料的回收利用技术成为当前循环经济的重要研究内容。铁路是我国交通运输的动脉。传统的木材轨枕和水泥、钢筋混凝土轨枕有它各自的不足,木材轨枕易损坏,需要不断的维护和更新。水泥、钢筋混凝土轨枕缺乏弹性,对车辆和路基磨损大。将废旧塑料与废磷石膏等混合制成复合材料再制成轨枕替代木枕,不仅可以缓解环境污染,而且可以解决传统轨枕的性能缺陷。国外的研发证明,高聚物复合材料轨枕可以达到木质枕木的机械性能,经济性强,是现有轨枕理想的替代品。 目前塑料轨枕主要有PS增强HDPE复合材料轨枕、磷石膏增强聚烯烃类高聚物复合材料轨枕、橡胶塑料复合材料轨枕、玻纤增强HDPE复合材料轨枕以及玻纤增强聚氨酯复合材料轨枕等。成型主要采用模压或间歇挤出方法,生产不连续,生产效率低。另外一种成型方式是挤出成型。挤出成型难度大,因为轨枕截面尺寸大,是实心型材,热含量大,降温困难,冷却定型技术要求高。 本文利用废弃塑料和化工厂生产磷酸时的副产品——废磷石膏为原料,采用行星挤出机和单螺杆挤出机组成的双阶挤出系统,制备新型复合材料轨枕。研究主要分为三个方面的内容,一是原料配方组成及复合材料力学性能测试,二是加工装备研制,三是成型工艺研究,特别是冷却工艺的确定,包括: 1、以制备满足轨枕性能要求为目标的对复合材料中各组分不同含量对轨枕力学性能的影响的研究; 2、以实现稳定工业生产为目标的对双阶挤出系统转速的匹配和加工温度的确定 3、冷却条件的模索,本文还利用ANSYS软件对定型模具流道冷却进行了模拟分析。 结果表明:借助正交试验方法明确实验方案,通过实验研究和性能测试,得到的最佳配方是:废磷石膏、废PS、废HDPE、废PP、增塑剂及偶联剂所占质量分数分别为48.6%,3.5%,28.8%,13.7%和5.4%;这一配方制备的复合材料轨枕抗弯模量、抗弯强度和抗压强度都超过了国外现有产品。对象轨枕这样的大尺寸、实芯复合材料产品,行星挤出机和单螺杆挤出机组成的双阶挤出系统与其他双阶挤出系统相比,其塑化能力强,生产效率高。本项目的研发,一方面有效扩展了废弃塑料和废磷石膏的新应用,一方面开拓了能够取代木质轨枕的新产品,对促进技术进步有着明显的积极意义。


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