木质剩余物轨枕复合技术研究

【摘要】： 铁路是保证我国经济快速发展的基础和根本,轨枕是铁路重要的硬件设施,是行车速度、行车安全和行车质量的保证,传统的轨枕材料已不能满足铁路高速发展对其质量、数量、类型及技术性能的要求。以木质剩余物为填充材料,以毛竹片和中碱玻璃纤维为增强材料,以甲阶酚醛树脂为基体材料,研究铁路轨枕新型复合材料的复合技术。通过对轨枕复合材料组分、结构方案、力学及其他性能的基础研究,确定铁路轨枕新型材料的复合工艺因子和工艺条件,最终获得符合铁路轨枕技术性能标准要求的新型材料研制技术。采用均匀实验和正交实验方法进行试验方案设计,利用DPS数据处理系统进行实验数据分析。主要研究的内容包括:铁路轨枕复合材料单元组分的选择及分析,单元组分特性及对复合材料整体性能的影响;轨枕复合材料结构设计原则、工艺性要求、结构方案设计及分析;轨枕复合材料力学性能分析的基本假设,复合材料增强体、基体及材料结构基本力学性能理论分析;轨枕复合材料最优复合工艺因子;轨枕复合材料制备的基本工艺条件等。 通过对上述内容的研究,获得以下主要结论:(1)确定以木质剩余物为填充材料,以玻璃纤维、毛竹片为增强材料,以甲阶酚醛树脂为基体材料,以偶联剂作为界面改质助剂,苯磺酸作为防水剂,尿素为甲阶酚醛树脂稀释剂的轨枕复合材料单元组分;(2)设计了层套式轨枕复合材料结构方案,该方案在静曲强度、弹性模量、吸水厚度膨胀率、干湿态内结合强度以及静载抗压强度等方面均具有明显优势,并确定混合木质剩余物为新型轨枕复合材料的最佳填充材料;(3)在对轨枕复合材料的拉伸、压缩、弯曲和剪切四种基本力学性能进行理论分析的基础上,对层套式轨枕复合材料结构的强度、模量、变形、刚度等主要基本力学性能进行了计算,得出其在不同载荷作用下的变化规律;(4)得出热压时间X_1、施胶量X_2、密度X_3复合因子对轨枕复合材料静曲强度Y_1、弹性模量Y_2、吸水厚度膨胀率Y_3、干态内结合强度Y_4、湿态内结合强度Y_5、抗压强度Y_6等物理力学性能的交互作用关系,确定最优复合工艺因子为:热压时间t=0.7min/mm;施胶量m=14.30%;密度ρ=0.96 g.cm~(-3);(5)确定轨枕复合材料制备的基本工艺条件为:热压温度T=180～200℃;复合压力:单位压力P=3.5MPa、保压单位压力P_1=1.9MPa、平衡单位压力P_2=0.3～0.5MPa;热压时间t=0.7min/mm;施胶量q=14.30%;密度ρ=0.96 g.cm~(-3);(6)根据美国ASTM D1037六循环加速老化法,六周期24h吸水厚度膨胀率符合标准要求,主要物理力学指标静曲强度、弹性模量符合标准要求。