木质剩余物轨枕复合技术研究

论文摘要

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X1、施胶量X2、密度X3复合因子对轨枕复合材料静曲强度Y1、弹性模量Y2、吸水厚度膨胀率Y3、干态内结合强度Y4、湿态内结合强度Y5、抗压强度Y6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P1=1.9MPa、平衡单位压力P2=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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 铁路轨枕使用现状及轨枕材料发展趋势
• 1.2.1 我国铁路轨枕使用现状及分析
• 1.2.2 国内外铁路轨枕材料研究现状及发展趋势
• 1.3 木质剩余物资源及其合理利用
• 1.3.1 木质剩余物利用的必要性
• 1.3.2 木质剩余物的利用途径
• 1.3.3 木质剩余物利用的发展趋势及对策
• 1.4 木质复合材料概述
• 1.4.1 复合材料
• 1.4.2 木质复合材料
• 1.5 研究目的意义及主要内容
• 1.5.1 研究目的意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 2 铁路轨枕复合材料组分及特性的研究
• 2.1 铁路轨枕复合材料组分的研究
• 2.1.1 轨枕复合材料单元组分选择影响因素分析
• 2.1.2 填充材料
• 2.1.3 增强材料
• 2.1.4 基体材料
• 2.1.5 助剂
• 2.2 铁路轨枕复合材料主要组分特性及对整体性能的影响
• 2.2.1 填充材料的特性及对复合材料的影响
• 2.2.2 增强材料的特性及对复合材料的影响
• 2.2.3 基体材料的特性及对复合材料的影响
• 2.3 本章小结
• 3 铁路轨枕复合材料结构设计
• 3.1 复合材料的复合特性
• 3.1.1 复合材料可设计性
• 3.1.2 材料与结构的一致性
• 3.2 铁路轨枕复合材料结构设计原则
• 3.2.1 安全系数
• 3.2.2 结构强度计算许用值
• 3.2.3 温度因素
• 3.2.4 轨枕变形
• 3.3 轨枕复合材料结构设计应考虑的工艺性要求
• 3.4 轨枕复合材料结构设计方案
• 3.4.1 结构方案设计
• 3.4.2 结构设计比较与分析
• 3.5 本章小结
• 4 铁路轨枕复合材料结构基本力学性能理论分析
• 4.1 铁路轨枕复合材料主要组成力学特性概述
• 4.1.1 填充体及增强材料
• 4.1.2 基体材料
• 4.2 铁路轨枕复合材料力学特性分析的基本假设
• 4.3 铁路轨枕复合材料结构基本力学性能
• 4.3.1 轨枕复合材料结构的拉伸性能
• 4.3.2 轨枕复合材料结构的压缩性能
• 4.3.3 轨枕复合材料结构的弯曲性能
• 4.3.4 轨枕复合材料结构的剪切性能
• 4.4 本章小结
• 5 铁路轨枕复合材料复合因子的研究
• 5.1 绪言
• 5.2 轨枕复合材料基础复合因子的选择
• 5.2.1 轨枕复合材料复合因子选择依据
• 5.2.2 轨枕复合材料基础复合因子参数的确定
• 5.3 试验方案及方法
• 5.3.1 试验材料与设备
• 5.3.2 试验设计
• 5.3.3 复合材料试件的制备
• 5.3.4 测试方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 复合因子对复合材料性能影响的分析
• 5.4.2 复合因子回归模型方程及最优化条件
• 5.4.3 微观结构界面表征
• 5.4.4 最优复合工艺因子的确定
• 5.4.5 最优工艺条件的确定
• 5.5 本章小结
• 6 铁路轨枕复合材料主要力学指标测试与分析
• 6.1 不同组分与结构复合材料主要力学指标测试与分析
• 6.1.1 试验设计
• 6.1.2 结果与讨论
• 6.2 轨枕复合材料老化性能测试与分析
• 6.2.1 老化实验方法
• 6.2.2 老化试验试件的制备
• 6.2.3 试验设备
• 6.2.4 检测方法
• 6.2.5 试验结果及分析
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢