型轨枕复合材料组分与结构设计的研究.doc

新型轨枕复合材料组分与结构设计的研究随着我国可采森林资源的日益减少,木材供应缺口的不断增大,森林采伐与木材加工剩余物的利用越来越受到关注与重视。开发木质剩余物资源,用以研制新型轨枕复合材料,一方面可以节约大量木材,变废弃物为宝,使尚未得到充分利用的废弃资源发挥最大的效能;另一方面,这种新型轨枕材料可满足铁路高速发展对轨枕数量和技术性能的要求,具有较高的研究价值和积极的社会意义。 本研究首先通过理论研究初步确定新型轨枕复合材料的单元组分与结构设计方案;采用DPS数据处理系统对复合材料制备工艺研究的实验因子进行均匀实验设计,并对实验结果进行分析处理,获得新型轨枕复合材料的最佳制备工艺条件;在最佳制备工艺条件的基础上,利用Minitab进行平衡方差分析以及最小显著差数法(LSD)进行多重比较,研究三种填充材料与四种结构设计方案对轨枕复合材料静曲强度、弹性模量、吸水厚度膨胀率、干态内结合强度、湿态内结合强度、抗压强度等6项性能的影响。主要研究结论如下: (1)确定新型轨枕复合材料的单元组分:木质剩余物为填充材料,酚醛树脂为基体材料,玻璃纤维与毛竹片为增强材料,其它添加剂包括尿素、石蜡溶液、KH550型偶联剂等。并对新型轨枕复合材料进行、四种结构设计。 (2)确定热压时间、施胶量和密度作为新型轨枕复合材料制备工艺研究的实验因子,各实验因子的最优解为:热压时间t=0.7min/mm:施胶量m=14.30%;密度=0.96g/cm3. (3)获得新型轨枕复合材料最佳制备工艺条件为:热压温度T=180200;单位热压力P=3.5MPa、保压单位热压力P_1=1.9MPa、平衡单位热压力P_2=0.30.5MPa;热压时间t=0.7min/mm;施胶量q=14.30%;密度=0.96g/cm3。 (4)研究三种填充材料(落叶松、杨树、混合木质剩余物)、四种结构设计方案(方案、方案、方案和方案)对轨枕复合材料6项性能的影响,确定结构设计方案与混合木质剩余物为新型轨枕复合材料的最佳设计方案与填充材料。 (5)在最佳制备工艺条件、最佳组分与结构设计方案、最佳填充材料种类等实验条件下,测得新型轨枕复合材料的性能如下:静曲强度70.26 MPa、弹性模量7567MPa、吸水厚度膨胀率5.48%、干态内结合强度4.371 MPa、湿态内结合强度2.980MPa、抗压强度84.06MPa,完全达到设计实验中各项性能的最佳值。摘要4-5 Abstract5-10 1 绪论10-21 1.1 课题背景10 1.2 木质剩余物资源研究现状与发展趋势10-17 1.2.1 木质剩余物利用的必要性10-13 1.2.2 木质剩余物的研究现状13-17 1.2.3 木质剩余物利用的发展趋势17 1.3 轨枕材料研究现状与发展趋势17-19 1.3.1 国内轨枕材料研究现状17-18 1.3.2 国外轨枕材料研究现状18 1.3.3 轨枕材料发展趋势18-19 1.4 课题研究的设想与内容19-20 1.4.1 课题研究设想19 1.4.2 课题研究方案与技术路线19 1.4.3 课题研究目的与意义19-20 1.5 本章小结20-21 2 新型轨枕复合材料组分与结构设计21-30 2.1 组分选择21-26 2.1.1 填充材料的选择21-22 2.1.2 增强材料的选择22-24 2.1.3 基体材料的选择24-25 2.1.4 其它添加剂的选择25-26 2.2 结构设计26-29 2.3 本章小结29-30 3 新型轨枕复合材料实验材料与方法30-40 3.1 实验材料30 3.2 实验设备30-31 3.2.1 新型轨枕复合材料制备的实验设备30 3.2.2 新型轨枕复合材料性能检测的实验设备30-31 3.3 实验设计31 3.3.1 新型轨枕复合材料制备工艺研究31 3.3.2 新型轨枕复合材料设计优选与性能研究31 3.4 实验方法31-38 3.4.1 原材料制备方法31-32 3.4.2 复合材料制备实验过程32-35 3.4.3 制备工艺流程35 3.4.4 材料性能测试35 3.4.5 材料性能测试标准及方法35-38 3.4.6 试验统计分析方法38 3.5 本章小结38-40 4 新型轨枕复合材料制备工艺的研究40-54 4.1 轨枕复合材料制备实验因子分析40-42 4.1.1 热压温度对轨枕复合材料性能的影响40 4.1.2 热压时间对轨枕复合材料性能的影响40-41 4.1.3 施胶量对轨枕复合材料性能的影响41 4.1.4 密度对轨枕复合材料性能的影响41 4.1.5 轨枕复合材料制备的实验因子41-42 4.2 实验材料和方法42-43 4.2.1 实验材料42 4.2.2 实验方法42-43 4.3 结果与讨论43-52 4.3.1 实验因子对复合材料性能影响的统计分析43-50 4.3.2 实验因子对复合材料性能影响的二次回归模型数学方程50-52 4.3.3 实验因子最优化条件52 4.4 新型轨枕复合材料最佳制备工艺条件52 4.5 本章小结52-54 5 新型轨枕复合材料组分与结构设计的优选54-73 5.1 实验材料与方法54-55 5.1.1 实验材料54 5.1.2 实验设计54-55 5.1.3 实验方法55 5.2 结果与讨论55-71 5.2.1 实验结果56 5.2.2 轨枕复合材料设计对静曲强度的影响56-59 5.2.3 轨枕复合材料设计对弹性模量的影响59-61 5.2.4 轨枕复合材料设计对吸水厚度膨胀率的影响61-63 5.2.5 轨枕复合材料设计对干态内结合强度的影响63-66 5.2.6 轨