随着中国高速铁路的快速发展,“四纵四横”客运通道和六大城际专线的逐步完成,在2012年和2013年高速铁路形成网络效应,这对国内现有的交通运输局面产生了较大影响。高速铁路客运线路的建设和投入运营,有利于减缓铁路运输紧张的状况。目前板式无砟轨道是高速铁路轨道的主要结构型式,对其进行填充的传统材料为CA(水泥沥青砂浆)砂浆,由于其施工较复杂及强度低等因素,取代CA砂浆的树脂填充材料引起了科技界的高度关注。聚氨酯填充材料不仅能够改善轨道的性能,而且在一定程度上还可以降低材料的成本。因此研究新型聚氨酯填充材料对我国高铁的发展具有重要的意义。本论文介绍了聚氨酯树脂的发展状况并研究了无机粒子填充聚氨酯复合材料的进展。探讨了无机粒子的表面处理技术,用硅烷偶联剂KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)为处理剂对粉煤灰、二氧化硅等填料进行了有机表面处理,制备了聚氨酯/粉煤灰复合材料、聚氨酯/二氧化硅等复合材料;通过FTIR、SEM、XRD表征手段对未改性及改性后的无机粒子及复合材料进行表征,结果表明无机粒子与有机处理剂之间有较强的相互作用;通过TEM、TGA进行表征,进一步研究了材料的结构与性能之间的关系。这为聚氨酯的改性研究提供了一种新的方法。本论文中A组分为MDI-50(2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物)与聚醚多元醇经反应后制得的预聚体,B组分为固化剂及无机填料。A、B组分充分混合固化后,得到聚氨酯弹性体及聚氨酯/无机填料复合材料。文中通过SEM、TEM、TGA、XRD、力学实验等方法探究无机填料对聚氨酯材料的力学、热力学性能的影响,并得出以下结论:(1)合成聚氨酯材料时,R值(异氰酸酯与活性氢化物的当量比)对材料的力学性能影响较大。随着R值的逐渐增大,PUR的抗压强度逐渐提高,弹性模量呈先增大后减小的趋势,并且在R=3时达到最大峰值。综合来看,当R=3时,PUR的力学性能最好。此外,随着聚醚三元醇含量的提高,PUR的抗压强度和弹性模量先降低,后逐渐增大。当三元醇含量到达60%时,PUR的抗压强度和弹性模量达到最大值,力学性能最优。(2)固化剂构成了PUR(聚氨酯弹性体)的硬段,对材料的力学性能有重要影响。B组分中的固化剂采用DMTDA(2,4-二氨基-3,5-二甲硫基甲苯),随着DMTDA含量的增加,PUR的抗压强度和弹性模量逐渐增大,当达到70%时,抗压强度和弹性模量达到最大值,随后呈下降趋势。因此,DMTDA含量达到70%时,PUR力学性能最佳。(3)采用硅烷偶联剂KH560为改性剂,无水乙醇为溶剂对粉煤灰、二氧化硅、碳酸钙、蒙脱土无机填料进行表面改性。通过XRD、FTIR、TGA和TEM表征手段表明:改性后的无机粒子与聚氨酯基体发生了键合作用,并且均匀分散在基体中,阻止了颗粒的团聚,硅烷偶联剂KH560对无机粒子的改性成功。(4)经硅烷偶联剂(KH560)改性粉煤灰、二氧化硅、碳酸钙、蒙脱土制备了聚氨酯/改性无机填料复合材料。从SEM图来看,表面光滑、排列有序,无机粒子在聚氨酯基体中均匀分散,并且与基体有很好的相容性。从力学角度来看,其复合材料的抗压强度、弹性模量等力学性能均优于聚氨酯/未改性无机填料复合材料、纯聚氨酯弹性体,基本能够满足工业生产的应用要求。