本發(fā)明屬于軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超高絕緣性能軌道系統(tǒng)絕緣鋼軌。

背景技術(shù)：

軌道交通例如地鐵、輕軌、有軌電車、新型軌道交通系統(tǒng)等，多采用直流電力牽引系統(tǒng)并把走行軌作為回流線路。該電流絕大部分能夠經(jīng)過走行軌流回到電源負極，但還有一小部分從軌道與地面絕緣不良的位置泄露到道床及周圍的土壤中，形成雜散電流。雜散電流的存在會對鋼軌本身及軌道周圍的公共設(shè)施管路及建筑物等發(fā)生電化學腐蝕，降低軌道、埋地管線及建筑物等的使用壽命。特別對于有軌電車的軌道相對于地鐵、輕軌而言，軌道完全埋入地下，其雜散電流的危害性更為嚴重。

對固定軌道鋼軌的扣件系統(tǒng)通常采用絕緣設(shè)計及對埋入式軌道的鋼軌外側(cè)設(shè)置絕緣護塊及護套，增大鋼軌與周邊構(gòu)筑物之間的絕緣電阻；此方法雖可以有效地增加軌道的絕緣電阻，但絕緣護塊及護套與扣件、絕緣護塊及護套之間在安裝及使用過程中會形成縫隙，這種縫隙不僅在沿鋼軌行車方向因絕緣零部件接頭及扣件等的不連續(xù)結(jié)構(gòu)造成的復雜工況造成，而且在軌道截面上由于鋼軌在車輛載荷作用下會產(chǎn)生變形，無論在垂直方向、水平方向及鋼軌的扭轉(zhuǎn)變形會和絕緣護塊及護套之間產(chǎn)生動態(tài)間隙等，在實際運行環(huán)境條件下及潮濕的環(huán)境下依然無法保持軌道系統(tǒng)的絕緣性能，無法從根本上解決軌道系統(tǒng)的雜散電流問題。

人類利用電以后，絕緣材料就成為研究課題。20世紀80年代，開始出現(xiàn)新的f、h級絕緣材料體系，相繼開發(fā)了聚酯亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺、聚馬來酰亞胺、聚二苯醚等耐熱性絕緣漆、粘合劑和薄膜，以及改性環(huán)氧、不飽和聚酯、聚芳酰胺纖維紙及其復合材料等系列新產(chǎn)品。電工產(chǎn)品耐熱等級大多提升為b級，在冶金、吊車、機車電機等特殊電機中開始采用新的f、h級絕緣材料。90年代，相關(guān)機構(gòu)大規(guī)模的自主開發(fā)f、h級絕緣材料，使其性能得到提高，如改性二苯醚、改性雙馬來酰亞胺、改性聚酯亞胺漆包線漆、聚酰胺酰亞胺漆包線漆、聚酰亞胺漆包線漆、f、h級玻璃纖維制品、高性能聚酰亞胺薄膜、f級環(huán)氧粉云母帶等。無溶劑浸漬樹脂和快干浸漬漆得到迅速發(fā)展，少膠粉云母帶、vpi(真空壓力浸漬)浸漬樹脂開始應用。新一代耐高溫耐磨陶瓷絕緣涂料，可在被涂物體表面形成一層具有較高體積電阻率，室溫下大于10¹²ωm和高的介電強度(擊穿強度)大于10⁴kv/m。涂層能承受較強電場而不被擊穿的陶瓷涂層，該涂層具有較高的機械強度和良好的化學穩(wěn)定性，能耐老化，耐水，耐化學腐蝕，長時間耐火燒烤性，同時還具有耐機械沖擊和熱沖擊性能，納米材料的最新應用，大大提高了工程絕緣性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可從根本上解決軌道系統(tǒng)雜散電流問題、成本低、性能好的納米陶瓷涂層絕緣鋼軌。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種納米陶瓷涂層絕緣鋼軌，該鋼軌(1)的表面包括鋼軌頂面(3)和其他鋼軌外表面(4)，所述的鋼軌頂面(3)是指和車輪的滾動接觸面及相鄰近的上表面部分，所述的其他鋼軌外表面(4)是沿軌道縱向的包含軌腳上下及側(cè)面、軌腰兩面及軌頭上下面和側(cè)面，其特征在于，在所述的其他鋼軌外表面(4)均勻涂覆納米陶瓷絕緣涂層(2)，所述的納米陶瓷絕緣涂層(2)的材料包含粘接材料、增強材料和活性硬化劑。納米陶瓷絕緣涂層是納米陶瓷絕緣涂層和鋼軌表面永久性結(jié)合。

所述的納米陶瓷絕緣涂層(2)的厚度(5)在100-1000μm之間。

所述的納米陶瓷絕緣涂層(2)為電阻率不小于10兆歐姆的高絕緣電阻材料。

所述的納米陶瓷絕緣涂層(2)為市售納米陶瓷絕緣材料，具有良好的機械性能，具體包括：附著力不小于3mpa、磨耗量不大于10mg、耐沖擊性不小于30cm的材料。

所述的納米陶瓷絕緣涂層(2)包含粘接材料、增強材料、活性硬化劑等組成；所述的粘接材料為縮醛、聚酯、改性聚酯、聚氨酯、聚酰亞胺中的一種或多種；所述的增強材料為氧化鋁、碳化硅、氮化硅、二氧化硅、氧化鎂、云母中的一種或多種；所述的活性硬化劑為十二烷基磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、吐溫中的一種或多種。

進一步，納米陶瓷絕緣涂層的材料采用雙組份醇體系納米陶瓷涂料型號xs-725a/b(廣州亦納新材料科技有限公司)，其主要成份為納米玻璃分散液、硅納米級分散基礎(chǔ)液、碳復合材料、復合醇助劑；雙組份xs-725a和xs-725b按比例7:5混合均勻攪拌后使用。

所述的納米陶瓷絕緣涂層(2)由粘附層(21)和絕緣層(22)組成；所述的粘附層(21)采用涂覆工藝涂覆在鋼軌表面，所述的絕緣層(22)至少設(shè)有一層，涂覆工藝涂覆在粘附層(21)表面。

所述的粘附層(21)涂覆在鋼軌表面硬化后，在其表面涂覆絕緣層(22)，硬化后涂覆下一層絕緣層(22)；

所述的粘附層(21)的厚度不大于200μm，每一層絕緣層(22)的厚度不大于200μm。

上述涂覆工藝過程包含：

第一步：鋼軌表面清理工序；

第二步：粘附層“涂覆-硬化”工序；

第三步：絕緣層“涂覆-硬化”工序；或

第四步：重復絕緣層“涂覆-硬化”工序的多層涂覆處理；

上述各工序均為常規(guī)施工工序。

上述粘附層(21)材料為至少含有粘接附著力不小于3mpa的納米陶瓷絕緣材料；該粘附層可以牢固地與鋼軌粘結(jié)，同時也能與絕緣層牢固粘結(jié)，使納米陶瓷絕緣涂層和鋼軌表面永久性結(jié)合。

上述絕緣層(22)材料為至少含有磨耗量不大于10mg、耐沖擊性不小于30cm及電阻率不小于10兆歐姆的增強材料和活性硬化劑等組成的納米陶瓷絕緣材料，該材料具有高絕緣電阻以及良好的機械性能。

實際應用中也可以采用同時滿足粘附層(21)和絕緣層(22)功能的納米陶瓷絕緣材料來涂覆實現(xiàn)粘附層(21)和絕緣層(22)。

所述的納米陶瓷絕緣涂層(2)采用機械化或人工的涂覆方法及涂覆工序涂覆在鋼軌表面上；所述的涂覆方法是噴涂或刷涂或輥涂或霧化浸透或液化浸透；所述涂覆的工序是在鋼軌制造的最后一道工序后直接處理，或在軌道鋪設(shè)現(xiàn)場處理。

涂覆時，通過工裝(16)支承或懸掛鋼軌頂面(3)定位，采用自動涂覆機或人工涂刷具沿鋼軌(1)相對移動，將納米陶瓷絕緣涂層(2)均勻涂覆在所述的其他鋼軌外表面(4)；所有需涂覆表面一次沿鋼軌方向涂覆，或分段多次疊加完成；所述工裝(16)為機械夾具或磁力軌。

所述的納米陶瓷絕緣涂層(2)的最后表面光潔度在國標gb/t3505三級以上，納米陶瓷絕緣涂層(2)在鋼軌表面的厚度差不大于100μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的一種納米陶瓷涂層絕緣鋼軌，在軌道鋼軌的表面涂覆電阻率不小于10兆歐姆的高電阻率材料作為絕緣涂層，所述的納米陶瓷涂層絕緣鋼軌除具備高的絕緣電阻外，同時其納米陶瓷涂層具備防腐蝕、耐水、耐老化、耐摩擦、耐濕熱性、耐大氣老化性及強附著力等功能；從根本上消除軌道系統(tǒng)雜散電流的產(chǎn)生，避免了電化學腐蝕等不利因素對軌道及軌道周圍的公共設(shè)施管路及建筑物等造成的危害，且納米陶瓷涂層絕緣鋼軌的應用可不再使用鋼軌絕緣護塊及護套等設(shè)備或不再要求其高絕緣性能，本發(fā)明的納米陶瓷涂層絕緣鋼軌的軌道絕緣電阻比傳統(tǒng)的鋼軌絕緣護塊及護套方案實際應用環(huán)境條件下提高5倍以上，納米陶瓷涂層絕緣鋼軌的使用可大大簡化軌道鋪設(shè)工藝及降低軌道絕緣成本，提高軌道鋪設(shè)效率，也簡化和降低運營維修工作量等，確保軌道絕緣性能及運營效率和安全。

附圖說明

圖1a是本發(fā)明的一般鋼軌結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1b是本發(fā)明的槽型鋼軌結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是本發(fā)明的涂層厚度示意圖；

圖2b是圖2a的a-a剖視圖為本發(fā)明的涂層的組成(三層)；

圖2c是圖2a的a-a剖視圖為本發(fā)明的涂層的組成(二層)；

圖3是本發(fā)明的本發(fā)明涂覆工藝流程工序；

圖4a是本發(fā)明的一般鋼軌懸掛工裝示意圖；

圖4b是圖4a的側(cè)視圖；

圖4c是本發(fā)明的槽型鋼軌懸掛工裝示意圖；

圖4d是圖4c的側(cè)視圖；

圖5a是本發(fā)明的一般鋼軌支承工裝示意圖；

圖5b是圖5a的側(cè)視圖；

圖5c是本發(fā)明的槽型鋼軌支承工裝示意圖；

圖5d是圖5c的側(cè)視圖；

圖6a是本發(fā)明的實施例4一般鋼軌結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6b是本發(fā)明的實施例4槽型鋼軌結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：

1、鋼軌；2、納米陶瓷絕緣涂層；3、鋼軌頂面；4、鋼軌外表面；5、厚度；12、鋼軌表面清理工序；13、粘附層“涂覆-硬化”工序；14、絕緣層“涂覆-硬化”工序；15a、粘結(jié)層厚度；15b、絕緣層厚度；16、工裝；21、粘附層；22、絕緣層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1：

如圖1a所示，一種納米陶瓷絕緣鋼軌，在一般軌道鋼軌1的表面涂覆納米陶瓷絕緣涂層2；納米陶瓷絕緣涂層2是均勻地覆蓋在鋼軌1表面上；鋼軌1的表面包括鋼軌頂面3和其他鋼軌外表面4，鋼軌外表面4是沿軌道縱向的包含軌底上下及側(cè)面、軌腰兩面及軌頭上下面和側(cè)面；鋼軌頂面3即車輪的滾動接觸面及相鄰近的上表面部分50mm寬的區(qū)域，鋼軌頂面3不做為必涂覆區(qū)域即非涂覆區(qū)，鋼軌1非涂覆區(qū)用來在涂覆中安裝工裝以便支承或懸掛鋼軌；納米陶瓷絕緣涂層2的材料采用雙組份醇體系納米陶瓷涂料型號xs-725a/b(廣州亦納新材料科技有限公司)，其納米陶瓷涂料包含粘接材料、增強材料、活性硬化劑等，其主要成份為納米玻璃分散液、硅納米級分散基礎(chǔ)液、碳復合材料、復合醇助劑；雙組份xs-725a和xs-725b按比例7:5混合均勻攪拌后使用，攪拌機速度500轉(zhuǎn)/分鐘，在環(huán)境溫度10-40攝氏度涂覆，混合后的納米陶瓷涂料必須在8小時內(nèi)使用。該納米陶瓷絕緣涂層2具有高絕緣電阻超過10兆歐以上滿足軌道消除雜散電流的絕緣性能要求，同時具有高的機械性能指標：附著力不小于3mpa；磨耗量不大于10mg；耐沖擊性不小于30cm。納米陶瓷絕緣涂層2與鋼軌1表面永久性結(jié)合。

如圖2a所示，納米陶瓷絕緣鋼軌1的納米陶瓷絕緣涂層2的總厚度5在400-500μm之間，采用機械化或人工的涂覆方法及涂覆工序涂覆在鋼軌表面上；涂覆方法是噴涂；涂覆的工序是在專門的納米陶瓷絕緣鋼軌涂覆車間進行。如圖4a-4b所示，將鋼軌1通過工裝16吸附懸掛，吸附懸掛的位置為鋼軌頂面3不需要涂覆納米陶瓷絕緣涂層2的地方，不妨礙納米陶瓷絕緣涂層的涂覆，這種懸掛通過磁力軌通過非涂覆面鋼軌頂面定位。通過工裝16定位后采用機械化或人工的涂覆方法及涂覆工序進行涂覆。

如圖2b所示，納米陶瓷絕緣涂層2由粘附層21和兩層絕緣層22組成，該實施例中粘附層21材料和絕緣層22材料相同，均為上述采用雙組份醇體系納米陶瓷涂料型號xs-725a/b，該材料同時滿足粘附層21和絕緣層22功能。通過三遍涂覆工藝，其工藝過程如圖3所示包含：

第一步：鋼軌表面清理工序12；

第二步：粘附層“涂覆-硬化”工序13，粘附層厚度100μm；

第三步：中間絕緣層“涂覆-硬化”工序14，中間絕緣層厚度150μm；

第四步：表面絕緣層“涂覆-硬化”工序14，表面絕緣層厚度200μm；

上述各工序均為本領(lǐng)域常用工序。

納米陶瓷絕緣涂層的涂覆工藝中的涂覆可采用自動涂覆機沿鋼軌相對均勻移動涂覆，所述的涂覆是所有需涂覆表面一次沿鋼軌方向涂覆，每層涂覆后用溫度100-180攝氏度的烘干器烘烤30-60分鐘后或常溫12小時后再進行下步涂覆。

納米陶瓷絕緣涂層最后的表面光潔度要求為四級(國標gb/t3505)，在鋼軌表面涂層厚度差不大于50μm。

實施例2：

如圖1b所示，一種槽型納米陶瓷絕緣鋼軌，在槽型軌道鋼軌1的表面涂覆納米陶瓷絕緣涂層2；鋼軌1的表面包括鋼軌頂面3和其他鋼軌外表面4，納米陶瓷絕緣涂層2是均勻地覆蓋在鋼軌外表面4上；鋼軌外表面4是沿軌道縱向的包含軌底上下及側(cè)面、軌腰兩面及軌頭上下面和側(cè)面；但鋼軌頂面3即車輪的滾動接觸面及相鄰近的上表面部分50mm寬的區(qū)域不做為必涂覆區(qū)域即非涂覆區(qū)，鋼軌1非涂覆區(qū)用來在涂覆中安裝工裝以便支承或懸掛鋼軌；納米陶瓷絕緣涂層的材料包含粘接材料、增強材料、活性硬化劑等組成；納米陶瓷絕緣涂層2具有高絕緣電阻超過10兆歐以上滿足軌道消除雜散電流的絕緣性能要求，同時具有高的機械性能指標：附著力不小于3mpa；磨耗量不大于10mg；耐沖擊性不小于30cm，納米陶瓷絕緣涂層與鋼軌表面永久性結(jié)合。

納米陶瓷絕緣鋼軌2的納米陶瓷絕緣涂層的總厚度在200-400μm之間，采用機械化或人工的涂覆方法及涂覆工序涂覆在鋼軌表面上；涂覆方法是刷涂；涂覆的工序是在軌道鋪設(shè)現(xiàn)場處理。

如圖2c所示，納米陶瓷絕緣涂層2由一層粘附層21和一層絕緣層22組成，通過兩遍涂覆工藝涂覆完成，其工藝過程包含：1)鋼軌表面清理；2)粘附層“涂覆-硬化”，粘附層厚度100μm；3)絕緣層“涂覆-硬化”，絕緣層厚度200μm。

該實施例中粘附層21材料和絕緣層22材料為不同的市售材料，各自滿足如下性能：粘附層21材料為至少含有粘接附著力不小于3mpa的市售納米陶瓷絕緣材料；絕緣層22材料為至少含有磨耗量不大于10mg、耐沖擊性不小于30cm及電阻率不小于10兆歐姆的增強材料和活性硬化劑等組成的市售納米陶瓷絕緣材料。

納米陶瓷絕緣涂層的涂覆工藝，如圖4c-圖4d所示，將鋼軌1通過工裝16吸附懸掛，吸附懸掛的位置為鋼軌頂面3不需要涂覆納米陶瓷絕緣涂層2的地方，不妨礙納米陶瓷絕緣涂層的涂覆，這種懸掛通過磁力軌通過非涂覆面鋼軌頂面定位。通過工裝16定位后采用機械化或人工的涂覆方法及涂覆工序進行涂覆。

納米陶瓷絕緣涂層的涂覆工藝中的涂覆可采用人工涂刷具沿鋼軌相對均勻移動涂覆，所述的涂覆可以是所有需涂覆斷面分帶多次疊加完成。

每層涂覆后在常溫24小時后再進行下步涂覆。

納米陶瓷絕緣涂層最后的表面光潔度要求為四級(國標gb/t3505)，在鋼軌表面涂層厚度差不大于50μm。

實施例3：

納米陶瓷絕緣涂層的涂覆工藝，如圖5a-圖5d所示對鋼軌使用專用工裝支承，專用工裝16和鋼軌1的接觸面不妨礙納米陶瓷絕緣涂層的涂覆。其余同實施例1。

實施例4：

如圖6a-6b所示，該實施例的主體結(jié)構(gòu)同實施例1，該實施例中，納米陶瓷絕緣涂層2可以涂滿整個鋼軌1的全部外表面，包括鋼軌頂面和車輪的滾動接觸面。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，無需經(jīng)過創(chuàng)造性勞動就能夠聯(lián)想到的技術(shù)特征，還可以做出若干變型和改進，這些變化顯然都應視為等同特征，仍屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。