JP2003206502A - 鉄道用枕木及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鉄道車両の巨大な荷重に耐えることができ、共
振現象を抑制して振動や騒音を低減することができ、木
製枕木と同様に簡便に施工することができ、さらに振動
が大きく軌道の位置修正が頻繁な分岐部にも用いること
ができる、鉄道用枕木を提供する。 【解決手段】熱硬化性ウレタン発泡体と、前記熱硬化性
ウレタン発泡体のセル壁中に、互いに離れて粒子状に分
散されており、かつガラス転移点が０〜５０℃の範囲に
あるビニル重合体粒子と、前記熱硬化性ウレタン発泡体
の長手方向に対して長手方向が平行となるように前記熱
硬化性ウレタン発泡体に分散されている長繊維補強材と
を含む、鉄道用枕木である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道用枕木に関
し、より詳細には、繊維補強材で補強された熱硬化性ウ
レタン発泡体または硬化物からなる鉄道用枕木及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄道軌道において車両通過時に振
動や騒音が大きくなる原因の１つとして、軌道の共振が
挙げられる。そこで、振動や騒音を軽減するために、レ
ールと枕木との間、枕木とバラスト床もしくはコンクリ
ート床との間に、いわゆる軌道パッドを設ける方法が提
案されている（特開２０００−２８１７４５号公報）。
また、内面に弾性体が配置された防振作用を有する箱に
枕木を収める方法（特開２００１−１７２９０１号公
報）も提案されている。

【０００３】しかしながら、枕木を施工するに先だち、
前記軌道パッドを接着したり、あるいは施工中にパッド
を挿入したりする作業が煩雑であった。また、枕木の他
に、防振作用を有する箱を施工現場に持ち込み、取り付
ける作業も煩雑となる。すなわち、上述した先行技術に
記載の何れの方法においても、振動を軽減させるのは、
軌道パッドや防振作用を有する箱であり、枕木自体は振
動や騒音を軽減させるように構成されていない。

【０００４】他方、特開２０００−１８０１号公報に
は、振動や騒音を軽減させる機能を有するコンクリート
製の枕木が開示されている。しかしながら、枕木がコン
クリートからなるため、重量が大きく、手作業で施工す
ることが困難であった。

【０００５】また、レールを枕木に固定するためのネジ
釘や犬釘を自由に位置に打つことができないという問題
もあった。さらに、コンクリートを型枠に流し込むバッ
チ成形により枕木が形成されるので、枕木の長さを自由
に変えることが困難であり、各枕木の長さが異なり、か
つ振動が大きいために軌道の位置修正が頻繁に必要な分
岐部に用いることはできなかった。

【０００６】軌道の分岐部に用いられる枕木について
は、従来、木製枕木や合成樹脂複合材料からなる枕木が
用いられている。合成樹脂複合材料からなる枕木は耐久
性に優れており、木製枕木と同様に簡便に施工すること
ができる。この種の合成樹脂複合材料からなる枕木は、
主として、ガラス繊維強化熱硬化性ウレタン発泡体によ
り構成されている。

【０００７】ところで、熱硬化性ウレタン発泡体に振動
吸収性をもたせる試みが従来より種々なされている（例
えば、特開平１１−２８６５６６号公報など）。しかし
ながら、振動吸収性がもたせられた従来の熱硬化性ウレ
タン発泡体は、振動を吸収するために比較的に柔らかく
されている。従って、大きな重量が加わる鉄道用枕木と
して用いた場合には、ガラス繊維で補強されているとい
えども、巨大な荷重に耐えることは到底できないもので
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の現状に鑑み、鉄道車両の巨大な荷重に耐えるこ
とができ、共振現象を抑制して振動や騒音を低減するこ
とができ、木製枕木と同様に簡便に施工することがで
き、さらに振動が大きく軌道の位置修正が頻繁な分岐部
にも用いることができる、鉄道用枕木を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明（本発明１）の鉄道用枕木は、熱硬化性ウレタン発泡
体と、前記熱硬化性ウレタン発泡体のセル壁中に、互い
に離れて粒子状に分散されており、かつガラス転移点が
０〜５０℃の範囲にあるビニル重合体粒子と、前記熱硬
化性ウレタン発泡体の長手方向に対して長手方向が平行
となるように前記熱硬化性ウレタン発泡体に分散されて
いる長繊維補強材とを含むことを特徴とする。

【００１０】本願の請求項２に係る発明（本発明２）の
鉄道用枕木の製造方法は、本発明１の鉄道用枕木の製造
方法であって、前記ビニル重合体の少なくとも一部がグ
ラフト重合されたポリオールと、ポリイソシアネートと
からなる熱硬化性ウレタン原液を熱硬化性ウレタン発泡
体を形成するための原料として用いることを特徴とす
る。

【００１１】本願の請求項３に係る発明（本発明３）の
鉄道用枕木の製造方法は、本発明１の鉄道用枕木の製造
方法であって、前記ビニル重合体の少なくとも一部がグ
ラフト重合されているポリマーポリオールと、前記ビニ
ル重合体がグラフト重合されていないポリオールと、ポ
リイソシアネートとからなる熱硬化性ウレタン原液を熱
硬化性ウレタン発泡体を形成するための原料として用い
ることを特徴とする。

【００１２】本発明２または３の鉄道用枕木の製造方法
では、前記熱硬化性ウレタン原液が、ガラス転移点が０
〜５０℃の範囲内にあるビニル重合体を、全樹脂量に対
して５〜４５重量％の割合で含む混合物であるのが好ま
しい（本発明４）。

【００１３】本発明２〜４の鉄道用枕木の製造方法で
は、前記熱硬化性ウレタン発泡体を構成するための原料
を長繊維に含浸させた後、硬化・発泡するのが好ましい
（本発明５）。

【００１４】本願の請求項６に記載の発明（本発明６）
は、長手方向が平行となるような長繊維補強材に熱硬化
性ウレタン原液を含浸し、熱硬化して得られる鉄道用枕
木であって、前記熱硬化性ウレタン原液が、ガラス転移
点が０〜５０℃の範囲内にあるビニル重合体または融点
が０〜５０℃の結晶性重合体を、全樹脂量に対して２０
〜６０重量％の割合で含む混合物であり、硬化後、前記
ビニル重合体または融点が０〜５０℃の結晶性重合体が
樹脂中に分散しており、樹脂硬化物に対して動的粘弾性
試験を行ったときのｔａｎδの値が０〜５０℃において
０．１以上であることを特徴とする。

【００１５】本発明６の鉄道用枕木では、熱硬化性ウレ
タン原液が、ポリオール原液とポリイソシアネート原液
とからなる二液硬化型のものであって、前記ポリオール
原液が、結晶性ポリマー鎖を分子内にもつ平均分子量７
００〜４５００のポリオールＡと、前記ポリマー鎖と類
似構造のポリマー鎖を分子内にもつ平均分子量３００〜
１５００のポリオールＢと、ポリマー鎖を分子内にもた
ない水酸基値４００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のポリオールＣ
との混合物であり、前記ポリオールＡがポリオール原液
全体の３０〜８０重量％、前記ポリオールＢがポリオー
ル原液全体の５〜３５重量％、前記ポリオールＣがポリ
オール原液全体の５〜４５重量％であることが好ましい
（本発明７）。

【００１６】本発明１，６または７の鉄道用枕木では、
前記長繊維補強材が、全体の１０〜２５容量％含まれて
いるのが好ましい（本発明８）。

【００１７】以下、本発明の詳細を説明する。前記セル
壁中とは、ビニル重合体粒子がセル壁を構成している熱
硬化性ウレタン発泡体中に埋もれている状態、及びビニ
ル重合体粒子が熱硬化性ウレタン発泡体のセル壁面に露
出している状態をも含むものとする。前記ビニル重合体
粒子がセル壁を完全に貫通していたり、粒子状ではなく
連続層を形成していたりした場合には、ビニル重合体部
分が熱硬化性ウレタン発泡体における欠陥点となり、鉄
道用枕木の強度や繰り返し荷重に対する耐久性が低下す
る。

【００１８】また、前記ガラス転移点とは、１０Ｈｚの
振動数及び昇温速度２℃／分で動的粘弾性を測定した場
合のｔａｎδのピーク温度である。ガラス転移点が０〜
５０℃の範囲外では、枕木の実用温度において振動や騒
音を十分に低減させる効果が得られなくなる。

【００１９】本発明１において用いられる前記熱硬化性
ウレタンは、ポリイソシアネートとポリオールとを混合
し、反応させることにより得られるが、前記ビニル重合
体は、ポリイソシアネートとポリオールとの混合前にポ
リイソシアネート及び／またはポリオールに分散されて
もよく、ポリイソシアネートとポリオールとを混合する
際また混合後に、分散させてもよい。

【００２０】もっとも、好ましくは、ビニル重合体の少
なくとも一部がポリオールにグラフト重合されているこ
とが望ましい。グラフト重合により、ビニル重合体がポ
リオール中に微細な粒子として安定に分散され、ビニル
重合体がグラフト重合されたポリオールを原料として用
いることにより、熱硬化性ウレタン発泡体のセル壁中に
ビニル重合体粒子を互いに離れた状態に分散し易くな
る。

【００２１】また、前記ビニル重合体の一部がポリオー
ルにグラフト重合されている場合、ビニル重合体のポリ
オールにグラフトされている割合は５重量％以上である
ことが望ましい。５重量％より低くなると、ビニル重合
体粒子が凝集し、連続層を形成したり、セル壁の壁面か
ら飛び出したりすることがあり、複合材料の強度や繰り
返し荷重に対する耐久性が低下することがある。

【００２２】前記グラフト重合は、ポリオール中におい
てビニル重合体を構成するモノマーを同時にラジカル重
合することにより行われ得る。ポリオールに移動したラ
ジカルを起点としてビニル重合体を構成するモノマー成
分が重合したり、ポリオールに移動したラジカルとビニ
ル重合体の重合成長末端とが停止反応を行うことによ
り、ポリオールとビニル重合体とが結合される。

【００２３】前記ビニル重合体としては、特に限定され
ないが、（Ａ）スチレン、または（メタ）アクリル酸エ
ステルから選ばれた少なくとも１種の単量体と、（Ｂ）
（メタ) アクリル酸脂肪族エステル及び脂肪族カルボン
酸ビニルエステルから選ばれた少なくとも１種の単量体
との共重合体を用いることが望ましい。

【００２４】（Ａ）の単量体としては、スチレンやメタ
クリル酸メチルが好ましく用いられる。（Ｂ）の単量体
としては、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アク
リル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシ
ル、酢酸ビニルなどが好ましく用いられる。

【００２５】単量体（Ａ）と単量体（Ｂ）とを組み合わ
せて用いることにより、本発明に係る鉄道用枕木の振動
や騒音を低減する作用を高精度に制御することができ
る。また、本発明においては、ビニル重合体を構成する
成分として、前記単量体（Ａ），（Ｂ）以外に、靱性や
強度の改善を図るために、ブタジエンやアクリルニトリ
ルなどの単量体を用いてもよい。

【００２６】前記ビニル重合体における単量体の（Ａ）
と単量体（Ｂ）との重量比は、ビニル重合体のガラス転
移点が０〜５０℃の範囲に入るように調整されればよ
い。

【００２７】前記長繊維補強材としては、ガラス繊維や
炭素繊維などの無機繊維、またはアラミド繊維などの有
機繊維からなるロービンク等を一方向にまとめたものが
用いられ、長繊維補強材は複数種併用されてもよい。

【００２８】本発明１において用いられる熱硬化性ウレ
タン発泡体の原料としては、前記のポリイソシアネート
及びポリオールが用いられる。ポリイソシアネートとし
ては、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）
やトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）のような芳香族
系ポリイソシアネートやこれらの多核体（いわゆるクル
ード品）；ヘキサメチレンジイソシアネートやイソホロ
ンジイソシアネートなどの脂肪族ポリイソシアネートや
これらの多核体などが使用され得る。

【００２９】ポリオールとしては、ポリプロピレングリ
コール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレン
グリコールなどのポリエーテルポリオール；脂肪族系ポ
リエステルポリオール；これらの共重合体や混合物など
が用いられ得る。なかでも、耐加水分解性及び耐低温衝
撃性並びに低吸水性などを考慮すると、ポリプロピレン
グリコールやポリテトラメチレングリコールを用いるこ
とが好ましい。

【００３０】また、熱硬化性ウレタン発泡体の原料とし
て、適宜の発泡剤が添加され得る。発泡剤としては、
水、二酸化炭素などのガスや気化される化合物、あるい
は熱分解性発泡剤などが挙げられる。

【００３１】本発明２に係る鉄道用枕木の製造に際して
は、前記長繊維補強材を引き揃えた状態で、未硬化の熱
硬化性ウレタン発泡体を構成するための原料を含浸さ
せ、あるいは含浸後に長繊維を引き揃え、引き揃えた状
態で連続ベルトで構成した金型に導入し、発泡・硬化さ
せる連続法；金型中に長繊維を引き揃えておき、ここに
未硬化の熱硬化性ウレタン発泡体原料を振りかけ、金型
を閉じ、発泡・硬化させるバッチ法などが用いられる。

【００３２】本発明４において用いられる前記熱硬化性
ウレタン原液は、ガラス転移点が０〜５０℃の範囲内に
あるビニル重合体を、全樹脂量に対して５〜４５重量％
の割合で含む混合物である。

【００３３】本発明１において、ビニル重合体は、発泡
セル壁中に互いに離れて粒子状に存在している。上記発
泡セル壁中とは、ビニル重合体の粒子が発泡セル壁を形
成している発泡体中に埋もれていに状態と、ビニル重合
体の粒子が発泡セル壁面から露出している状態を含むも
のとする。ビニル重合体または結晶性重合体は、全樹脂
量に対して５〜４５重量％の割合で混合されているのが
好ましい。５重量％未満であると振動を抑える効果が少
なくなり、４５重量％を超えると発泡セル壁中に互いに
離れて粒子状に分散することが難しくなり、発泡セル壁
よりも大きな粒子ができ易くなる。このような大きな粒
子は発泡セル壁を完全に貫通していたり、粒子状ではな
く連続層を形成していたりした場合には、鉄道用枕木の
強度や繰り返し荷重に対する耐久性が低下する。

【００３４】本発明１において、熱硬化性ウレタン原液
が、ポリオール原液とポリイソシアネート原液とからな
る二液硬化型のものであって、前記ポリオール原液が、
ビニル重合体の少なくとも一部がグラフト重合されてい
るポリマーポリオールと、ビニル重合体がグラフト重合
されていないポリオールとの混合物であるのが好まし
い。

【００３５】本発明６において、ビニル重合体は、全樹
脂量に対して２０〜６０重量％の割合で混合されてい
る。２０重量％未満であると相溶量が不足し、振動を抑
える効果がなくなり、６０重量％を超えると、相溶量が
過剰となり、鉄道用枕木として必要な強度、耐久性を得
ることが困難となる。また、長繊維補強材を含まない樹
脂硬化物に対して動的粘弾性試験を行ったときのｔａｎ
δの値が０〜５０℃において０．１以上である必要があ
る。０．１未満であると、振動を抑えることができな
い。

【００３６】本発明６において、ビニル重合体及び結晶
性重合体は樹脂中に相溶して存在している。前記結晶性
重合体は、０〜５０℃の融点をもち、二液硬化型である
熱硬化性ウレタン原液中の、ポリオール原液として供せ
られるのが好ましい。このようなポリオールとしては、
一般式−Ｒ−で表される直列炭素数４以上の任意のアル
キレン基を含む化合物を重合して得られる長鎖のポリマ
ー鎖：例えば、一般式〔−Ｒ−Ｏ−〕_n で表されるポリ
エーテル鎖、一般式〔ＣＯ−Ｒ−Ｏ−〕_n または〔ＣＯ
−Ｒ−ＣＯ−Ｏ−Ｒ′−Ｏ−〕_n で表されるポリエステ
ル鎖等を分子内にもつ、好ましくは平均分子量が３００
〜４５００のポリオールが挙げられる。平均分子量が３
００未満であると、振動を抑える効果がなくなる。ま
た、４５００を超えると、樹脂中に相溶して分散するこ
とが困難となる。これらポリオールは公知の方法によっ
て製造すればよいが、市販品で入手可能なものとして
は、末端に水酸基を含有するポリテトラメチレングリコ
ール（ＨＯ−〔−Ｒ−Ｏ−〕_n −Ｈ，Ｒ−（Ｃ
Ｈ₂ ）₄ ）、ポリカプロラクトングリコール（ＨＯ−
〔−ＣＯ−Ｒ−Ｏ−〕_n −Ｈ，Ｒ＝（ＣＨ₂ ）₅ ）が例
示される。

【００３７】ビニル重合体及び結晶性重合体は、全樹脂
量に対して２０〜６０重量％の割合で混合されている。
２０重量％未満であると相溶量が不足し、振動を抑える
効果がなくなり、６０重量％を超えると、相溶量が過剰
となり、鉄道用枕木として必要な強度、耐久性を得るこ
とが困難となる。また、長繊維補強材を含まない樹脂硬
化物に対して動的粘弾性試験を行ったときのｔａｎδの
値が０〜５０℃において０．１以上である必要がある。
０．１未満であると、振動を抑えることができない。

【００３８】本発明６において、熱硬化性ウレタン原液
が、ポリオール原液とポリイソシアネート原液とからな
る二液硬化型のものであって、前記ポリオール原液が、
結晶性ポリマー鎖を分子内にもつ平均分子量７００〜４
５００のポリオールＡと、前記ポリマー鎖と類似構造の
ポリマー鎖を分子内にもつ平均分子量３００〜１５００
のポリオールＢと、ポリマー鎖を分子内にもたない水酸
基値４００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のポリオールＣとの混合
物であるのが好ましい（本発明７）。

【００３９】本発明７における、ポリオールＡは、一般
式〔−Ｒ−Ｏ−〕_n で表されるポリエーテル鎖、一般式
〔−ＣＯ−Ｒ−Ｏ−〕_n または〔−ＣＯ−Ｒ−ＣＯ−Ｏ
−Ｒ′−Ｏ−〕_n で表されるポリエステル鎖より選ばれ
る、比較的長鎖のポリマー鎖を分子内にもつ平均分子量
７００〜４５００のポリオールである。ここに、−Ｒ−
Ｈ直列炭素数４以上の任意のアルキレン基であり、ポリ
オールＡは結晶性のものである。これらポリオールは公
知の方法によって製造すればよいが、市販品で入手可能
なものとしては、末端に水酸基を含有するポリテトラメ
チレングリコール（ＨＯ−〔−Ｒ−Ｏ−〕_n −Ｈ，Ｒ＝
（ＣＨ₂ ）₄ ）、ポリカプロラクトングリコール（ＨＯ
−〔−ＣＯ−Ｒ−Ｏ−〕_n −Ｈ，Ｒ＝（ＣＨ₂ ）₅ ）が
例示される。

【００４０】本発明７における、ポリオールＢは、一般
式〔−Ｒ−Ｏ−〕_n で表されるポリエーテル鎖、一般式
〔−ＣＯ−Ｒ−Ｏ−〕_n または〔−ＣＯ−Ｒ−ＣＯ−Ｏ
−Ｒ′−Ｏ−〕_n で表されるポリエステル鎖より選ばれ
る、比較的短鎖のポリマー鎖を分子内にもつ平均分子量
３００〜１５００のポリオールである。ここに、−Ｒ−
Ｈ直列炭素数２以上の任意のアルキレン基であり、結晶
性の有無を問わないが、ポリオールＡと類似の構造を有
するものである。これらポリオールは公知の方法によっ
て製造すればよいが、市販品で入手可能なものとして
は、末端に水酸基を含有するポリエチレングリコール
（ＨＯ−〔−Ｒ−Ｏ−〕_n −Ｈ，Ｒ＝（ＣＨ ₂ ）₂ ）、
ポリプロピレングリコール（ＨＯ−〔−Ｒ−Ｏ−〕_n −
Ｈ，Ｒ＝ＣＨ（ＣＨ₃ ）ＣＨ₂ ）、ポリテトラメチレン
グリコール（ＨＯ−〔−Ｒ−Ｏ−〕_n−Ｈ，Ｒ＝（ＣＨ
₂ ）₂ ）、ポリカプロラクトングリコール（ＨＯ−〔−
ＣＯ−Ｒ−Ｏ−〕_n −Ｈ，Ｒ＝（ＣＨ₂ ）₅ ）が例示さ
れる。

【００４１】本発明７における、ポリオールＣは、ポリ
マー鎖を分子内にもたない水酸基値４００ｍｇＫＯＨ／
ｇ以上、好ましくは５００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のポリオ
ールである。水酸基値が４００ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であ
ると、鉄道用枕木として必要な強度や耐久性を得ること
が困難となる。

【００４２】本発明７においては、ポリオールＡがポリ
オール原液全体の３０〜８０重量％、ポリオールＢがポ
リオール原液全体の５〜３５重量％、ポリオールＣがポ
リオール原液全体の５〜４５重量％である必要がある。
ポリオールＡが前記範囲内にあると、鉄道用枕木の樹脂
のガラス転移点を下げ、振動を抑える効果があるのに対
して、量が少なすぎる場合には振動を抑える効果がすく
なく、量が多すぎる場合には樹脂中に相溶化することが
難しくなり、ポリオールの水酸価値数が安定せず、反応
性に問題を生ずる。ポリオールＢが前記範囲内にある
と、分子量の高いポリオールＡを樹脂中に相溶化するこ
とができるのに対して、量が少なすぎる場合には樹脂中
に相溶化することが難しくなり、水酸価数が安定せず、
反応性に問題を生ずる。ポリオールＣが前記範囲内にあ
ると、樹脂の架橋密度を高め、鉄道用枕木として必要な
強度や耐久性を付与することができるのに対して、量が
少なすぎる場合には、鉄道用枕木として必要な強度や耐
久性を得ることが難しくなり、量が多すぎると振動を押
さえる効果が少なくなる。

【００４３】本発明１，６または７に係る鉄道用枕木で
は、長繊維補強材が鉄道用枕木全体に対して１０〜２５
容量％含まれることが望ましい（本発明８）。長繊維補
強材の含有量が１０容量％を下回ると、ビニル重合体の
ガラス転移点以上の温度でビニル重合体が柔軟になり、
鉄道用枕木として必要な曲げ弾性率を保持し得なくなる
ことがある。

【００４４】長繊維補強材の含有量が２５容量％を上回
ると、鉄道用枕木にレールを固定するための犬釘やネジ
釘を打ち込むためのドリルによる下孔穿孔が困難となる
ことがあり、ドリルの摩耗が早まったり、犬釘やネジ釘
を打ち込んだ際に枕木表面にクラックが入ることがあ
る。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
説明することにより、本発明を明らかにする。なお、本
発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【００４６】（ビニル重合体含有ポリオールの調製）ポ
リプロピレンレングリコール（旭電化工業社製「Ｐ−１
０００」、平均分子量１０００、水酸基価１１０ｍｇＫ
ＯＨ／ｇ）１２０重量部に、スチレンモノマー４０重量
部、アクリル酸ｎ−ブチルモノマー６０重量部を加え、
窒素雰囲気下で８０℃に加熱し均一に攪拌した。そこに
過酸化ベンゾイル０．１重量部を加えてグラフト重合を
行い、重合終了後、テフロン(登録商標)シートを敷いた
アルミバット上に液状のポリマーを薄くキャストし、加
熱減圧によって残存モノマーを除去した後、ビニルポリ
マー含量３８重量％、安定懸濁液状のビニル重合体含有
ポリオールＢを得た。

【００４７】（実施例１）上記のようにして得られたビ
ニル重合体含有ポリオール８０重量部と、ポリエーテル
ポリオール（住化バイエルウレタン社製「スミフェン１
７０３」、水酸化価３８０ｍｇＫＯＨ／ｇ）２０重量部
とを、室温で激しく混合して得られる安定懸濁液をポリ
オール原液とし、ポリイソシアネート原液としてポリメ
リックＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製「スミジュー
ル４４Ｖ２０」、ＮＣＯ％＝３１％）４４重量部、発泡
剤として水０．６重量部、触媒としてジブチル錫ラウレ
ート０．１５重量部を激しく混合し、ビニル重合体含量
２１重量％の熱硬化性ウレタン原液を得た。この熱硬化
性ウレタン原液５０重量部を金型中に引き揃えたＥガラ
スロ─ビング（１７ミクロンモノフィラメント重合体）
５０重量部に振りかけ、８０℃で３０分発泡硬化させ、
ガラス繊維含量１８％の鉄道用枕木を得た。

【００４８】（実施例２）上記のようにして得られたビ
ニル重合体含有ポリオール２０重量部と、ポリエーテル
ポリオール（住化バイエルウレタン社製「スミフェン１
７０３」、水酸化価３８０ｍｇＫＯＨ／ｇ）３０重量部
とを、室温で激しく混合して得られる安定懸濁液をポリ
オール原液とし、ポリイソシアネート原液としてポリメ
リックＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製「スミジュー
ル４４Ｖ２０」、ＮＣＯ％＝３１％）３８重量部、発泡
剤として水０．３重量部、触媒としてジブチル錫ラウレ
ート０．０７重量部を激しく混合し、ビニルポリマー含
量９重量％の熱硬化性ウレタン原液を得た。この熱硬化
性ウレタン原液５０重量部を金型中に引き揃えたＥガラ
スロ─ビング（１７ミクロンモノフィラメント重合体）
５０重量部に振りかけ、８０℃で３０分発泡硬化させ、
ガラス繊維含量１８％の鉄道用枕木を得た。

【００４９】（比較例１）ポリオールとしてポリプロピ
レングリコール（住化バイエルウレタン社製、品番：ス
ミフェン１７０３）のみを５０重量部と、ポリイソシア
ネートとしてＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製、品
番：スミジュール４４Ｖ２０）５４重量部とを用いたこ
と以外は、実施例１と同様にして熱硬化性ウレタン発泡
体複合材料を得た。得られた複合材料中のガラス繊維含
有量は１８容量％であった。

【００５０】（比較例２）ビニル重合体としてスチレン
とアクリル酸ブチルとの共重合体（ガラス転移点が８０
℃）をミルにより粉砕し、篩い目が０．５ｍｍ角の篩い
を通したものを２５重量部用意し、ポリオールとしてポ
リプロピレングリコール（住化バイエルウレタン社製、
品番：スミフェン１７０３）５０重量部と、ポリイソシ
アネートとしてＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製、品
番：スミジュール４４Ｖ２０）５４重量部と、発泡剤と
して水０．３重量部と、整泡剤（東レダウコーニング社
製、品番：ＳＲＸ２９５）０．３重量部とを用意し、こ
れらを激しく混合し、未硬化の熱硬化性ウレタン発泡体
用原料を得た。この原料６０重量部を、金型中に引き揃
えられたガラスロービング（素繊維の径１７μｍ）４０
重量部に振りかけ、実施例１と同様にして発泡・硬化さ
せ、熱硬化性ウレタン発泡体複合材料を得た。この複合
材料中のガラス繊維含有量は１８容量％であった。

【００５１】（比較例３）ビニル重合体としてスチレン
とアクリル酸ブチルとの共重合体（ガラス転移温度が−
１５℃）２５重量部と、ポリオールとしてポリプロピレ
ングリコール（住化バイエルウレタン社製、品番：スミ
フェン１７０３）５０重量部と、ポリイソシアネートと
してＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製、品番：スミジ
ュール４４Ｖ２０）５４重量部と、発泡剤として水０．
３重量部と、整泡剤（東レダウコーニング社製、品番：
ＳＲＸ２９５）０．３重量部とを用意し、これらを混合
し、未硬化の熱硬化性ウレタン発泡体用原料を得た。こ
の原料６０重量部を、金型中に引き揃えられているガラ
スロービング（素繊維の径１７μｍ）４０重量部に振り
かけ、実施例１と同様にして発泡・硬化し、熱硬化性ウ
レタン発泡体複合材料を得た。この複合材料中のガラス
繊維含有量は１８容量％であった。

【００５２】（実施例１，２及び比較例１〜３の評価）
実施例１，２及び比較例１〜３で用いたビニル重合体の
ガラス転移点の測定と、各熱硬化性ウレタン発泡体用複
合材料の振動テスト及びビニル重合体の分散状態を以下
の要領で評価した。結果を下記の表１に示す。

【００５３】（１）ビニル重合体のガラス転移点の測定 レオメトリックス社製粘弾性測定器ＲＳＡIIを用い、−
２０℃〜＋８０℃の範囲で昇温速度２℃／分、歪み０．
２％、及び１０Ｈｚの条件でデュアルカンチレバー法に
よりｔａｎδを測定し、そのピーク位置からガラス転移
点を求めた。

【００５４】（２）振動テスト ＩＭＶ社製の振動試験器を用い、２３℃、周波数２００
０Ｈｚ及び加振加速度１Ｇにて複合材料全体を振動さ
せ、複合材料表面における振動方向の加速度を試料材料
表面に固定された加速度ピックアップにより測定した。
この加速度が小さいほど共振性に優れていることを意味
する。

【００５５】（３）ビニル重合体の分散状態 得られた複合材料を液体窒素に浸漬し、破断し、しかる
後、断面を走査型電子顕微鏡にて観察した。

【００５６】

【表１】

【００５７】従来の鉄道用合成樹脂複合材料枕木として
用いられている構造である、比較例１の複合材料では、
共振現象により振動が増幅されているのに対し、実施例
１，２の複合材料では共振現象が抑制されていることが
わかる。すなわち、共振現象が抑制されているため、実
施例の複合材料鉄道用枕木として用いた場合、振動によ
る軌道のずれや騒音の低減を図り得ることがわかる。ま
た、比較例２，３の各複合材料においても、振動テスト
の結果から、共振現象を抑制することができず、振動が
増幅されていることがわかる。

【００５８】また、ビニル重合体の分散状態の観察から
明らかなように、比較例２及び３では、ビニル重合体の
形状が安定せずに、連続層を形成したり、セル壁から分
離して存在しており、曲げ強度や繰り返し荷重に対する
耐久性が低下し得ることが推測される。これに対して、
実施例１，２の複合材料では、ビニル重合体粒子がセル
壁中に樹脂として互いに離れた状態で存在しているた
め、曲げ強度や繰り返し荷重に対する耐久性が高められ
ると考えられる。

【００５９】（実施例３）ポリテトラメチレングリコー
ル（保土谷化学社製「ＰＴＧ２０００」、平均分子量２
０００、水酸基価５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、融点２７℃）６
０重量部、ポリプロピレングリコール（旭電化工業社製
「Ｐ−７００」、平均分子量７００、水酸基価１５５）
１０重量部、ポリエーテルポリオール（住化バイエルウ
レタン社製「ＳＢＵポリオール０５１７」、水酸基化４
７５）３０重量部を、室温で激しく混合して得られる安
定懸濁液をポリオール原液とし、ポリイソシアネート原
液としてポリメタリックＭＤＩ（住化バイエルウレタン
社製「スミジュール４４Ｖ２０」、ＮＣＯ％＝３１％）
５５重量部、発泡剤として水０．１重量部、触媒として
ジブチル錫ラウレート０．１重量部を激しく混合し、結
晶性ポリマー含量４１重量％の熱硬化性ウレタン原液を
得た。この熱硬化性ウレタン原液６０重量部を金型中に
引きそろえたＥガラスロービング（１７ミクロンモノフ
ィラメント集合体）４０重量部にふりかけ、８０℃で３
０分発泡硬化させ、ガラス繊維含量１８％の鉄道用枕木
を得た。

【００６０】（比較例４）ポリテトラメチレングリコー
ル（保土谷化学社製「ＰＴＧ２０００」、平均分子量２
０００、水酸基価５６ｍｇＫＯＨ／ｇ、融点２７℃）２
５重量部、ポリプロピレングリコール（旭電化工業社製
「Ｐ−７００」、平均分子量７００、水酸基価１５５ｍ
ｇＫＯＨ／ｇ）３５重量部、ポリエーテルポリオール
（住化バイエルウレタン社製「ＳＢＵポリオール０５１
７」、水酸基価４７５ｍｇＫＯＨ／ｇ）４０重量部を、
室温で激しく混合して得られる安定懸濁液をポリオール
原液とし、ポリイソシアネート原液としてポリメタリッ
クＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製「スミジュール４
４Ｖ２０」、ＮＣＯ％＝３１％）７８重量部、発泡剤と
して水０．１重量部、触媒としてジブチル錫ラウレート
０．１重量部を激しく混合し、結晶性ポリマー含量１５
重量％の熱硬化性ウレタン原液を得た。この熱硬化性ウ
レタン原液６０重量部を金型中に引きそろえたＥガラス
ロービング（１７ミクロンモノフィラメント集合体）４
０重量部にふりかけ、８０℃で３０分発泡硬化させ、ガ
ラス繊維含量１８％の鉄道用枕木を得た。

【００６１】（比較例５）ポリテトラメチレングリコー
ル（保土谷化学社製「ＰＴＧ３０００」、平均分子量３
０００、水酸基価３７ｍｇＫＯＨ／ｇ、融点３０℃）３
５重量部、ポリプロピレングリコール（旭電化工業社製
「Ｐ−７００」、平均分子量７００、水酸基価１１５ｍ
ｇＫＯＨ／ｇ）１５重量部、ポリエーテルポリオール
（住化バイエルウレタン社製「ＳＢＵポリオール０５１
７」、水酸基価４７５ｍｇＫＯＨ／ｇ）４０重量部を、
室温で激しく混合して得られる安定懸濁液をポリオール
原液とし、ポリイソシアネート原液としてポリメタリッ
クＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製「スミジュール４
４Ｖ２０」、ＮＣＯ％＝３１％）８７重量部、発泡剤と
して水０．１重量部、触媒としてジブチル錫ラウレート
０．１重量部を激しく混合し、結晶性ポリマー含量１９
重量％の熱硬化性ウレタン原液を得た。この熱硬化性ウ
レタン原液６０重量部を金型中に引きそろえたＥガラス
ロービング（１７ミクロンモノフィラメント集合体）４
０重量部にふりかけ、８０℃で３０分発泡硬化させ、ガ
ラス繊維含量１８％の鉄道用枕木を得た。

【００６２】（実施例３及び比較例１，４，５の評価）
実施例３及び比較例１，４，５で得られた鉄道用枕木に
ついて、ｔａｎδの測定と実施例１と同様の振動テスト
を行って評価した。その結果を表２に示す。尚、ｔａｎ
δの測定に次のようにして行った。鉄道用枕木の一部を
採取し、動的粘弾性試験機を用い、試験温度：−２０〜
８０℃、昇温速度：２℃／分、歪み：０．０２％、振動
数：１０Ｈｚの条件で、引張法にて０〜５０℃における
ｔａｎδを測定した。

【００６３】

【表２】

【００６４】表２からも明らかなように、従来の鉄道用
枕木に相当する比較例１の鉄道用枕木は共振が増幅され
ているのに対して、実施例３の鉄道用枕木はこのような
現象は押さえられている。また、比較例４，５の鉄道用
枕木においても共振現象は抑制されていない。また、実
施例３では、十分量の結晶性重合体が相溶しているた
め、結晶性重合体を含まない比較例１に対して、室温領
域でのｔａｎδ値が大幅に上昇しているのに対して、結
晶性重合体の少ない比較例４，５では上昇が少なく、共
振現象が押さえられなかったものと考えられる。

【００６５】

【発明の効果】本発明１の鉄道用枕木では、熱硬化性ウ
レタン発泡体と、前記熱硬化性ウレタン発泡体のセル壁
中に、互いに離れて粒子状に分散されており、かつガラ
ス転移点が０〜５０℃の範囲にあるビニル重合体粒子
と、前記熱硬化性ウレタン発泡体の長手方向に対して長
手方向が平行となるように前記熱硬化性ウレタン発泡体
に分散されている長繊維補強材とを含むため、上記ビニ
ル重合体粒子の作用により共振現象が抑制され、それに
よって振動や騒音を低減することができる。また、熱硬
化性ウレタン発泡体複合材料を用いて構成されているの
で、本発明に係る鉄道用枕木は、木製枕木と同様に簡便
に施工することができ、さらに振動の大きい分岐部に使
用した場合においても、軌道の位置修正の頻度を低減す
ることができる。

【００６６】本発明２の鉄道用枕木の製造方法では、前
記ビニル重合体の少なくとも一部がグラフト重合された
ポリオールと、ポリイソシアネートとからなる熱硬化性
ウレタン原液を熱硬化性ウレタン発泡体を形成するため
の原料として用いるので、共振現象が抑制され、それに
よって振動や騒音を低減することができ、振動の大きい
分岐部に使用した場合においても、軌道の位置修正の頻
度を低減することができる鉄道用枕木を製造することが
できる。

【００６７】本発明６の鉄道用枕木では、長手方向が平
行となるような長繊維補強材に熱硬化性ウレタン原液を
含浸し、熱硬化して得られる鉄道用枕木であって、前記
熱硬化性ウレタン原液が、ガラス転移点が０〜５０℃の
範囲内にあるビニル重合体または融点が０〜５０℃の結
晶性重合体を、全樹脂量に対して２０〜６０重量％の割
合で含む混合物であり、硬化後、前記ビニル重合体また
は融点が０〜５０℃の結晶性重合体が樹脂中に分散して
おり、樹脂硬化物に対して動的粘弾性試験を行ったとき
のｔａｎδの値が０〜５０℃において０．１以上である
ので、上記ビニル重合体又は結晶性重合体の粒子の作用
により共振現象が抑制され、それによって振動や騒音を
低減することができる。また、熱硬化性ウレタン発泡体
複合材料を用いて構成されているので、本発明に係る鉄
道用枕木は、木製枕木と同様に簡便に施工することがで
き、さらに振動の大きい分岐部に使用した場合において
も、軌道の位置修正の頻度を低減することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 75:04 Ｃ０８Ｌ 75:04 Ｆターム(参考） 4F072 AA04 AA07 AB06 AB09 AD43 AD52 AD56 AL17 4J034 BA08 BA09 CA04 DB03 DF01 DF12 DF14 DG02 DP13 DP18 DQ15 DQ18 HA07 HC03 HC12 HC17 HC46 HC61 HC71 HC73 QA02 QA05 QB13 RA10 RA12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱硬化性ウレタン発泡体と、前記熱硬化
   性ウレタン発泡体のセル壁中に、互いに離れて粒子状に
   分散されており、かつガラス転移点が０〜５０℃の範囲
   にあるビニル重合体粒子と、前記熱硬化性ウレタン発泡
   体の長手方向に対して長手方向が平行となるように前記
   熱硬化性ウレタン発泡体に分散されている長繊維補強材
   とを含むことを特徴とする鉄道用枕木。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の鉄道用枕木の製造方法
   であって、前記ビニル重合体の少なくとも一部がグラフ
   ト重合されたポリオールと、ポリイソシアネートとから
   なる熱硬化性ウレタン原液を熱硬化性ウレタン発泡体を
   形成するための原料として用いることを特徴とする鉄道
   用枕木の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の鉄道用枕木の製造方法
   であって、前記ビニル重合体の少なくとも一部がグラフ
   ト重合されているポリマーポリオールと、前記ビニル重
   合体がグラフト重合されていないポリオールと、ポリイ
   ソシアネートとからなる熱硬化性ウレタン原液を熱硬化
   性ウレタン発泡体を形成するための原料として用いるこ
   とを特徴とする鉄道用枕木の製造方法。
4. 【請求項４】 前記熱硬化性ウレタン原液が、ガラス転
   移点が０〜５０℃の範囲内にあるビニル重合体を、全樹
   脂量に対して５〜４５重量％の割合で含む混合物である
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の鉄道用枕木
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記熱硬化性ウレタン発泡体を構成する
   ための原料を長繊維に含浸させた後、硬化・発泡するこ
   とを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の鉄
   道用枕木の製造方法。
6. 【請求項６】 長手方向が平行となるような長繊維補強
   材に熱硬化性ウレタン原液を含浸し、熱硬化して得られ
   る鉄道用枕木であって、前記熱硬化性ウレタン原液が、
   ガラス転移点が０〜５０℃の範囲内にあるビニル重合体
   または融点が０〜５０℃の結晶性重合体を、全樹脂量に
   対して２０〜６０重量％の割合で含む混合物であり、硬
   化後、前記ビニル重合体または融点が０〜５０℃の結晶
   性重合体が樹脂中に分散しており、樹脂硬化物に対して
   動的粘弾性試験を行ったときのｔａｎδの値が０〜５０
   ℃において０．１以上であることを特徴とする鉄道用枕
   木。
7. 【請求項７】 熱硬化性ウレタン原液が、ポリオール原
   液とポリイソシアネート原液とからなる二液硬化型のも
   のであって、前記ポリオール原液が、結晶性ポリマー鎖
   を分子内にもつ平均分子量７００〜４５００のポリオー
   ルＡと、前記ポリマー鎖と類似構造のポリマー鎖を分子
   内にもつ平均分子量３００〜１５００のポリオールＢ
   と、ポリマー鎖を分子内にもたない水酸基値４００ｍｇ
   ＫＯＨ／ｇ以上のポリオールＣとの混合物であり、前記
   ポリオールＡがポリオール原液全体の３０〜８０重量
   ％、前記ポリオールＢがポリオール原液全体の５〜３５
   重量％、前記ポリオールＣがポリオール原液全体の５〜
   ４５重量％であることを特徴とする請求項６に記載の鉄
   道用枕木。
8. 【請求項８】 前記長繊維補強材が、全体の１０〜２５
   容量％含まれていることを特徴とする請求項１，６また
   は７に記載の鉄道用枕木。