一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及重载铁路扣件技术领域，具体涉及一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料及其制备方法。


背景技术：

2.我国现有的重载线路及货运改造线路列车的轴重普遍为23-25吨，随着重载铁路的改造，我国第一条按照30吨轴重重载铁路标准建设的铁路已于2014年11月建成，年运量也在逐年提高，以大秦铁路为例，列车轴重25吨，年运量已达4.45亿吨。
3.轨下垫板设置于钢轨与混凝土枕或整体道床之间，起到缓冲减振、减小轮轨之间的动力作用；传统的木枕碎石道床轨道，钢轨支点的弹性由木枕、道床和路基的弹性提供；混凝土枕和宽枕线路，由于其轨枕本身刚性很大，而且底部支承面积比木枕大，因此钢轨支点的弹性比木枕碎石道床轨道小；对于混凝土整体道床，其刚性更大，必须使用轨下垫板来保持线路必要的弹性，减小轮轨间的动力冲击；目前，我国对于30吨轴重的重载铁路有砟轨道，轨下垫板静刚度设定为120-160kn/mm。
4.在现有技术中，我国对30吨轴重重载铁路用轨下垫板材料主要有以下三种：
5.沟槽型橡胶垫板：沟槽型橡胶垫板是我国长期研究和使用的垫板，制造相对容易，使用效果普遍良好，已制定了较为合理的橡胶垫板制造验收技术条件，产品质量基本得到控制；但其承压性能、抗热老化性能和耐油性能欠佳，在长期使用过程中易产生压溃现象；
6.热塑性弹性体：热塑性弹性体tpee是一种嵌段共聚物，由较长的软链段和适当的硬链段组成，呈两相缔合结构，硬链段结晶起物理交联作用，软链段无定形赋予聚合物高回弹性，因此具有高韧性和高回弹性、优良的抗冲击性、耐蠕变性、耐磨及耐老化性，但其耐热性不如橡胶，随着温度上升而物性下降幅度较大，且压缩变形和耐久性等同橡胶相比较差；
7.聚氨酯弹性体：聚氨酯弹性体pu是一种新兴的有机高分子材料，具有优良的综合性能，弹性模量一般介于橡胶和塑料之间，在具有高硬度同时具有良好的弹性和伸长率、强度高、优异的耐磨性、承载能力大、抗冲击性能高、耐疲劳及抗震动等优点，但其加工工艺复杂，在大荷载作用下易产生内热，影响使用性能；
8.目前，聚氨酯弹性体pu材料制作的轨下垫板，主要是通过沟槽型设计来调节静刚度和改善散热问题；对沟槽设计带来的局部区域内应力显著增高现象，即应力集中问题考虑不足，影响轨下垫板的耐疲劳性能和使用寿命。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提出了一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料及其制备方法。
10.本发明的技术方案是：
11.一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料，其特征在于，按质量份数由100份的a料和93-105份的b料组成，其中：
12.所述a料按质量份数由100份的聚酯多元醇，6-9份的小分子扩链剂，0.06-0.10份的发泡剂，0.4-0.6份的泡沫稳定剂和1.3-1.5份的催化剂组成；
13.所述b料按质量份数由47-50份的异氰酸酯和50-53份的聚酯多元醇组成。
14.优选的，所述聚酯多元醇的分子量为1000-2000，并且所述聚酯多元醇由聚己内酯多元醇组成。
15.优选的，所述小分子扩链剂由乙二醇、1，4-丁二醇和己二醇中的至少一种组成；所述发泡剂为水；所述泡沫稳定剂由非硅系化合物和有机硅化合物中的至少一种；所述催化剂由叔胺类催化剂和有机金属催化剂中的至少一种组成；所述异氰酸酯由1,5-萘二异氰酸酯组成。
16.优选的，所述a料中的聚酯多元醇按质量份数由77-83份数均分子量为1000的聚己内酯二元醇和17-23份数均分子量为1250的聚己内酯三元醇组成；所述b料中的聚酯多元醇按质量份数由15-28份数均分子量为1000的聚己内酯二元醇、17-22份数均分子量为2000的聚己内酯二元醇以及8-13份数均分子量为1250的聚己内酯三元醇组成。
17.本发明还提供了一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
18.s1：
19.先将聚酯多元醇加热融化，随后向融化后的聚酯多元醇中加入小分子扩链剂、泡沫稳定剂和催化剂进行混合搅拌，取样检测水分含量，随后加入发泡剂水，继续搅拌，搅拌完成后过滤去掉杂质得到a料；
20.将异氰酸酯加入到聚酯多元醇中混合产生聚合反应，聚合反应完成后过滤去掉杂质，得到b料；
21.s2：
22.将步骤s1中制备好的a料和b料分别预热到80-90℃，然后进行6000-8000转/分钟的混合，在混合5-10秒后制得聚氨酯微孔发泡材料。
23.优选的，在所述步骤s1中，所述a料的具体制备过程为：先将聚酯多元醇在温度70-80℃范围内加热6-12小时，使其融化，向融化后的聚酯多元醇中加入小分子扩链剂、泡沫稳定剂和催化剂，在温度为60-70℃范围内，以搅拌转速为30-80转/分钟，持续搅拌1-2小时，取样检测水分含量，随后加入发泡剂水，以搅拌转速为30-80转/分钟，继续搅拌2-3小时，搅拌完成后过滤去掉杂质得到a料。
24.优选的，在所述步骤s1中，所述b料的具体制备过程为：先将聚酯多元醇在温度70-80℃范围内加热6-12小时使其融化，将融化的聚酯多元醇加入反应釜中，在温度为110-120℃、压力为负的0.095mpa的条件下脱水，当脱水至水分含量低于0.05％后，将融化的聚酯多元醇升温至125-135℃，然后加入异氰酸酯，以搅拌转速为60-100转/分钟，搅拌10分钟，然后控制温度在125-135℃的条件下聚合反应25-35分钟，聚合反应完成后，降温至90℃，经-nco值测试合格后，过滤去掉杂质得到b料。
25.本发明的有益效果：
26.1.本发明的微孔聚氨酯弹性体材料，舍弃沟槽型设计；微孔聚氨酯弹性体密度介于非泡聚氨酯弹性体和软泡之间，孔径较小(0.1-10μm)，泡孔大小分布均匀且较窄，在主要的物理性能方面，聚氨酯微孔弹性体超过了所有其他相同密度的微孔弹性体，与非泡聚氨
酯弹性体相比，微孔聚氨酯弹性体质轻、易形变、耐折性好、抗冲击、易模塑、缓冲性能好，是一种弹性较好、吸能效果好的多孔材料，可承受较高的负载；采用微孔聚氨酯弹性体材料，可通过调节材料自身的硬段含量和轨下垫板的密度，来达到调整轨下垫板静刚度的目的，避免了采用沟槽型设计来调整轨下垫板的静刚度，避免了轨下垫板应力集中的问题；采用微孔聚氨酯弹性体材料可以使轨下垫板在受力形变情况下，均匀形变，各处受力均匀，使其在重载既有线路恶劣的轨道状态和巨大的运量情况下，保持更久的使用寿命。
27.2.本发明的聚氨酯微孔发泡材料，从选择聚氨酯原料出发，使制得的轨下垫板具有更高的微相分离，以此降低轨下垫板在使用中的内生热，提高其耐热性能和耐疲劳性能；由于聚氨酯的硬链段极性强，相互间的引力大，硬链段和软链段具有自发分离的倾向，即不相容性，所以硬链段容易聚集在一起，形成许多微区，分布于软段相中，这种现象叫微相分离；因聚氨酯硬段相与软段相在相同受力的情况下其形变量不同，轨下垫板在受到高频率的垂向循环载荷的情况下，硬段相与软段相之间产生高频率摩擦而产生热量；而高的微相分离，即硬链段形成的微区更好的分布于软段相中，降低了硬段相与软段相的相对接触面积，在轨下垫板受到同样垂向循环载荷的情况下，其因摩擦生成的内生热显著降低。
28.3.本发明的聚氨酯微孔发泡材料，采用水作为发泡剂，与多异氰酸酯反应生成co2，co2气体起发泡剂作用；通过调节水加入量的多少来调节制得的轨下垫板的密度，从而达到调整轨下垫板静刚度的目的；并且，选用水做发泡剂，更环保，对环境无污染。
29.4.本发明的聚氨酯微孔发泡材料在每100份聚酯多元醇中添加1.3-1.5份的催化剂，催化剂由叔胺类催化剂和有机金属锡类催化剂组成，两者搭配可以使发泡与凝胶反应达到平衡性良好的效果，得到结构性能良好的微孔聚氨酯弹性体。
30.5.本发明的聚氨酯微孔发泡材料因为环保型催化剂和发泡剂的采用，可以避免对地下水的污染；又因为避免使用tdi(甲苯二异氰酸酯)系列原料，极大降低了原料的毒性，有益于施工操作人员的健康。
具体实施方式
31.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料，按质量份数由100份的a料和93-105份的b料组成，其中：
33.a料按质量份数由100份的聚酯多元醇，6-9份的小分子扩链剂，0.06-0.10份的发泡剂，0.4-0.6份的泡沫稳定剂和1.3-1.5份的催化剂组成；
34.b料按质量份数由47-50份的异氰酸酯和50-53份的聚酯多元醇组成；
35.此外，聚酯多元醇的分子量为1000-2000，并且所述聚酯多元醇由聚己内酯多元醇组成；小分子扩链剂由乙二醇、1，4-丁二醇和己二醇中的至少一种组成；发泡剂为水；泡沫稳定剂由非硅系化合物和有机硅化合物中的至少一种；催化剂由叔胺类催化剂和有机金属催化剂中的至少一种组成；异氰酸酯由1,5-萘二异氰酸酯组成；
36.另外的，在a料中的聚酯多元醇按质量份数由77-83份数均分子量为1000的聚己内
酯二元醇和17-23份数均分子量为1250的聚己内酯三元醇组成；在b料中的聚酯多元醇按质量份数由15-28份数均分子量为1000的聚己内酯二元醇、17-22份数均分子量为2000的聚己内酯二元醇以及8-13份数均分子量为1250的聚己内酯三元醇组成。
37.本发明还提供了一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
38.s1：
39.a料的制备：先将聚酯多元醇在温度70-80℃的范围内进行加热，若温度低于此范围值，则会增加融化时长，若温度高于此范围值，则会影响聚酯多元醇的性能；在加热6-12小时后使聚酯多元醇融化，随后向融化后的聚酯多元醇中加入小分子扩链剂、泡沫稳定剂和催化剂，控制温度在60-70℃的范围内，维持聚酯多元醇为液态以及降低其粘度，使其容易搅拌均匀，并以搅拌转速为30-80转/分钟，持续搅拌1-2小时进行混合，取样检测水分含量，随后根据配方中发泡剂水的份数计算差值并补加入发泡剂水，在温度为60-70℃的范围内，以搅拌转速为30-80转/分钟，继续搅拌2-3小时，在搅拌完成后，过滤去掉杂质得到a料；
40.b料的制备：先将聚酯多元醇在温度70-80℃范围内加热6-12小时使其融化，将融化的聚酯多元醇加入反应釜中，在温度为110-120℃、压力为负的0.095mpa的条件下进行脱水，当脱水至水分含量低于0.05％后，将融化的聚酯多元醇升温至125-135℃，然后加入异氰酸酯，以搅拌转速为60-100转/分钟来搅拌10分钟，因异氰酸酯选用1,5-萘二异氰酸酯，其熔点为126-130℃，此处设置温度范围在125-135℃能够使1,5-萘二异氰酸酯快速融化，但温度不易过高，防止副反应的产生；搅拌完成后，后控制温度在125-135℃的条件下聚合反应25-35分钟，聚合反应完成后，降温至90℃，经-nco值测试合格后，过滤去掉杂质得到b料。
41.s2：
42.将步骤s1中制备好的a料和b料分别预热到80-90℃，使a料和b料融化后保持液体状态，同时降低了a料和b料的粘度，避免发生结晶或挥发；待a料和b料融化后进行6000-8000转/分钟的高速混合，在混合5-10秒后制得聚氨酯微孔发泡材料。
43.将s2步骤中的混合料注入到预先在110-120℃下预热30分钟以上且涂有聚氨酯脱模剂的垫板制备磨具中，迅速合模，并将模具放入105-115℃鼓风烘箱内加热2小时，加热完成后从模具中取出定型的聚氨酯弹性垫板，将定型的聚氨酯弹性垫板在室温下放置15天以上即得到聚氨酯微孔轨下垫板。
44.此外，在制备本发明的聚氨酯微孔发泡材料时，还可以根据需要添加抗氧剂、增塑剂、颜料和填料等其他各种助剂，本发明对于抗氧剂、增塑剂、阻燃剂、颜料和填料的种类没有特别的限制，本领域技术人员可以根据需求确定具体的种类和使用量。
45.本实施方式中的聚氨酯材料由聚己内酯多元醇合成，其酯键呈有规定向排列，分子量分布较窄，使合成的聚氨酯材料具有高机械强度，优异的耐磨、耐油性能，同时兼具聚醚基聚氨酯产品优越的耐水解性和低温柔顺性。
46.本实施方式中的异氰酸酯选用1,5-萘二异氰酸酯，小分子扩链剂选用1,4-丁二醇，两者都具有对称的分子结构，制得的聚氨酯弹性体具有良好的力学性能，配合聚己内酯多元醇，能有效的提高所制得的聚氨酯微孔弹性体的微相分离，使轨下垫板受到同样垂向循环载荷的情况下，摩擦生成的内生热显著降低，以此降低轨下垫板在使用中的内生热，提
高其耐热性能和耐疲劳性能。
47.本实施方式中的微孔聚氨酯弹性体材料，发泡剂采用水，水与多异氰酸酯反应生成co2，co2气体起发泡剂作用，可通过调节水加入量的多少来调节制得的轨下垫板的密度，从而达到调整轨下垫板静刚度的目的；并且，选用水做发泡剂，更环保，对环境无污染。
48.在本实施方式中，每100份聚酯多元醇中添加1.3-1.5份的催化剂，催化剂由叔胺类催化剂和有机金属锡类催化剂组成，两者搭配可以使发泡与凝胶反应达到平衡性良好的效果，得到结构性能良好的微孔聚氨酯弹性体。
49.本实施方式中的微孔聚氨酯弹性体材料因为环保型催化剂和发泡剂的采用，可以避免对地下水的污染；又因为避免使用tdi(甲苯二异氰酸酯)系列原料，极大降低了原料的毒性，有益于施工操作人员的健康。
50.下面结合具体实施例对本发明的内容进行具体说明：
51.实施例1
52.一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料，按质量份数由100份的a料和103份的b料组成，其中：
53.a料按质量份数由以下材料组成：
54.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇77份；
55.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇23份；
56.1,4-丁二醇7份；
57.聚醚改性有机硅类表面活性剂0.6份；
58.水0.10份；
59.三亚乙基二胺溶液0.9份；
60.二月桂酸二丁基锡0.6份；
61.b料按质量份数由以下材料组成：
62.1,5-萘二异氰酸酯47份；
63.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇28份；
64.数均分子量为2000的聚己内酯二元醇17份；
65.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇8份；
66.本发明实施例提供该铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
67.s1：
68.a料的制备：先将聚酯多元醇在75℃的温度下进行加热，加热6-12小时后使其融化，随后向融化后的聚酯多元醇中加入小分子扩链剂、泡沫稳定剂和催化剂，并在65℃的温度下以每分钟55转的转速持续搅拌2小时进行混合，取样检测水分含量，随后根据配方中发泡剂水的份数计算差值并补加发泡剂水，并在65℃的温度下以每分钟55转的转速继续搅拌3小时，在搅拌完成后，过滤去掉杂质得到a料；
69.b料的制备：先将聚酯多元醇在75℃的温度下加热6-12小时使其融化，将融化的聚酯多元醇加入反应釜中，在温度为120℃、压力为负的0.095mpa的条件下进行脱水，当脱水至水分含量低于0.05％后，将融化的聚酯多元醇升温至130℃，然后加入异氰酸酯，以搅拌转速为60-100转/分钟，搅拌10分钟，在温度为130℃的条件下聚合反应30分钟，聚合反应完
成后，降温至90℃，经-nco值测试合格后，过滤去掉杂质得到b料。
70.s2：
71.将步骤s1中制备好的a料和b料分别预热到90℃，然后进行7000转/分钟的高速混合，在混合10秒后，将混合料注入到预先在120℃下预热30分钟且涂有聚氨酯脱模剂的垫板制备磨具中，迅速合模，并将模具放入115℃鼓风烘箱内加热2小时，加热完成后从模具中取出定型的聚氨酯弹性垫板，将定型的聚氨酯弹性垫板在室温下放置15天以上即得到聚氨酯微孔轨下垫板。
72.实施例2
73.制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于，一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料，按质量份数由100份的a料和94份的b料组成，其中：
74.a料按质量份数由以下材料组成：
75.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇79份；
76.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇21份；
77.1,4-丁二醇6份；
78.聚醚改性有机硅类表面活性剂0.4份；
79.水0.08份；
80.三亚乙基二胺溶液0.8份；
81.二月桂酸二丁基锡0.6份；
82.b料按质量份数由以下材料组成：
83.1,5-萘二异氰酸酯48份；
84.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇22份；
85.数均分子量为2000的聚己内酯二元醇20份；
86.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇10份。
87.实施例3
88.制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于，一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料，按质量份数由100份的a料和100份的b料组成，其中：
89.a料按质量份数由以下材料组成：
90.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇83份；
91.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇17份；
92.1,4-丁二醇9份；
93.聚醚改性有机硅类表面活性剂0.5份；
94.水0.06份；
95.三亚乙基二胺溶液0.8份；
96.二月桂酸二丁基锡0.5份；
97.b料按质量份数由以下材料组成：
98.1,5-萘二异氰酸酯50份；
99.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇15份；
100.数均分子量为2000的聚己内酯二元醇22份；
101.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇13份。
102.实施例4
103.制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于，一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料，按质量份数由100份的a料和105份的b料组成，其中：
104.a料按质量份数由以下材料组成：
105.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇77份；
106.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇23份；
107.1,4-丁二醇9份；
108.聚醚改性有机硅类表面活性剂0.6份；
109.水0.1份；
110.三亚乙基二胺溶液0.8份；
111.二月桂酸二丁基锡0.7份；
112.b料按质量份数由以下材料组成：
113.1,5-萘二异氰酸酯50份；
114.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇23份；
115.数均分子量为2000的聚己内酯二元醇22份；
116.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇8份。
117.实施例5
118.制备方法及步骤与实施例1一致，不同之处在于，一种铁路轨下垫板用聚氨酯微孔发泡材料，按质量份数由100份的a料和93份的b料组成，其中：
119.a料按质量份数由以下材料组成：
120.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇83份；
121.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇17份；
122.1,4-丁二醇6份；
123.聚醚改性有机硅类表面活性剂0.4份；
124.水0.06份；
125.三亚乙基二胺溶液0.7份；
126.二月桂酸二丁基锡0.6份；
127.b料按质量份数由以下材料组成：
128.1,5-萘二异氰酸酯47份；
129.数均分子量为1000的聚己内酯二元醇20份；
130.数均分子量为2000的聚己内酯二元醇17份；
131.数均分子量为1250的聚己内酯三元醇13份。
132.对比例1
133.沟槽型橡胶垫板按质量份数由以下材料组成：
134.天然胶100份；
135.氧化锌5份；
136.硬脂酸1.5份；
137.防老剂4010na 2份；
138.微晶蜡2份；
139.炭黑n55035份；
140.白炭黑35份；
141.硫磺2份；
142.次磺酰胺类促1.5份；
143.噻唑类促进剂1份；
144.沟槽型橡胶垫板的制备方法，包括以下步骤：
145.s1：按配比将各原材料投入密炼机进行密炼，密炼完成后，经开炼机出片。
146.s2：将混炼好的胶，在温度为140-160℃、压力为12-18mpa的条件下硫化9-11分钟得到沟槽型橡胶垫板。
147.对比例2
148.聚醚多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯组成聚氨酯类轨下垫板按质量份数由100份的a料和87份的b料组成，其中：
149.a料按质量份数由以下材料组成：
150.数均分子量为2000的聚氧化丙烯二元醇67份；
151.数均分子量为4800的聚氧化丙烯与氧化乙烯共聚物多元醇33份；
152.乙二醇7份；
153.硅油0.6份；
154.水0.1份；
155.催化剂1.5份；
156.b料按质量份数由以下材料组成：
157.二苯基甲烷二异氰酸酯51份；
158.数均分子量为2000的聚氧化丙烯二元醇14份；
159.数均分子量为4800的聚氧化丙烯与氧化乙烯共聚物多元醇20份；
160.数均分子量为1000的聚氧化丙烯二元醇15份。
161.其制备方法具体为：
162.s1：a料的制备：将聚醚多元醇、小分子扩链剂和其他助剂，在温度为45～60℃的条件下搅拌2～3小时后，得到a料；
163.b料的制备：将聚醚多元醇加入异氰酸酯中混合均匀，在温度70～90℃的条件下聚合反应反应1～3小时，聚合反应完成后过滤去掉杂质，得到b料。
164.s2：将步骤s1中制备的a料和b料通过发泡机混合，注入到预热且涂有聚氨酯脱模剂的垫板制备磨具中，迅速合模，并将模具放入80℃鼓风烘箱内加热2小时，加热完成后从模具中取出定型的聚氨酯弹性垫板，将定型的聚氨酯弹性垫板在室温下放置15天以上即得到聚氨酯微孔轨下垫板。
165.对以上5种实施例方案及对比例方案所得样品分别进行拉伸强度、拉断伸长率、压缩永久变形、工作电阻、热空气老化、耐油性、脆性温度、静刚度、动静刚度比和疲劳性能等方面的测试，测试标准及测试结果如表1所示。
[0166][0167]
表1
[0168]
由表1的数据可以看出，由实施例1-5制备的垫板样品，拉伸强度≥24mpa，拉断伸长率≥500％，压缩永久变形≤50％，工作电阻≥108ω，热空气老化后拉伸强度变化率及拉断伸长率变化率均≥﹣25％，耐油性≤5％，脆性温度下均无破坏，静刚度符合140kn/mm
±
20kn/mm，动静刚度比≤2.0，轨下垫板经300万次疲劳试验后静刚度变化率≤20％；与对比例相比较，不仅耐压缩永久变形、耐油性、抗热空气老化性能优异，而且经300万次疲劳试验后静刚度变化率小，即耐疲劳性能优异，适用于30吨轴重重载铁路扣件中轨下垫板。
[0169]
以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。