鐵路用耐低溫減震橡膠制品的配方優(yōu)化

劉士鐸，陳 云

（1.河北騰躍鐵路裝備股份有限公司，河北 辛集 052360；2.丹陽(yáng)貝爾特傳動(dòng)科技有限公司，江蘇 丹陽(yáng) 212353）

隨著我國(guó)鐵路交通事業(yè)的快速發(fā)展，高性能減震橡膠制品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用備受重視，由于耐低溫性能和減震性能會(huì)嚴(yán)重影響鐵路用減震橡膠制品的質(zhì)量和使用壽命，近年來(lái)耐低溫減震橡膠制品的需求日益增大[1-6]。

本工作通過(guò)優(yōu)化橡膠主體材料，改善硫化體系，添加增塑劑等配方優(yōu)化措施，為高性能鐵路用耐低溫減震橡膠制品的開(kāi)發(fā)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），RSS3，泰國(guó)產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，北京燕山石化公司產(chǎn)品；炭黑N330和N774，上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品；均勻劑M50，德國(guó)Struktol公司產(chǎn)品；交聯(lián)劑TDB680和防老劑H，安徽阜陽(yáng)利普化工有限公司產(chǎn)品；抗硫化返原劑PK900，美國(guó)富萊克斯公司產(chǎn)品；環(huán)保增塑劑TP-90B，美國(guó)Hallstar公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生 產(chǎn) 配 方（A1配 方）為：NR 100，炭 黑N774 85，活性劑 7，防老劑 4，抗撕裂樹(shù)脂HR-801 3，流動(dòng)助劑 2.5，環(huán)烷油 6，硫黃 2.4，促進(jìn)劑 1.1，其他 6.5，合計(jì) 217.5。

試驗(yàn)配方通過(guò)調(diào)整生膠、硫化體系、增塑劑等的品種和用量進(jìn)行配方優(yōu)化。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-450型開(kāi)煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；GT-7104型電加熱平板硫化機(jī)與AI-7000S型電子拉力機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；WTB-0.5型回彈性測(cè)試儀，揚(yáng)州天發(fā)試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MZ-4010B1型橡膠硫化儀、MZ-4003型橡膠疲勞龜裂試驗(yàn)機(jī)、MZ-4211型高低溫試驗(yàn)箱和MZ401-A型高溫老化箱，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品。

1.4 性能測(cè)試

膠料拉伸性能測(cè)試按GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)定》進(jìn)行；撕裂性能測(cè)試按GB/T 529—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 撕裂強(qiáng)度的測(cè)定（褲形、直角形和新月形試樣）》進(jìn)行；耐疲勞性能測(cè)試按GB/T 13934—2006《硫化橡膠或熱塑性橡膠 屈撓龜裂和裂口增長(zhǎng)的測(cè)定（德墨西亞型）》進(jìn)行；耐老化性能測(cè)試按GB/T 3512—2014《硫化橡膠或熱塑性橡膠 熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》進(jìn)行；壓縮永久變形性能測(cè)試按GB/T 7759.1—2015《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓縮永久變形測(cè)定 第1部分：在常溫及高溫條件下》進(jìn)行，壓縮率為25%；制品低溫剛度變化率和厚度永久變形測(cè)試按鐵路貨車(chē)減震制品低溫性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 主體材料和炭黑

A2—A4配方調(diào)整主體材料和炭黑的品種和用量，用NR并用耐低溫性能較好的BR，再用炭黑N330減量代替部分炭黑N774，以增大膠料含膠率，其他組分和用量與A1配方相同。添加不同主體材料和炭黑的膠料與制品性能見(jiàn)表1。

表1 添加不同主體材料和炭黑的膠料與制品性能

從表1可以看出，采用NR/BR（并用比為75/25），炭黑N774/N330（并用比為40/30）的A3配方膠料的物理性能、耐蠕變性能、耐熱性能和耐疲勞性能總體較好，其制品的低溫剛度變化率和低溫厚度永久變形最小，耐低溫性能最好，各項(xiàng)性能均達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 硫化體系

添加不同硫化體系的膠料與制品性能見(jiàn)表2。B1—B4配方中NR/BR并用比為75/25，炭黑N774/N330并用比為40/30，調(diào)整硫化體系的組分及用量，其他組分和用量與A1配方相同。

從表2可以看出，與B1—B3配方膠料相比，采用硫黃/交聯(lián)劑TDB680/均勻劑M50（并用比為1.5/1/1）的B4配方膠料的物理性能、耐蠕變性能、耐熱性能、耐疲勞性能總體較好，其制品的耐低溫性能也最好。

表2 添加不同硫化體系的膠料與制品性能

2.3 增塑劑

為提高制品的耐低溫性能，采用環(huán)保增塑劑TP-90B代替環(huán)烷油。環(huán)保增塑劑TP-90B為淺琥珀色聚醚類(lèi)液體，具有以下優(yōu)點(diǎn)：與橡膠相容性好；為各種橡膠提供極佳的低溫適應(yīng)性能，使膠料在低溫下柔軟性好；極易分散于膠料中，不影響硫化，不會(huì)降低膠料的物理性能；在橡膠中有快速增塑作用，可以緩解膠料的輕微焦燒問(wèn)題。

添加不同增塑劑的制品的耐低溫性能見(jiàn)表3。其中，NR/BR并用比為75/25，炭黑N774/N330并用比為40/30，硫黃/交聯(lián)劑TDB680/均勻劑M50并用比為1.5/1/1，其他組分和用量與A1配方相同。

表3 添加不同增塑劑的制品的耐低溫性能

從表3可以看出，與添加環(huán)烷油的制品相比，添加增塑劑TP-90的制品耐低溫性能更好。

3 結(jié)論

本工作通過(guò)優(yōu)化橡膠主體材料、炭黑、硫化體系，選擇耐低溫增塑劑等措施，通過(guò)多輪試驗(yàn)，得到鐵路用耐低溫減震橡膠制品優(yōu)化配方為：NR 75，BR 25，炭黑N774 40，炭黑N330 30，硫黃 1.5，交聯(lián)劑TDB680 1，均勻劑M50 1，促進(jìn)劑 1.6，活性劑 7，防老劑 4，抗撕裂樹(shù)脂HR-801 3，流動(dòng)助劑 2.5，增塑劑TP-90B 6，其他 6.5，合計(jì) 204.1。

配方優(yōu)化后，鐵路用耐低溫減震橡膠制品的耐低溫性有效提高，且物理性能、耐熱性能和耐疲勞性能良好。