鐵路用耐油性道岔橡膠墊板的研制

李志剛，劉曾亮，呂紀(jì)文，段維常，高 浩

(1.武威橡膠制品廠， 甘肅 武威 733000；2.武漢鐵安通達(dá)工貿(mào)有限公司， 湖北 武漢 430061；3.武漢鐵路局荊門橋工段， 湖北 荊門 448000)

1 引言

我國(guó)正在進(jìn)行大規(guī)模的客運(yùn)專線及高速鐵路建設(shè)，到2020年將建成客運(yùn)專線約1萬(wàn)km，形成“四橫四縱”的客運(yùn)專線骨架，建成環(huán)渤海海圈、長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū)的高速鐵路約2000 km。隨著人們對(duì)列車行駛速度要求的不斷提高，如何解決車輛行駛過程中引起的震動(dòng)和沖擊成為一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。為了減小震動(dòng)、降低噪音，新型扣件系統(tǒng)在鐵墊板下設(shè)計(jì)了彈性墊板，是鐵路扣件系統(tǒng)中的關(guān)鍵彈性元件，對(duì)整個(gè)扣件系統(tǒng)的剛度、疲勞性能以及綜合性能起決定性作用。道岔橡膠墊板由于長(zhǎng)期受到潤(rùn)滑防銹油脂的侵蝕，導(dǎo)致其過早變形、老化開裂、壓潰，造成軌道絕緣緩沖功能喪失，部分道岔橡膠墊板上道使用3個(gè)月即須更換。

目前以聚氨酯彈性體和橡膠(天然橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙橡膠)為主體材料制作的高速鐵路用彈性墊層吸油率均在8.2%～9.8%范圍之內(nèi)，雖符合鐵標(biāo)TB/T2626-1995及高鐵標(biāo)準(zhǔn)TB/T3395.(1-5)2015規(guī)定的耐油性不大于20%的規(guī)定，但是吸油率只要降低1%就會(huì)影響到分子鏈分布的疏密程度，會(huì)使橡膠發(fā)生一定范圍的膨脹面積，從而影響道岔橡膠墊板的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)。

本項(xiàng)目制備的新型耐油性道岔橡膠墊板在滿足鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T2626-1995高鐵標(biāo)準(zhǔn)TB/T3395.(1-5)2015及GB0402的標(biāo)準(zhǔn)要求，還具有耐油性大幅度提高、吸油率顯著降低的道岔橡膠墊板。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原材料

大料：丁腈橡膠N41 100份；中料：補(bǔ)強(qiáng)劑45～65份；耐磨劑15～25份；小料：硫化劑 4～8份；促進(jìn)劑3～5份；防老劑1～4份；偶聯(lián)劑 2～4份；硬脂酸1份。

2.2 主要儀器設(shè)備

自制密煉、捏煉、開煉及自動(dòng)切片系統(tǒng)；常規(guī)電光分析天平、橡塑比重儀、高阻儀、橡塑強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)、老化試驗(yàn)箱、磨耗試驗(yàn)機(jī)、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、裂解氣相色譜儀、絕緣材料耐壓試驗(yàn)機(jī)、30 t電子拉力試驗(yàn)機(jī)等檢測(cè)設(shè)備。

2.3 樣品制備

2.3.1 組合料的制備

大料：丁腈橡膠N41 100份； 中料： 補(bǔ)強(qiáng)劑 45～65份； 耐磨劑 15～25份； 小料： 硫化劑 4～8份， 促進(jìn)劑 3～5份， 防老劑 1～4份， 偶聯(lián)劑 2～4份， 硬脂酸 1份。

其中，所述補(bǔ)強(qiáng)劑選自超細(xì)活性陶土SFAC、MT炭黑、774碳黑、白炭黑、粉煤灰型橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑(XRF)中的一種或多種； 所述硫化劑選自硫磺、環(huán)氧樹脂、苯酚甲醛樹脂、二硫化四甲基秋蘭姆、金屬氧化物中的一種或多種； 所述促進(jìn)劑選自促進(jìn)劑H、促進(jìn)劑D、促進(jìn)劑DM(MBTS;2,2‘-二硫代二苯并噻唑)、促進(jìn)劑TMTD、促進(jìn)劑M(2-巰醇基苯并噻唑)、促進(jìn)劑ZDMC、促進(jìn)劑ZBX、促進(jìn)劑NA-22、促進(jìn)劑CZ( N-環(huán)已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)中的一種或多種； 所述防老劑選自防老劑AW(6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉)、防老劑A(N-苯基-α-苯胺)、防老劑D(N-苯基-β-萘胺)、防老劑CPPD(N-苯基-N`-環(huán)己基對(duì)苯二胺)、防老劑H(N-N`-二苯基-對(duì)苯二胺)、4.4一雙(2.2-二甲基芐基)二苯胺、防老劑RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氫化喹啉)中的一種或多種； 所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑Si-69化學(xué)名為雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。

2.3.2 樣品的試制

將中料進(jìn)行母煉；將丁腈橡膠投入密煉機(jī)密煉室中塑煉1～5 min，塑煉溫度60～80 ℃，將輥距調(diào)至4～6 mm，沿大牙輪端投入生膠，待包輥后，左右開刀時(shí)間控制在3～5 min；將母煉后的中料加入到捏煉機(jī)中捏煉3～5 min得到捏煉好的膠料，捏煉溫度60～80 ℃，；將捏煉好的膠料投放到開煉機(jī)中，左右搗膠、打卷，均勻后，將輥距調(diào)至4～6 mm，停放4～6 h，再進(jìn)行精煉；將除硫化劑之外的小料全部加入到捏煉機(jī)中進(jìn)行均勻混合，在60～80 ℃的溫度下反應(yīng)1～5 min；將經(jīng)步驟5)捏煉好的小料投放到開煉機(jī)中，同時(shí)，將輥距調(diào)至1～2 mm，加入硫化劑，將捏煉后的小料、硫化劑與膠料混合均勻后出片。

2.4 性能測(cè)試

按照鐵標(biāo)TB/T2626-1995、TB/T3395.(1-5)2015及GB0402的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

3 結(jié)果與討論

3.1 耐油性影響

丁苯橡膠岔道墊板的吸油率檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

丁苯橡膠墊板的吸油率檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示，可見其吸油率為8.01%～9.99%。根據(jù)表2可知，本項(xiàng)目制備的耐油道岔橡膠墊板的吸油率僅為1.53%～2.96%。

表1 丁苯橡膠墊板的吸油率檢驗(yàn)結(jié)果

表2 耐油道岔橡膠吸水、吸油性試驗(yàn)原始記錄

3.2 拉伸強(qiáng)度檢驗(yàn)

檢驗(yàn)結(jié)果見表3～表6。

表3 丁苯橡膠老化前的拉伸強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果

表4 丁苯橡膠老化后的拉伸強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果

表5 本制備的耐油性道岔橡膠墊板老化前的拉伸強(qiáng)度檢驗(yàn)

表6 為根據(jù)本制備的耐油性道岔橡膠墊板老化后的拉伸強(qiáng)度檢驗(yàn)

3.3 其他性能對(duì)照鐵標(biāo)的檢驗(yàn)

檢驗(yàn)結(jié)果見表7～表9。

表7 本耐油性道岔橡膠墊板的磨耗檢驗(yàn)結(jié)果室溫：21 ℃ 膠條硫化時(shí)間：10 min

根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果可知，本耐油性道岔墊板吸油率僅為2.4%～2.6%，其拉伸強(qiáng)度、硬度、電阻以及各項(xiàng)物理機(jī)械性能均符合鐵路標(biāo)準(zhǔn)，尤其是吸油率，抽檢樣品的檢驗(yàn)結(jié)果均在2.6%以下。

表8 本耐油性道岔耐油性道岔橡膠墊板的硬度和電阻檢驗(yàn)結(jié)果

表9 本發(fā)明的耐油性道岔耐油性道岔橡膠墊板的物理機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

通過對(duì)比可見本耐油性岔道橡膠墊板其拉伸強(qiáng)度性能與現(xiàn)有技術(shù)中常用的丁苯橡膠墊板相當(dāng)，但吸油率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于丁苯橡膠的吸油率。

本耐油性岔道墊板相對(duì)于現(xiàn)有的丁苯橡膠墊板，其外觀變化小、物理性能指標(biāo)穩(wěn)定，特別是耐油性指標(biāo)是原道岔橡膠墊板的4倍以上，服役期內(nèi)能保持在鐵標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)，而且本耐油性岔道橡膠墊板價(jià)格大體與原道岔橡膠墊板相同，在提高性能的同時(shí)有效地控制了生產(chǎn)成本。本耐油性道岔橡膠將會(huì)延長(zhǎng)道岔橡膠墊板的使用壽命，并且會(huì)大幅度減少線路的維修成本、人工成本、安全風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)正常運(yùn)輸?shù)母蓴_，其價(jià)值在繁忙干線上更為顯著。

[1]劉曾亮，李志剛等. 一種鐵路道岔下耐油性橡膠及其制備方法和應(yīng)用[P].ZL 2016 I 1048177.4,湖北武漢.

[2] 李國(guó)英，許雙喜，楊玉華. 高速鐵路用聚氨酯彈性墊板的研制[J]. 聚氨酯工業(yè),2017,32:42～44.

[3] 方 宜. 有砟-無(wú)砟軌道過渡段動(dòng)剛度研究[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2009.

[4] 鮑 國(guó)，楊春燕. 京津城際高速鐵路CRTSII型板式無(wú)砟軌道底座板鋪技術(shù)[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009，116(5)：50～52.