CN101143942A - 一种用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料，由橡胶基料、防老体系、填料体系和硫化体系组成；其具体组成为：橡胶基料是天然橡胶或天然橡胶与氯丁橡胶共混材料，其中氯丁橡胶重量比为10～20％；防老体系包括防老剂D、防老剂4010NA、防老剂AW和石蜡；填料体系为半补强碳黑、高耐磨碳黑和白碳黑中的一种或几种组成；硫化体系包括促进剂M、促进剂TT、促进剂CZ、促进剂NA－22和硫磺、氧化锌、轻质氧化镁、硬脂酸；材料配方重量比组成为：橡胶基料为100份；防老体系总量为4～10份；填料体系总量为40－80份；硫化体系可采用多种组合配比。该橡胶材料造价便宜、抗老化性能好，能赋予弹性隔振元件低动静比的特点。
Description
技术领域：
本发明属于高分子材料技术领域，一种用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料及其制备方法。
背景技术：
振动污染对人们造成的危害越来越受到重视，其中交通系统的振动和噪声污染更成为关注的焦点之一，特别是地铁或轻轨等轨道交通系统在运行过程中由于车轮与钢轨的撞击，产生冲击波和噪声。冲击波将在轨道、隧道、土层和地面建筑物内传播，产生相应的振动，对周围建筑和居民生活造成很不利的影响。
一种常用的解决方法就是应用弹性隔振元件，如采用轨道减振器、轨枕套靴、道碴垫、橡胶支座等，降低轨道的支撑刚度，利用弹性隔振元件中橡胶材料剪切变形大、动弹性好的优点，从而有效的降低车轮与钢轨的撞击产生的振动向地基传递，橡胶材料性能的优劣直接影响到弹性隔振元件的隔振效果的好坏和使用寿命的长短。目前弹性隔振元件所用橡胶材料多采用天然橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶。
国内第一代轨道减(隔)振器采用氯丁橡胶，初期隔振效果良好，但在铺设3～5年后，减(隔)振效果逐步衰减，与一般轨道扣件基本等同。主要是由于氯丁橡胶滞后损耗较大，对耐老化性能不利，另外减(隔)振器的动静刚度比偏大，隔振效果的提高也受到很大的限制。
国内外轨枕套靴和道碴垫多采用三元乙丙橡胶，其优异耐磨性、耐老化等性能是其它橡胶材料无可比拟的，但缺点是材料动静比较高，价格偏贵，加工工艺性较差。
天然橡胶具有弹性好、动静比低、价格便宜、加工工艺性好的优点，同时具有优异的力学性能，是制作高质量弹性隔振元件的首选材料，已广泛用于轨道交通用各类弹性隔振元件(如轨道隔振器、橡胶支座等)的设计制造。但由于弹性隔振元件长期经受热、臭氧、疲劳等老化环境的侵袭，而天然橡胶自身的耐老化性能较差，另外耐臭氧老化性能尤其差，使用一段时间后，材料的模量和力学性能变化较大，这样就大大影响了弹性隔振元件的使用寿命和隔振效果。
发明内容：
为了克服振动污染对人们造成的危害，本发明的目的是提供一种用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料及其制备方法，通过材料硫化体系、填料体系和老化体系的优化，在保持天然橡胶高弹性、低动静比的前提下解决其耐老化性差的难题；使其它具有造价便宜、抗老化性能好，同时能赋予弹性隔振元件低动静比的特点。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
该用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料，由橡胶基料、防老体系、填料体系和硫化体系组合而成；其具体组成为：橡胶基料可以是天然橡胶或天然橡胶与氯丁橡胶共混材料，其中氯丁橡胶所占重量比为10～20％；防老体系包括防老剂D、防老剂4010NA、防老剂AW、石蜡；填料体系可以为半补强碳黑、高耐磨碳黑和白碳黑中的一种或几种组成；硫化体系包括促进剂M、促进剂TT、促进剂CZ、促进剂NA-22和硫磺、氧化锌、轻质氧化镁、硬脂酸；材料的配方重量比组成为：橡胶基料总量为100份；防老体系总量为4～10份，其中防老剂D1～2份、防老剂4010NA1～3份、防老剂AW1～3份、石蜡1～3份；填料体系总量为40-80份，其中半补强碳黑或高耐磨碳黑或二者的混合物30-70份、白碳黑3～20份；硫化体系可采用：促进剂M0.5～1份、促进剂TT1.5～3份、硫磺0.5～1.5份；
该用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料，其硫化体系还可以采用促进剂TT0.15～0.3份、促进剂CZ1～2份、硫磺1.2～2.5份。
该用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料，其硫化体系还可以采用促进剂M0.5～1份、促进剂TT1.5～3份、硫磺0.5～1.5份、促进剂NA-22；氧化锌3～10份、轻质氧化镁5～10份，硬脂酸1～3份。
一种用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料的制备方法，采用上述材料组份组量，首先在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、白碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、轻质氧化镁、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型；硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min
由于采用了如上所述技术方案本发明具有如下积极效果：
本发明所设计的用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料的性能：
表1
| 序号 | 项目 | 单位 | 性能指标 | |
| 1 | 拉伸强度 | MPa | ≥13 | |
| 2 | 扯断伸长率 | ％ | ≥350％ | |
| 3 | 高温压缩永久变形(70℃*22h) | ％ | ≤30％ | |
| 4 | 工作电阻 | Ω | ≥108 | |
| 5 | 热空气老化(70℃*70h) | 拉伸强度 | MPa | ≥10 |
| 伸长率变化 | ％ | ≤15％ | ||
| 硬度变化 | 度 | ≤10 | ||
| 6 | 耐臭氧试验(40℃*50pphm)下用7×放大检验 | 无任何裂纹 | ||
| 7 | 体积膨胀率 | ASTM3# | ％ | ≤100％ |
| ASTM1# | ≤20％ | |||
| 8 | 损耗因子(5-100Hz，25℃) | ≤0.1 | ||
具体实施方式一：
首先，以天然橡胶重量比：100份，氧化锌3份，硬脂酸2份，防老剂D 2份，防老剂AW3份，防老剂4010NA3份，石蜡2份，半补强碳黑70份，促进剂M0.5，促进剂TT2份，硫磺1份；各种材料比例在一定工艺条件下，在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放 4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型。
硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
具体实施方式二：
首先，以天然橡胶(重量比)80份，氯丁橡胶20份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂D1份，防老剂AW1份，防老剂4010NA2份，石蜡1份，半补强碳黑40份，高耐磨碳黑10份，白碳黑10份，促进剂M0.5份，促进剂TT2份，硫磺0.5份，促进剂NA-22 1份，轻质氧化镁10份；各种材料比例在一定工艺条件下，在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、白碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、轻质氧化镁、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型。
硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
具体实施方式三：
首先，以天然橡胶(重量比)100份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂D1份，防老剂AW2份，防老剂4010NA2份，石蜡3份，半补强碳黑30份，高耐磨碳黑10份，白碳黑5份，促进剂TT0.3份，促进剂CZ1.5份，硫磺2.5份；各种材料比例在一定工艺条件下，在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、白碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型。
硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
具体实施方式四：
首先，以天然橡胶(重量比)100份，氧化锌10份，硬脂酸1份，防老剂D1份，防老剂AW3份，防老剂4010NA2份，石蜡2份，半补强碳黑30份，白碳黑10份，促进剂CZ2份，硫磺2份；各种材料比例在一定工艺条件下，在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、白碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型。
硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
Claims (6)
1.一种用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料，其特征在于：由橡胶基料、防老体系、填料体系和硫化体系组合而成；其具体组成为：橡胶基料可以是天然橡胶或天然橡胶与氯丁橡胶共混材料，其中氯丁橡胶所占重量比为10～20％；防老体系包括防老剂D、防老剂4010NA、防老剂AW、石蜡；填料体系可以为半补强碳黑、高耐磨碳黑和白碳黑中的一种或几种组成；硫化体系包括促进剂M、促进剂TT、促进剂CZ、促进剂NA-22和硫磺、氧化锌、轻质氧化镁、硬脂酸；材料的配方重量比组成为：橡胶基料总量为100份；防老体系总量为4～10份，其中防老剂D 1～2份、防老剂4010NA 1～3份、防老剂AW 1～3份、石蜡1～3份；填料体系总量为40-80份，其中半补强碳黑或高耐磨碳黑或二者的混合物30-70份、白碳黑3～20份；硫化体系可采用：促进剂M 0.5～1份、促进剂TT 1.5～3份、硫磺0.5～1.5份；
其中：硫化体系还可以采用促进剂TT 0.15～0.3份、促进剂CZ 1～2份、硫磺1.2～2.5份；
其中：硫化体系还可以采用促进剂M 0.5～1份、促进剂TT 1.5～3份、硫磺0.5～1.5份、促进剂NA-22；氧化锌3～10份、轻质氧化镁5～10份，硬脂酸1～3份。
2.一种用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料的制备方法，其特征在于：采用上述材料组份组量，首先在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、白碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、轻质氧化镁、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型；硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
3.如权利要求1或2所述的用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料及其制备方法，其特征在于：以天然橡胶重量比100份，氧化锌3份，硬脂酸2份，防老剂D 2份，防老剂AW 3份，防老剂4010NA 3份，石蜡2份，半补强碳黑70份，促进剂M0.5份，促进剂TT 2份，硫磺1份；各种材料比例在一定工艺条件下，在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型；
硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
4.如权利要求1或2所述的用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料及其制备方法，其特征在于：以天然橡胶(重量比)80份，氯丁橡胶20份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂D 1份，防老剂AW 1份，防老剂4010NA 2份，石蜡1份，半补强碳黑40份，高耐磨碳黑10份，白碳黑10份，促进剂M 0.5份，促进剂TT 2份，硫磺0.5份，促进剂NA-22 1份，轻质氧化镁10份；各种材料比例在一定工艺条件下，在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、白碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、轻质氧化镁、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型；
硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
5.如权利要求1或2所述的用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料及其制备方法，其特征在于：以天然橡胶(重量比)100份，氧化锌5份，硬脂酸2份，防老剂D 1份，防老剂AW 2份，防老剂4010NA 2份，石蜡3份，半补强碳黑30份，高耐磨碳黑10份，白碳黑5份，促进剂TT 0.3份，促进剂CZ 1.5份，硫磺2.5份；各种材料比例在一定工艺条件下，在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、白碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型；
硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
6.如权利要求1或2所述的用于弹性隔振元件的抗老化橡胶材料及其制备方法，其特征在于：首先，以天然橡胶(重量比)100份，氧化锌10份，硬脂酸1份，防老剂D 1份，防老剂AW 3份，防老剂4010NA 2份，石蜡2份，半补强碳黑30份，白碳黑10份，促进剂CZ 2份，硫磺2份；各种材料比例在一定工艺条件下，在炼胶机上进行生胶塑炼，辊距控制在1mm以下，待生胶包辊后，打打三角包或打卷进行翻炼，直至胶片表面比较光滑，无较大颗粒、孔洞，整个过程通冷却水，塑炼后停放4小时以上方可进行混炼；混炼加料顺序为：加入经塑炼后的生胶，包辊后依次加入约一半碳黑、白碳黑、防老剂、石蜡；然后逐渐加入促进剂、氧化锌、硬脂酸，再逐渐加入剩余碳黑；料吃完后最后加入硫磺，调整辊距至1-2mm，薄通6-7次，并打三角包或打卷进行翻炼，然后放大辊距下片；混炼胶停放24小时以上，采用模压或注压硫化成型；
硫化工艺参数为：温度：135℃～150℃，压力：12MPa～20MPa，时间：20min～60min。
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