CN102618038B

CN102618038B - 一种铁路轨道减震用弹性垫板及其制作方法

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Publication number: CN102618038B
Application number: CN2012100860850A
Authority: CN
Inventors: 魏荣梅; 陈兵勇; 王炜; 王凡; 马国富
Original assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Current assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: CN102618038A

Abstract

本发明涉及一种铁路轨道减震用弹性垫板及其制作方法。本发明所述弹性垫板由下述原材料按质量份计组成：硅橡胶100份、补强剂25～70份、结构控制剂1～6份、硫化剂0.5～3份。本发明选用具有优异弹性的硅橡胶作为主体材料，通过混炼、硫化成型等加工工艺，制备了一种具有优异疲劳性能和较低静态刚度的橡胶垫板，本发明具备如下性能：1.高弹性、低静态刚度。2.优异的疲劳性能(按“客运专线扣件系统暂行技术条件”规定，通过了300万次疲劳试验)。3.具备良好的耐油性、耐天候老化性和绝缘性能，起到了良好的减震、缓冲作用，提高了高速列车乘坐舒适性和安全性。

Description

一种铁路轨道减震用弹性垫板及其制作方法

技术领域

本发明属于橡胶减震制品技术领域，尤其涉及一种铁路轨道减震用弹性垫板及其制作方法。

背景技术

我国正在进行大规模的客运专线及高速铁路建设，到2020年将建成客运专线1万多公里，形成“四横四纵”的客运专线骨架，建成环渤海海圈、长三角和珠三角地区的高速铁路2000多公里。随着人们对列车行驶速度要求的不断提高，如何解决车辆行驶过程中引起的震动和冲击成为一个非常关键的问题。

为了减小震动、降低噪音，新型扣件系统在铁垫板下设计了弹性垫板，是高速铁路扣件系统中的关键弹性元件，对整个扣件系统的刚度、疲劳性能以及综合性能起决定性作用。

普通弹性垫板一般都执行铁道部TB/2625-1995，该标准规定了垫板的物理机械性能和静态刚度，而对垫板的疲劳性能未作具体要求。其中，橡胶材料的拉伸强度要求不小于12.5Mpa（测试标准按GB528）。因此，长期以来，人们一般选用天然橡胶、丁苯橡胶和三元乙丙等具有较高强度的橡胶作为主体材料，以满足垫板材料强度要求，而忽视了垫板疲劳性能研究。因而弹性垫板在使用过程中普遍存在使用寿命短、维修频次高以及维修费用大的问题。

硅橡胶分子主链由硅原子和氧原子交替组成硅氧键，硅氧键键能比一般橡胶碳-碳结合键能大得多，硅氧键成螺旋形构型，分子链柔性大（比碳-碳键或硅-碳键大），这些结构特征使它的硫化胶柔软而富有优异的弹性。当温度改变时，分子之间的作用力改变很小，所以它的各种性能，尤其是弹性变化很小，而一般橡胶的弹性变化大是由于温度降低后分子间作用力大为增强的缘故。此外，硅橡胶还具有优异的耐油、耐高低温、耐老化及绝缘性能。硅橡胶的缺点是机械性能比较差，尤其是拉伸强度低，普通硅橡胶断裂拉伸强度一般为（3～6）Mpa。因此，长期以来，人们不选择硅橡胶作为弹性垫板的主体材料。

在铁道科学研究院2006年248号文件“客运专线扣件系统暂行技术条件”中明确规定了最高速度350km/h客运专线及250km/h客运专线（兼顾货运）用扣件系统的技术要求，该标准规定扣件系统静刚度、300万次的动态疲劳试验后扣件系统静态刚度的变化、扣压力的变化和轨距的变化为扣件系统关键技术指标，对垫板材料的机械性能如拉伸强度未作具体要求。该技术条件参照了EN、BS以及JIS等有关标准，并结合我国高速铁路的前期科研成果及工程实践，使性能指标、试验方法等方面的技术要求与国际接轨并满足客运专线的要求。弹性垫层作为扣件系统中主要的弹性元件，对以上性能起决定性作用。此外，对弹性垫板还有压缩永久变形、耐油性能、耐候性能、耐老化性能和电绝缘性能等技术要求。

目前以聚氨酯弹性体和橡胶（天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶）为主体材料制作的高速铁路用弹性垫层均未能很好地满足“客运专线扣件系统暂行技术条件” 中规定的系统静刚度变化率和300万次的动态疲劳等关键性能指标。

在中国发明专利公开说明书CN102153854A中公开了采用热塑性聚氨酯发泡制得的垫板，提高了垫板的耐水解性、耐低温性和耐老化性，但对疲劳性能和刚度未作考量。

在中国发明专利公开说明书CN101058629A中，以聚氨酯发泡制作的垫板具有压缩特性低、机械强度高和吸水率低等特点，但疲劳性能的测试在50mm×50mm×10mm的试验片上施加1000万次（9±6）KN的震动，不符合“客运专线扣件系统暂行技术条件”中疲劳性能的测试标准。

中国发明专利公开说明书CN101942786A中采用聚氨酯微孔发泡聚氨酯制作的垫板具有较低的动静刚度比，但垫板300万次疲劳试验采用WJ8铁垫板下弹性垫板技术条件附录C，仅要求疲劳试验后垫板尺寸率变化小于30%不符合“客运专线扣件系统暂行技术条件”中疲劳性能的测试标准。

中国发明专利公开说明书CN101831118A采用氯化聚乙烯制作垫板，提高了耐候性和耐老化性能，对疲劳性能和刚度未作考量。

中国发明专利公开说明书CN101220184A采用三元乙丙橡胶为主体材料制作垫板具有较小的压缩永久变形，但静态刚度和疲劳性能均按Q/71309802-8测试，尤其是疲劳性能仅要求试验后外观无撕裂、剥落，达不到“客运专线扣件系统暂行技术条件”中疲劳性能的测试标准。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种具有优异疲劳性能和较低静态刚度，耐油、耐候性、压缩永久变形和电绝缘性能均达到高速铁路弹性垫板技术要求的铁路轨道减震用弹性垫板。

本发明的另一目的在于提供一种上述铁路轨道减震用弹性垫板的制作方法。

本发明的技术方案是，一种铁路轨道减震用弹性垫板，其主体材料为硅橡胶。

所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种。

所述的硅橡胶优选为甲基乙烯基硅橡胶。

本发明由如下以质量份计的原料组成：

硅橡胶：100份；

补强剂：25～70份；

结构控制剂：1～6份；

硫化剂：0.5～3份。

本发明以质量份计的原料组成优选为：

硅橡胶：100份；

补强剂：30～55份；

结构控制剂：2～5份；

硫化剂：1～2份。

所述的补强剂为气相白炭黑和沉淀白炭黑中的一种或几种。所述的补强剂优选为气相白炭黑。

所述的结构控制剂为二苯基硅二醇或羟基硅油或甲基苯基二乙氧基硅烷或四甲基乙撑二氧二甲基硅烷或硅氮烷。

所述的硫化剂为有机过氧化物类，如过氧化苯甲酰（简称BP）、2，4-二氯过氧化苯甲酰（简称DCBP）、过苯甲酸叔丁酯（简称TBPB）、过氧化二叔丁基（简称DTBP）、过氧化二异丙苯（简称DCP）、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷（简称DBPMH或双2，5）。

本发明的制作方法包括如下步骤：

(1)配料：按所述原料配方进行配料。

(2)密炼机混炼：将密炼室温度设定为90℃，先加入硅橡胶、结构控制剂，密炼(3～4)min，接着加入投料量一半的补强剂，密炼(9～10) min，再加入另一半补强剂，加压密炼(9～10) min，出料，获得混炼胶。

(3)开炼机混炼：将开炼机辊距调至(0.5～1)mm，将混炼胶薄通2遍，调整辊距至(3～5)mm，下片。

(4)混炼胶热处理：将混炼胶放置在(180～190)℃烘箱，热处理1h。（此步骤视结构控制种类确定是否需要该步骤，使用液体结构控制剂如羟基硅油时，其混炼胶不需热处理。）

(5)加硫化剂：将混炼胶放置冷却，温度降至（50～55）℃后，投入开炼机，包辊后加硫化剂，待硫化剂完全混入后，调整辊距至（0.5～1）mm，薄通3遍，再调整辊距至（3～5）mm，下片。

(6)混炼胶返炼:混炼胶放置至少24h后备用，使用前将辊距调至（3～5）mm，翻炼3遍。

(7)硫化：将混炼胶装入模具，加压硫化，硫化压力（15～20）Mpa，硫化温度：（150～160）℃，硫化时间35min。

本发明具有如下优点：1. 在铁道科学研究院2006年248号文件“客运专线扣件系统暂行技术条件” 中，引用了“EN13146-4铁路扣件系统重复加载的影响”，该标准明确规定了扣件系统疲劳性能的测试方法与技术指标，按该标准要求，本发明的弹性垫板组装成扣件系统后，通过了300万次动态疲劳试验，具备优异的疲劳性能和较低静态刚度，且压缩永久变形和电绝缘性能均达到高速铁路弹性垫板技术要求，提高了弹性垫板的使用寿命，降低了线路维护检修频次，节省了维护费用；2. 适用于有砟轨道和无砟轨道，提高了轨道弹性，降低了轨道的震动与冲击，起到了良好的减震、缓冲作用，提高了高速列车乘坐舒适性和安全性。3. 本发明的弹性垫板具备良好的耐油性、耐候性和绝缘性能，各项性能指标达到高速铁路弹性垫板技术要求。4. 本发明的弹性垫板选用的主体材料货源充足，价格合理，降低了成本。5. 本发明的制作工艺易于控制，产品性能稳定。

附图说明

图1是本发明的铁路轨道减震用弹性垫板组装成扣件系统后进行疲劳试验的加载模型图。

具体实施方式

图1中，是按照铁道科学研究院2006年248号文件 “客运专线扣件系统暂行技术条件” 中的标准，对本发明的铁路轨道减震用弹性垫板组装成扣件系统后进行疲劳试验的加载模型，该加载模型与加载参数完全按照铁道科学研究院2006年248号文件“客运专线扣件系统暂行技术条件”中的规定执行。

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明，下述实施例中的配方各组分单位均为质量份。

实施例1

甲基乙烯基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑2#：25份；结构控制剂二苯基硅二醇：1份；硫化剂过氧化二异丙苯（DCP）：1份。

制作工艺如下：

(1)配料：按所述原料配方进行配料。

(2)密炼机混炼：将密炼室温度设定为90℃，先加入生胶、结构控制剂，密炼(3～4)min，接着加入一半的补强剂，加压密炼(9～10) min，再加入另一半补强剂，加压密炼(9～10) min，出料，获得混炼胶。

(4)混炼胶热处理：将混炼胶放置在(180～190)℃烘箱，热处理1h。（视结构控制种类确定是否需要该步骤，使用液体结构控制剂如羟基硅油时，其混炼胶不需热处理。）

(5)加硫化剂：将热处理后的混炼胶放置冷却，温度降至（50～55）℃后，投入开炼机，包辊后加硫化剂，待硫化剂完全混入后，调整辊距至（0.5～1）mm，薄通3遍，再调整辊距至（3～5）mm，下片。

实施例2

甲基乙烯基苯基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑4#：30份；结构控制剂二苯基硅二醇：2.5份；硫化剂2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷（双2，5）：0.5份。制作工艺如同实施例1 。

实施例3

甲基乙烯基苯基硅橡胶：100份；补强剂沉淀白炭黑：35份；结构控制剂羟基硅油：3份；硫化剂过氧化苯甲酰（简称BP）：1.5份。

制作工艺如下：

(1)配料：按所述原料配方进行配料。

(2)密炼机混炼：将密炼室温度设定为90℃，先加入生胶、结构控制剂，密炼(3～4)min，接着加入一半的补强剂,加压密炼(9～10) min，再加入另一半补强剂，加压密炼(9～10) min，出料，获得混炼胶。

(4)加硫化剂：将热处理后的混炼胶放置冷却，温度降至（50～55）℃后，投入开炼机，包辊后加硫化剂，待硫化剂完全混入后，调整辊距至（0.5～1）mm，薄通3遍，再调整辊距至（3～5）mm，下片。

(5)混炼胶返炼:混炼胶放置至少24h后备用，使用前将辊距调至（3～5）mm，翻炼3遍。

(6)硫化：将混炼胶装入模具，加压硫化，硫化压力（15～20）Mpa，硫化温度：（150～160）℃，硫化时间35min。

制作工艺与实施例1的唯一区别在于，因结构控制剂羟基硅油为液体，不需对混炼胶进行热处理就能发挥很好的结构控制作用，省去了“混炼胶热处理”步骤。

实施例4

甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑4#：40份；结构控制剂甲基苯基二乙氧基硅烷：4份；硫化剂2，4-二氯过氧化苯甲酰（简称DCBP）：2份。制作工艺如同实施例1 。

实施例5

甲基乙烯基硅橡胶：100份；补强剂沉淀白炭黑：48份；结构控制剂四甲基乙撑二氧二甲基硅烷5份；硫化剂过苯甲酸叔丁酯（简称TBPB）：2份。制作工艺如同实施例1。

实施例6

甲基乙烯基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑4#：50份；结构控制剂四甲基乙撑二氧二甲基硅烷：5份；硫化剂过过氧化二叔丁基（简称DTBP）：2份；制作工艺如同实施例1 。

实施例7

甲基乙烯基苯基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑2#：45份、气相白炭黑4#：25份；结构控制剂硅氮烷：2.5份；硫化剂过氧化二异丙苯（简称DCP）：3份。制作工艺如同实施例1 。

实施例8

甲基乙烯基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑4#：60份；结构控制剂二苯基硅二醇：6份；硫化剂过氧化二异丙苯（简称DCP）：2.5份。制作工艺如同实施例1 。

实施例9

甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑4#：25份、沉淀白炭黑：15份；结构控制剂二苯基硅二醇：3.5份；硫化剂过氧化苯甲酰（简称BP）：2份。制作工艺如同实施例1 。

实施例10

甲基乙烯基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑4#：35份、气相白炭黑2#：35份；结构控制剂二苯基硅二醇6份；硫化剂过氧化苯甲酰（简称BP）：3份。制作工艺如同实施例1 。

实施例11

甲基乙烯苯基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑2#：60份；结构控制剂羟基硅油：5份；硫化剂2，4-二氯过氧化苯甲酰（简称DCBP）：2.5份。制作工艺如同实施例3 。

实施例12

甲基乙烯基三氟丙基橡胶：100份；补强剂气相白炭黑4#：70份；结构控制剂二苯基硅二醇5份；硫化剂过氧化二异丙苯（简称DCP）：2份。制作工艺如同实施例1 。

实施例13

甲基乙烯基硅橡胶：100份；补强剂气相白炭黑2#：70份；结构控制剂硅氮烷：5份；硫化剂过氧化二异丙苯（简称DCP）：2份。制作工艺如同实施例1 。

实施例14

甲基乙烯基硅橡胶：100份；补强剂沉淀白炭黑：30份、气相白炭黑2#：35份；结构控制剂二苯基硅二醇：6份；硫化剂2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷（简称双2，5）：3份。制作工艺如同实施例1 。

本发明的弹性垫板材料性能指标及测试标准列于表1，各实施例实测值列于表2。

表1弹性垫板材料性能指标

表2 弹性垫板材料性能实测值表

Figure 2012100860850100002DEST_PATH_IMAGE003

在铁道科学研究院2006年248号文件“客运专线扣件系统暂行技术条件” 中，引用了“EN13146-4铁路扣件系统重复加载的影响”，严格按该标准规定，对弹性垫板组装成扣件系统后进行了疲劳性能的测试。在加力架顶部施加试验荷载最大值2Pv=126kN , 经加力架传递 , 施加于左、右矮轨的水平力为L , 施加于左、右矮轨的垂向力为V。试验荷载最小值为10kN。加力架斜腿与垂直轴夹角=26°。加载频率4Hz，加载波形为正弦波，加载次数为300万次。附图1为本次疲劳试验的加载模型，疲劳试验后要求：

a:部件无损坏或严重变形

b:轨距扩大值不大于6mm。

c:扣件系统垂直静刚度变化率≤25%。

d:弹条扣压力变化率≤20%。

e:钢轨纵向阻力变化率≤20%。

表3各实施例疲劳试验后测试结果

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改性，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种铁路轨道减震用弹性垫板，其特征在于：该弹性垫板的主体材料为硅橡胶，所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶中的一种或几种，所述弹性垫板由如下以质量份计的原料组成：

硅橡胶：100份；

补强剂：25～70份；

结构控制剂：1～6份；

硫化剂：0.5～3份；

所述的结构控制剂为二苯基硅二醇或羟基硅油或甲基苯基二乙氧基硅烷或四甲基乙撑二氧二甲基硅烷或硅氮烷；

所述的硫化剂为有机过氧化物类。

2.如权利要求1所述的一种铁路轨道减震用弹性垫板，其特征在于以质量份计的原料组成为：

硅橡胶：100份；

补强剂：30～55份；

结构控制剂：2～5份；

硫化剂：1～2份。

3.如权利要求1或2所述的一种铁路轨道减震用弹性垫板，其特征在于：所述的补强剂为气相白炭黑和沉淀白炭黑中的一种或几种。

4.如权利要求1所述的一种铁路轨道减震用弹性垫板，其特征在于：所述的硫化剂为过氧化苯甲酰、2，4-二氯过氧化苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷。

5.一种权利要求1所述的铁路轨道减震用弹性垫板的制作方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)配料：按所述原料配方进行配料；

(2)密炼机混炼：将密炼室温度设定为90℃，先加入硅橡胶、结构控制剂，密炼3～4min，接着加入投料量一半的补强剂，密炼9～10 min，再加入另一半补强剂，密炼9～10min，出料，获得混炼胶；

(3)开炼机混炼：将开炼机辊距调至0.5～1mm，将混炼胶薄通2遍，调整辊距至3～5mm，下片；

(4)加硫化剂：将混炼胶放置冷却，温度降至50～55℃后，投入开炼机，包辊后加硫化剂，待硫化剂完全混入后，调整辊距至0.5～1mm，薄通3遍，再调整辊距至3～5mm，下片；

(5)混炼胶返炼:混炼胶放置至少24h后备用，使用前将辊距调至3～5mm，翻炼3遍；

(6)硫化：将混炼胶装入模具，加压硫化，硫化压力15～20MPa，硫化温度：150～160℃，硫化时间：35min。

6.如权利要求5所述的铁路轨道减震用弹性垫板的制作方法，其特征在于，所述工序(3)后，对混炼胶进行热处理：将混炼胶放置在180～190℃烘箱，热处理1h。