CN106220917A - 一种用作高铁导轨垫板的减震材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用作高铁导轨垫板的减震材料，包括以下重量份数的原料：丁腈橡胶100份、天然橡胶20‑40份、酚醛树脂20‑30份、纳米碳酸钙5‑10份、炭黑5‑10份、鳞片石墨4‑7份、云母粉5‑8份、二氧化钛2‑4份、氧化镁3‑6份、氧化锌2‑4份、铝‑锆偶联剂1‑3份、蓖麻油酸酯硫酸钠3‑5份、马来酸酐‑丙烯酸共聚物2‑4份、交联剂0.5‑1.5份和促进剂1‑2份。本发明的配方合理，各组分相容性好，得到的减震材料具有阻尼系数大、回弹力高、减震、耐高温、耐老化、抗蠕变、阻燃性能良好等优点，适用于高铁导轨减震垫板，市场前景极为广阔。

Description

一种用作高铁导轨垫板的减震材料
技术领域
本发明涉及减震材料技术领域，具体是一种用作高铁导轨垫板的减震材料及制备方法。
背景技术
随着现代工业的飞速发展，震动和噪音已经成为各个领域的严重问题，它将会降低操作精度、影响产品质量、缩短产品寿命、使得高精仪器不能正常工作、危及安全性、使设备或构建物早期破坏、污染环境及影响人身健康等。因此，研究如何吸收、消减震动与噪音已成为当今的研究方向。目前应用最广泛、最有效的减震方法是使用各种减震制品，尤其是橡胶减震制品，它能有效地隔离震动和激发源，还可以缓和震动体的震动，因此被广泛应用机动车辆、铁路、家居、桥梁、运动防护装备等领域。
随着我国高速铁路的快速发展，高铁运营里程不断增加。高铁具有速度快、运量大、节能舒适等优点，是解决城市交通问题的最佳选择。但高铁给沿线带来了诸多环境问题，尤其是振动、噪声等问题，严重影响乘客和轨道沿线人们的正常生活。另一方面，噪声和振动还可能引起火车本身设备及周边建筑物的疲劳，缩短使用寿命。因此，在高铁导轨上安装减震垫板是极为必要的。但是现有的减震垫板存在橡胶粘性大、耐油性差、工艺操作困难，产品减震性能、耐老化性能、耐冲击性能以及抗疲劳性能差、成本费用较高等问题。
发明内容
本发明针对现有减震材料存在的问题，提供一种耐老化、力学性能强、抗疲劳性能好、耐磨、成本低廉、制备工艺简单、环保无毒用作高铁导轨垫板的减震材料。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用作高铁导轨垫板的减震材料，包括以下重量份数的原料：
丁腈橡胶100份、天然橡胶20-40份、酚醛树脂20-30份、纳米碳酸钙5-10份、炭黑5-10份、鳞片石墨4-7份、云母粉5-8份、二氧化钛2-4份、氧化镁3-6份、氧化锌2-4份、铝-锆偶联剂1-3份、蓖麻油酸酯硫酸钠3-5份、马来酸酐-丙烯酸共聚物2-4份、交联剂0.5-1.5份和促进剂1-2份。
优选的，以上所述铝-锆偶联剂为甲基丙烯酸铝-锆偶联剂、己二酸铝-锆偶联剂和硬脂酸铝-锆偶联剂中的一种。
优选的，以上所述交联剂为四甘醇二丙烯酸酯。
优选的，以上所述促进剂为二硫化二苯并噻唑锌或二甲基二硫代氨基甲酸锌。
优选的，以上所述减震材料包括抗氧化剂2-3份，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076和抗氧化剂CA中的一种。
优选的，以上所述减震材料还包括烷基酚聚氧化乙烯醚1-3份；烷基酚聚氧化乙烯醚包括壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基聚氧乙烯醚。
优选的，以上所述减震材料还包括有机硅防水剂2-3份。
一种用作高铁导轨垫板的减震材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）搅拌混料：按照上述配方称取各原料，将各原料加入强力分散搅拌机，在温度为130-150℃、真空度为 0.08-0.10Mpa、转速为300-500rpm下搅拌20-30min，得到混合原料；
（2）热压成型：将上述混合原料加入模具腔中，在温度为150-170℃、压力为12-18MPa下热压成型3-5min，得粗制品；
（3）微波热处理：将步骤（2）得到的粗制品放入微波加热装置在温度为140-180℃下进行固化热处理，冷却至室温，即得用作高铁导轨垫板的减震材料。
优选的，以上所述固化热处理是分别在140℃、160℃和180℃下保温1h、1.5h和2h。
优选的，以上所述步骤（3）的升温速率为3-5℃/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的配方是以耐油性高、气密性好、耐热、耐老化的丁腈橡胶和配合回弹性、绝缘性、防水、可塑性能优良的天然橡胶作为主要原料，再加入纳米碳酸钙、炭黑、鳞片石墨、云母粉等辅料，本配方合理，各组分相容性好，制备的减震材料具有阻尼系数大、回弹力高、减震、耐高温、耐老化、抗蠕变、阻燃性能良好等优点，适用于高铁导轨减震垫板，市场前景极为广阔。
2、本发明的配方以鳞片石墨作为填充材料，能够减少减震材料的磨损和降低噪音，同时能够提高材料的阻尼系数。
3、本发明配方加入矿物纤维作为填充材料，不仅可以提高减震材料的力学性能，还能提高材料的耐磨性能。
4、本发明的配方加入铝-锆偶联剂，不仅可以改善体系的分散性及降低体系黏度，提高填料与橡胶的结合力，提高减震材料的力学性能，同时还具有优异的耐老化性能。
5、本发明的配方还加入马来酸酐-丙烯酸共聚物，使得各组分相容性更好，能保证减震材料具有良好的加工性能及力学性能，同时还能提高材料的抗蠕变性。
6、本发明的配方加入烷基酚聚氧化乙烯醚，不仅能提高减震材料的加工性能，还能提高材料的耐老化性能。
7、本发明的制备方法采用强力分散搅拌机进行混料，不仅成本低、生产效率高、耗能低，还能使各组分混合更加均匀，橡胶与其他组分的界面结合更加紧密，进而提高了减震材料的力学性能。
8、本发明制得的减震材料具有优良的性能，其中减震材料的硬度为65-75IRHD、拉伸强度为20-30MPa、断裂拉伸率为350-450%、阻尼系数为1.05-1.25、回弹率为9-11%和热空气老化是100℃、72h下拉伸强度为15-18MPa。
9、本制备方法采用微波热处理具有节能、生产效率高、加热均匀、易实现自动化控制等优点，且在不同的温度区间进行保温，减少橡胶减震材料因热膨胀产生的裂纹。
10、本发明还具有原料来源广泛、成本低廉、制备工艺简单、生产效率高等优点，容易实现工业化生产。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进一步说明，但不限于本发明的保护范围。
实施例1
一种用作高铁导轨垫板的减震材料，由以下重量份数的原料：丁腈橡胶100份、天然橡胶30份、酚醛树脂20份、纳米碳酸钙8份、炭黑5份、鳞片石墨4份、云母粉5份、二氧化钛2份、氧化镁4份、氧化锌2份、硬脂酸铝-锆偶联剂2份、蓖麻油酸酯硫酸钠3份、马来酸酐-丙烯酸共聚物2份、四甘醇二丙烯酸酯交联剂0.5份和二硫化二苯并噻唑锌促进剂1份。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）搅拌混料：按照上述配方称取各原料，将各原料加入强力分散搅拌机，在温度为130℃、真空度为 0.10Mpa、转速为300rpm下搅拌30min，得到混合原料；
（2）热压成型：将上述混合原料加入模具腔中，在温度为160℃、压力为12MPa下热压成型5min，得粗制品；
（3）微波热处理：将步骤（2）得到的粗制品放入微波加热装置，分别在140℃、160℃和180℃下保温1h、1.5h和2h进行固化热处理，冷却至室温，即得用作高铁导轨垫板的减震材料。
实施例2
一种用作高铁导轨垫板的减震材料，由以下重量份数的原料：丁腈橡胶100份、天然橡胶40份、酚醛树脂25份、纳米碳酸钙5份、炭黑8份、鳞片石墨6份、云母粉7份、二氧化钛3份、氧化镁5份、氧化锌3份、甲基丙烯酸铝-锆偶联剂1份、蓖麻油酸酯硫酸钠4份、马来酸酐-丙烯酸共聚物3份、四甘醇二丙烯酸酯交联剂1份、1010抗氧化剂1份、壬基酚聚氧乙烯醚1份和二硫化二苯并噻唑锌促进剂1份。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）搅拌混料：按照上述配方称取各原料，将各原料加入强力分散搅拌机，在温度为150℃、真空度为 0.08Mpa、转速为500rpm下搅拌20min，得到混合原料；
（2）热压成型：将上述混合原料加入模具腔中，在温度为150℃、压力为18MPa下热压成型3min，得粗制品；
（3）微波热处理：将步骤（2）得到的粗制品放入微波加热装置，分别在140℃、160℃和180℃下保温1h、1.5h和2h进行固化热处理，冷却至室温，即得用作高铁导轨垫板的减震材料。
实施例3
一种用作高铁导轨垫板的减震材料，由以下重量份数的原料：丁腈橡胶100份、天然橡胶20份、酚醛树脂30份、纳米碳酸钙10份、炭黑7份、鳞片石墨7份、云母粉8份、二氧化钛4份、氧化镁5份、氧化锌4份、己二酸铝-锆偶联剂3份、蓖麻油酸酯硫酸钠5份、马来酸酐-丙烯酸共聚物4份、四甘醇二丙烯酸酯交联剂1.5份、1076抗氧化剂1.5份、辛基酚聚氧乙烯醚2份、有机硅防水剂2份和二甲基二硫代氨基甲酸锌促进剂2份。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）搅拌混料：按照上述配方称取各原料，将各原料加入强力分散搅拌机，在温度为140℃、真空度为 0.09Mpa、转速为500rpm下搅拌30min，得到混合原料；
（2）热压成型：将上述混合原料加入模具腔中，在温度为170℃、压力为15MPa下热压成型5min，得粗制品；
（3）微波热处理：将步骤（2）得到的粗制品放入微波加热装置，分别在140℃、160℃和180℃下保温1h、1.5h和2h进行固化热处理，冷却至室温，即得用作高铁导轨垫板的减震材料。
实施例4
一种用作高铁导轨垫板的减震材料，由以下重量份数的原料：丁腈橡胶100份、天然橡胶35份、酚醛树脂25份、纳米碳酸钙7份、炭黑10份、鳞片石墨5份、云母粉6份、二氧化钛3份、氧化镁3份、氧化锌3份、己二酸铝-锆偶联剂2份、蓖麻油酸酯硫酸钠4份、马来酸酐-丙烯酸共聚物3份、四甘醇二丙烯酸酯交联剂1份、十二烷基聚氧乙烯醚3份、有机硅防水剂3份和二甲基二硫代氨基甲酸锌促进剂2份。
其制备方法，包括以下步骤：
（1）搅拌混料：按照上述配方称取各原料，将各原料加入强力分散搅拌机，在温度为140℃、真空度为 0.08Mpa、转速为500rpm下搅拌25min，得到混合原料；
（2）热压成型：将上述混合原料加入模具腔中，在温度为160℃、压力为15MPa下热压成型3min，得粗制品；
（3）微波热处理：将步骤（2）得到的粗制品放入微波加热装置，分别在140℃、160℃和180℃下保温1h、1.5h和2h进行固化热处理，冷却至室温，即得用作高铁导轨垫板的减震材料。
上述实施例1-4 所制得的橡胶减震材料按照行业标准测试性能，测试如下表所示：
样品 硬度（IRHD) 拉伸强度（MPa) 断裂伸长率（%） 阻尼系数 回弹率（%） 100℃、72h下拉伸强度（MPa)
实施例1 69 23.4 392 1.08 11.3 15.9
实施例2 73 29.2 421 1.21 10.1 17.6
实施例3 71 27.7 447 1.18 9.8 16.9
实施例4 73 25.9 409 1.16 11.6 16.7
从上述结果得出，本发明制备的减震材料具有优异的力学和减震性能，市场前景广阔。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种用作高铁导轨垫板的减震材料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
丁腈橡胶100份、天然橡胶20-40份、酚醛树脂20-30份、纳米碳酸钙5-10份、炭黑5-10份、鳞片石墨4-7份、云母粉5-8份、二氧化钛2-4份、氧化镁3-6份、氧化锌2-4份、铝-锆偶联剂1-3份、蓖麻油酸酯硫酸钠3-5份、马来酸酐-丙烯酸共聚物2-4份、交联剂0.5-1.5份和促进剂1-2份。
2.根据权利要求1所述用作高铁导轨垫板的减震材料，其特征在于：所述铝-锆偶联剂为甲基丙烯酸铝-锆偶联剂、己二酸铝-锆偶联剂和硬脂酸铝-锆偶联剂中的一种。
3.根据权利要求1所述用作高铁导轨垫板的减震材料，其特征在于：所述交联剂为四甘醇二丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述用作高铁导轨垫板的减震材料，其特征在于：所述促进剂为二硫化二苯并噻唑锌或二甲基二硫代氨基甲酸锌。
5.根据权利要求1所述用作高铁导轨垫板的减震材料，其特征在于：所述减震材料包括抗氧化剂2-3份，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076和抗氧化剂CA中的一种。
6.根据权利要求1所述用作高铁导轨垫板的减震材料，其特征在于：所述减震材料还包括烷基酚聚氧化乙烯醚1-3份；烷基酚聚氧化乙烯醚包括壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和十二烷基聚氧乙烯醚。
7.根据权利要求1所述用作高铁导轨垫板的减震材料，其特征在于：所述减震材料还包括有机硅防水剂2-3份。
8.如权利要求1所述一种用作高铁导轨垫板的减震材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
搅拌混料：按照权利要求1的配方称取各原料，将各原料加入强力分散搅拌机，在温度为130-150℃、真空度为 0.08-0.10Mpa、转速为300-500rpm下搅拌20-30min，得到混合原料；
热压成型：将上述混合原料加入模具腔中，在温度为150-170℃、压力为12-18MPa下热压成型3-5min，得粗制品；
微波热处理：将步骤（2）得到的粗制品放入微波加热装置在温度为140-180℃下进行固化热处理，冷却至室温，即得用作高铁导轨垫板的减震材料。
9.根据权利要求8所述用作高铁导轨垫板的减震材料的制备方法，其特征在于：所述固化热处理是分别在140℃、160℃和180℃下保温1h、1.5h和2h。
10.根据权利要求8或9所述用作高铁导轨垫板的减震材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）的升温速率为3-5℃/min。
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