CN107033467A

CN107033467A - 混炼胶和有轨电车轨道用微孔橡胶弹性垫板及其制作方法

Info

Publication number: CN107033467A
Application number: CN201611082267.5A
Authority: CN
Inventors: 谭宇; 周明; 王三孟; 黄光�; 黄良平; 王雪飞; 黄自华
Original assignee: Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2017-08-11

Abstract

本发明公开了一种混炼胶和高性能有轨电车用微孔橡胶弹性垫板及其制作方法，有轨电车用微孔橡胶弹性垫板由混炼胶硫化制作而成，混炼胶由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，其配方组成按重量份为：橡胶100份，高性能纤维6‑10份，活性剂4‑7份，补强填料75‑150份，表面改性剂1‑3份，增塑剂10‑35份，防老剂1‑2份，分散剂1‑2份，发泡剂2‑10份，硫化助剂5‑20份。本发明在较低的刚度下，能有效抵抗承载力，加强了垫板的弹性，生产效率高，控制环节少，可大幅度降低生产成本。

Description

混炼胶和有轨电车轨道用微孔橡胶弹性垫板及其制作方法

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆减振技术领域。

背景技术

现代有轨电车在新一轮城市轨道交通发展中，因其具有方便旅客上下车、编组多样、运行灵活、与公交路面资源互补等特点，作为解决大城市的支线交通和中小城市干线交通问题的途径之一已经被广泛接受，与地铁、轻轨相比，现代有轨电车在造价、能耗、使用寿命、建设周期等方面优势都十分明显，因此，现代有轨电车在改变传统有轨电车的缺点之后，非常适应于现代城市低碳、快捷的运输需求。欧洲的荷兰、德国、法国、意大利，美国、日本等都在大力发展有轨电车系统，据不完全统计，目前世界上有600多个国家的240多个城市都在发展现代有轨电车，欧盟27国有轨电车运营里程已经超过9000公里。我国在城镇化和城市远郊化的背景下，现代有轨电车系统必将获得广泛的应用，具有很大的市场前景，作为城市轨道交通体系的重要交通模式，许多城市和地区规划了现代有轨电车系统。中国目前已经在建或规划的现代有轨电车线路已经达到50多条，涉及将近20个城市，至2020年，中国现代有轨电车规划已超过2500公里。

发泡橡胶是指由大量气体分散于硫化橡胶中而形成的一类材料，具有质轻、隔热、吸音、减震等特性，且介电性能优于橡胶基体，用途很广。有轨电车用微孔橡胶垫板（微孔是指在橡胶硫化过程中形成的直径约50-100um的泡孔）是现代有轨电车线路设计和建设中不可或缺的重要部件之一，其可显著降低制品的重量，从而实现减少原料消耗和降低生产成本的目的，同时，孔密度较高、孔径较小的泡孔形态还赋予微孔橡胶垫板很多与未发泡橡胶和传统发泡橡胶所无法比拟的优异性能，如具有较低的动静刚度比、较高的弹性和较长的抗疲劳寿命等。目前国内的橡胶垫板一般都执行TB/T2626-1995标准要求，仅适用于普通铁路，高速铁路经过多年发展，已经形成行业标准，但是有轨电车领域的相关标准并不完善，高速铁路一般要求橡胶垫板的动静刚度比低于1.5，静刚度一般为20-50kN/mm，而有轨电车线路所需橡胶垫板的静刚度一般为14-60 kN/mm，动静刚度比要求低于1.3，静刚度分布范围更广，动静刚度比要求更低，很难达到匹配，因此研究开发难度更大。

现有技术多采用EPDM或者NR配方技术，并采用两段硫化配烘箱烘烤补充硫化技术或者一段硫化技术，前者工序多，流程复杂，控制难度大，成本高，后者硫化时间长，效率低，实现产品的生产过程。现有技术缺点主要是无法同时满足低刚度和低动静比，低静刚度下动静刚度比普遍较大，同时现有技术采用的硫化工艺为两段或者三段硫化，再辅助烘箱烘烤。专利号为 200810024043.8的中国发明公开了一种发泡橡胶减振降噪制品及其生产方法，它是以三元乙丙橡胶和天然橡胶为基体材料，配以填充剂、软化剂、促进剂、发泡剂和硫化剂而制得的发泡制品，其配方质量组成为：(a)三元乙丙橡胶50份；(b)天然橡胶50份；(c)填充剂123～148份；(d)软化剂30～50份；(e)促进剂0.8～3份；(f)发泡剂1.5～3份；(g)硫化剂1～3份。三元乙丙橡胶和天然橡胶经过塑炼后，在65～85℃下加入上述添加剂进行密炼，处理后得到本发明的发泡橡胶减振降噪制品。申请号为200510028414.6的中国发明专利申请公开了一种发泡橡胶减振制品及其生产方法，它是以三元乙丙橡胶为基体材料,添加填充剂、软化剂、硫化体系和发泡体系而制得的发泡材料,其配方质量组成为:(a)三元乙丙橡胶100份;(b)填充剂10-300份;(c)软化剂10-200份,若使用充油型三元乙丙橡胶,其充油份数计量为软化剂;(d)硫化体系1-17份;(e)发泡体系1-15份。采用二步法模压发泡成型方法,首先进行混炼加工,然后在140-180℃的温度下硫化5-20分钟进行一次硫化发泡成型,最后在120-180℃的温度下硫化10-30分钟进行二次硫化定型处理,得到发泡橡胶减振制品。

发明内容

本发明提供一种混炼胶和高性能有轨电车用微孔橡胶弹性垫板及其制作方法，采用该混炼胶和制作方法制作的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板具有更低的动静刚度比和静刚度，能有效承载加载力。

本发明的技术方案是：一种有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，所述有轨电车用微孔橡胶弹性垫板由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，其配方组成按重量份为：橡胶100份，高性能纤维6-10份，活性剂4-7份，补强填料75-150份，表面改性剂1-3份，增塑剂10-35份，防老剂1-2份，分散剂1-2份，发泡剂2-10份，硫化助剂5-20份。

所述橡胶为三元乙丙橡胶，高性能纤维为芳纶纤维。

所述三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和第三单体的共聚物，其中第三单体为乙叉降冰片稀，乙叉降冰片稀在三元乙丙橡胶中的含量≥5.0%（重量百分比）；所述芳纶纤维为以三元乙丙橡胶为载体的芳纶纤维。

所述补强填料由纳米炭黑、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙组成，其中纳米炭黑30-60份（重量份），纳米二氧化硅25-60份（重量份），纳米碳酸钙20-30份（重量份）。

所述活性剂为硬脂酸锌、硬脂酸、氧化锌或尿素；表面改性剂为乙烯基硅烷偶联剂；增塑剂为优选石蜡油或油膏；防老剂为4010NA或MB；分散剂为WB212；发泡剂为发泡剂H、发泡剂AC或发泡剂OBSH。

所述硫化助剂由硫化剂和促进剂组成；硫化剂为硫磺，促进剂为促进剂DM、TMTD和BZ中的一种或两种以上的混合物。

有轨电车用微孔橡胶弹性垫板的制作方法，包括以下步骤：

（1）将芳纶纤维在开炼机中博通五遍，然后将三元乙丙橡胶、芳纶纤维、防老剂、分散剂、补强填料、表面改性剂一起加入到开炼机或密炼机中混合，混炼成EPDM母胶，温度为130-140℃；

（2）取出EPDM母胶，待EPDM母胶冷却至室温后重新投入开炼机或密炼机中，并加入活性剂、增塑剂、发泡剂、硫化助剂，在室温下开练或密炼，混合均匀后得到混炼胶；

（3）将混炼胶装入模具中，在平板硫化机中预硫化成橡胶垫板雏形；

（4）取出橡胶垫板雏形放入160℃烘箱中硫化2h，取出冷却至室温即得到有轨电车用微孔橡胶弹性垫板。

在步骤（1）中，密炼机转子转速为30-100r/min，混合时间为5-25min；步骤（3）中，预硫化温度为150℃，压力为20MPa，时间为15min。

一种混炼胶，所述混炼胶由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，其配方按重量份为：橡胶100份，高性能纤维6-10份，活性剂4-7份，补强填料75-150份，表面改性剂1-3份，增塑剂10-35份，防老剂1-2份，分散剂1-2份，发泡剂2-10份，硫化助剂5-20份；所述橡胶为三元乙丙橡胶，高性能纤维为芳纶纤维。所述三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和第三单体的共聚物，其中第三单体为乙叉降冰片稀，乙叉降冰片稀在三元乙丙橡胶中的含量≥5.0%（重量百分比）；所述芳纶纤维为以三元乙丙橡胶为载体的芳纶纤维。

本发明采用橡胶纤维复合材料和微孔发泡工艺制得有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，通过在三元乙丙橡胶中添加纤维增强材料，增加泡孔壁的强度，即使在较低的刚度下，也能有效抵抗承载力，加强了垫板的弹性，通过辅助纳米填料，通过硫化剂、发泡剂等配合调节硫化和发泡速率，得到泡孔细小均匀、刚度合适的微孔橡胶材料。本发明采用一段硫化配烘箱烘烤技术，生产效率高，控制环节少，可大幅度降低生产成本。采用本发明中方法制备的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板具有高强度的特点，提高了垫板的弹性和疲劳性能，具有快速回弹性能，具有更低的动静刚度比和静刚度，能有效承载加载力，具有非常高的推广价值。

具体实施方式

一种有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，由混炼胶硫化制作而成，混炼胶由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，混炼胶的配方组成（即有轨电车用微孔橡胶弹性垫板的配方组成）按重量份为：橡胶100份，高性能纤维6-10份，活性剂4-7份，补强填料75-150份，表面改性剂1-3份，增塑剂10-35份，防老剂1-2份，分散剂1-2份，发泡剂2-10份，硫化助剂5-20份。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的橡胶为三元乙丙橡胶（EPDM），并且所述的三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和第三单体的共聚物，其中第三单体是乙叉降冰片稀（ENB），优选ENB含量≥5.0%（在三元乙丙橡胶中的重量百分比）。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的高性能纤维为芳纶纤维，优选以三元乙丙橡胶为载体的23%含量（重量百分比）的芳纶纤维。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的补强填料由纳米炭黑、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙组成。其中纳米炭黑30-60份，纳米二氧化硅25-60份，纳米碳酸钙20-30份，均为重量份。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的表面改性剂为乙烯基硅烷偶联剂。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的发泡剂为发泡剂H、发泡剂AC或发泡剂OBSH, 优选发泡剂OBSH。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的助发泡剂（活性剂）为硬脂酸锌、硬脂酸、氧化锌、尿素等各种品种和规格的助发泡剂。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的硫化助剂由硫化剂和促进剂组成；硫化剂为硫磺，促进剂是促进剂DM、TMTD和BZ中的一种或两种以上的混合物。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的防老剂为4010NA或MB。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的增塑剂包括橡胶配合常用品种和用量，优选石蜡油或油膏。

本发明有轨电车用微孔橡胶弹性垫板中的分散剂包括橡胶配合常用品种和用量，优选WB212。

实施例一：

有轨电车用微孔橡胶弹性垫板由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，其配方组成按重量份为：橡胶100份，高性能纤维6份，活性剂4份，补强填料75份，表面改性剂1份，增塑剂10份，防老剂1份，分散剂1份，发泡剂2份，硫化助剂5份。有轨电车用微孔橡胶弹性垫板制备包括以下步骤和工艺条件：

（1）取三元乙丙橡胶（EPDM）100份、纤维材料（芳纶纤维）6份、防老剂1份、分散剂1份、补强填料75份，表面改性剂1份、(均为重量份,下同)；将纤维材料在开炼机中博通五遍，然后将EPDM、纤维材料、表面改性剂、防老剂、分散剂、补强填料一起加入到开炼机或密炼机中混合，混炼成EPDM母胶，其中密炼机温度为130-140℃（优选135℃），密炼机转子转速为30-100r/min（优选65 r/min），混合时间为5-25min（优选15 min）；

（2）取出EPDM母胶，待EPDM母胶冷却至室温后重新投入开炼机或密炼机中，并加入活性剂4份、增塑剂10份、发泡剂2份、硫化助剂5份，在室温下常规开练或密炼，混合均匀后得到混炼胶；

（3）将混炼胶装入模具中，在平板硫化机中预硫化成橡胶垫板雏形，温度为150℃，压力为20MPa，时间为15min；

（4）取出预硫化后的橡胶垫板雏形放入160℃烘箱中硫化2h，取出冷却至室温即可得到高性能有轨电车用微孔橡胶弹性垫板。

实施例二：

有轨电车用微孔橡胶弹性垫板由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，其配方组成按重量份为：橡胶100份，高性能纤维8份，活性剂5.5份，补强填料112份，表面改性剂2份，增塑剂22份，防老剂1.5份，分散剂1.5份，发泡剂6份，硫化助剂12份。有轨电车用微孔橡胶弹性垫板制备包括以下步骤和工艺条件：

（1）取三元乙丙橡胶（EPDM）100份、纤维材料（芳纶纤维）8份、防老剂1.5份、分散剂1.5份、补强填料112份，表面改性剂2份、均为重量份；将纤维材料在开炼机中博通五遍，然后将EPDM、纤维材料、表面改性剂、防老剂、分散剂、补强填料一起加入到开炼机或密炼机中混合，混炼成EPDM母胶，其中密炼机温度为130-140℃（优选135℃），密炼机转子转速为30-100r/min（优选65 r/min），混合时间为5-25min（优选15 min）；

（2）取出EPDM母胶，待EPDM母胶冷却至室温后重新投入开炼机或密炼机中，并加入活性剂5.5份、增塑剂22份、发泡剂6份、硫化助剂12份，在室温下常规开练或密炼，混合均匀后得到混炼胶；

实施例三：

有轨电车用微孔橡胶弹性垫板由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，其配方组成按重量份为：橡胶100份，高性能纤维10份，活性剂7份，补强填料150份，表面改性剂3份，增塑剂35份，防老剂2份，分散剂2份，发泡剂10份，硫化助剂20份。有轨电车用微孔橡胶弹性垫板制备包括以下步骤和工艺条件：

（1）取三元乙丙橡胶（EPDM）100份、纤维材料（芳纶纤维）10份、防老剂2份、分散剂2份、补强填料150份、表面改性剂3份，均为重量份；将纤维材料在开炼机中博通五遍，然后将EPDM、纤维材料、表面改性剂、防老剂、分散剂、补强填料一起加入到开炼机或密炼机中混合，混炼成EPDM母胶，其中密炼机温度为130-140℃（优选135℃），密炼机转子转速为30-100r/min（优选65 r/min），混合时间为5-25min（优选15 min）；

（2）取出EPDM母胶，待EPDM母胶冷却至室温后重新投入开炼机或密炼机中，并加入活性剂7份、增塑剂35份、发泡剂10份、硫化助剂20份，在室温下常规开练或密炼，混合均匀后得到混炼胶；

橡胶是一种具有可逆行形变的高弹性聚合物材料，弹性垫板是主要用于车辆减振用的高性能的复合材料制品。与现有技术相比，现有技术主要是无法同时满足低刚度和低动静比，低静刚度下动静刚度比普遍较大，现有技术采用EPDM或者NR配方技术，硫化工艺采用两段硫化配烘箱烘烤补充硫化技术或者三段硫化再辅助烘箱烘烤或者一段硫化技术，前二者工序多，流程复杂，控制难度大，容易出错，稍有问题导致产品报废，而且工序繁多导致成本高，废品率偏高，一段法硫化时间长，生产效率低，成本偏高。本发明硫化工艺仅一段硫化辅助烘箱烘烤，大幅度提高效率和降低成本。本发明利用纤维增强复合材料生产微孔复合材料橡胶垫板，可有效承载加载力，抗疲劳性能更好，在较低的静刚度情况下，能够快速回复，提供更低的动静刚度比性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，其特征是，所述有轨电车用微孔橡胶弹性垫板由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，其配方组成按重量份为：橡胶100份，高性能纤维6-10份，活性剂4-7份，补强填料75-150份，表面改性剂1-3份，增塑剂10-35份，防老剂1-2份，分散剂1-2份，发泡剂2-10份，硫化助剂5-20份。

2.根据权利要求1所述的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，其特征是，所述橡胶为三元乙丙橡胶，高性能纤维为芳纶纤维。

3.根据权利要求2所述的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，其特征是，所述三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和第三单体的共聚物，其中第三单体为乙叉降冰片稀，乙叉降冰片稀在三元乙丙橡胶中的含量≥5.0%（重量百分比）；所述芳纶纤维为以三元乙丙橡胶为载体的芳纶纤维。

4.根据权利要求1所述的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，其特征是，所述补强填料由纳米炭黑、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙组成，其中纳米炭黑30-60份（重量份），纳米二氧化硅25-60份（重量份），纳米碳酸钙20-30份（重量份）。

5.根据权利要求1所述的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，其特征是，所述活性剂为硬脂酸锌、硬脂酸、氧化锌或尿素；表面改性剂为乙烯基硅烷偶联剂；增塑剂为优选石蜡油或油膏；防老剂为4010NA或MB；分散剂为WB212；发泡剂为发泡剂H、发泡剂AC或发泡剂OBSH。

6.根据权利要求1所述的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板，其特征是，所述硫化助剂由硫化剂和促进剂组成；硫化剂为硫磺，促进剂为促进剂DM、TMTD和BZ中的一种或两种以上的混合物。

7.权利要求1所述的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板的制作方法，其特征是，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的有轨电车用微孔橡胶弹性垫板的制作方法，其特征是，步骤（1）中，密炼机转子转速为30-100r/min，混合时间为5-25min；步骤（3）中，预硫化温度为150℃，压力为20MPa，时间为15min。

9.一种混炼胶，其特征是，所述混炼胶由橡胶配以高性能纤维、活性剂、补强填料、表面改性剂、增塑剂、防老剂、分散剂、发泡剂和硫化助剂制作而成，其配方按重量份为：橡胶100份，高性能纤维6-10份，活性剂4-7份，补强填料75-150份，表面改性剂1-3份，增塑剂10-35份，防老剂1-2份，分散剂1-2份，发泡剂2-10份，硫化助剂5-20份；所述橡胶为三元乙丙橡胶，高性能纤维为芳纶纤维。

10.根据权利要求9所述的混炼胶，其特征是，所述三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和第三单体的共聚物，其中第三单体为乙叉降冰片稀，乙叉降冰片稀在三元乙丙橡胶中的含量≥5.0%（重量百分比）；所述芳纶纤维为以三元乙丙橡胶为载体的芳纶纤维。