CN107325414B - 高性能高铁动车组橡胶外风挡 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高性能高铁动车组橡胶外风挡，生产流程：橡胶主体预成形——橡胶包膜——动态硫化成型——表面处理——喷漆，采用包膜工艺，改善外风挡表面与油漆的接触面积，提升两者的粘结力。为了获得高性能的橡胶外风挡，本申请另外开发了一种不用去布膜的外风挡产品，选用改性的SiC纤维编织而成的无机布膜。一方面其与橡胶体系具有很好的复合性，能够提高外风挡表面的强度、耐氧化、耐高温性能；另一方面它参与油漆的固化，有助于显著提高油漆与橡胶基体的附着力。

Description

高性能高铁动车组橡胶外风挡
技术领域
本发明涉及油漆橡胶产品，尤其是高铁动车组使用的外风挡。橡胶表面复合弹性油漆，整体性能满足高铁动车运行中油漆不开裂和不剥落等要求。
背景技术
在高铁运行过程中，车辆处于任何相对位置时，风挡磨耗小、密封性好、隔声性也好，能大大减轻车内噪声、防尘砂雨霜、提高车端防寒性能，高铁运行中产品尺寸变化小，安全性极高。此为本项目产品的特色之一。目前，我国高铁动车组橡胶外风挡60%～70%主要采用日本进口件，根据我国实际使用国外产品情况来看，国外产品的优势在于产品在较长时间使用后(五年)，产品表面涂层未出现黄化或黑化的现象，表面涂层略有裂纹但并未起皮或脱落。这两点上明显要优于国内产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种高性能高铁动车组外风挡，橡胶表面复合弹性油漆，其整体性能满足高铁动车运行中油漆不开裂和不剥落等要求。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高性能高铁动车组橡胶外风挡，制备工艺主要包括如下步骤，
（1）橡胶主体预成形
由外风挡混炼胶通过单螺杆冷喂料挤出机按照外风挡形状挤出预成形的橡胶基体，
橡胶主体部分的质量份组份如下：
橡胶 100
填料 50-150
增塑剂 10-50
阻燃剂 50-100
助剂 3-8
表面处理剂 3-8
硫化剂 5-10；
（2）橡胶包膜
在步骤1所得预成形橡胶主体外面包覆布膜，保证布膜完全平整贴合在橡胶表面，无褶皱，布膜由聚四氟乙烯纤维编织而成，而且布膜贴合橡胶主体一侧刷涂橡胶胶浆；
所述橡胶胶浆基本质量份配比如下：
橡胶 100
白炭黑 20-40
纳米钛白粉 20-40
钛酸酯偶联剂 30-60
着色剂 1-10
硫化剂 10-15
溶剂 80-120
其中，胶浆中的橡胶与橡胶主体为相同的胶种，硫化剂与橡胶主体为相同的硫化体系；
（3）动态硫化成型
将步骤2所得包膜橡胶采用整体模压方式，变温变压的硫化成型工艺，起始硫化温度为80～120℃，每20分钟上升8～12℃，逐级升温到140～180℃；压力起始为5MPa，每2分钟上升1MPa，直至15～18MPa为止；
（4）表面处理
去除布膜，待冷却至室温，用80-120目砂纸打磨，水洗，风干；
（5）喷漆
在上述步骤4完成后，立即进行喷漆，采用的是高弹性的聚氨酯型油漆，喷涂时控制漆膜厚度为150-200微米，烘烤温度为60-100℃，时间2-4h。
本申请提供另外一种高性能高铁动车组橡胶外风挡，无需去除包膜，制备工艺主要包括如下步骤，
（1）橡胶主体预成形
由外风挡混炼胶通过单螺杆冷喂料挤出机按照外风挡形状挤出预成形的橡胶基体，
橡胶主体部分的质量份组份如下：
橡胶 100
填料 50-150
增塑剂 10-50
阻燃剂 50-100
助剂 3-8
表面处理剂 3-8
硫化剂 5-10；
（2）橡胶包膜
在步骤1所得预成形橡胶主体外面包覆布膜，保证布膜完全平整贴合在橡胶表面，无褶皱，布膜是由端羟基聚丁二烯（THPB）与聚碳硅烷（PCS）共混物经熔融纺丝编织而成，包膜的内侧面涂覆有橡胶胶浆，包膜后置入模具压合使贴服不脱落，然后再在包膜表面涂覆橡胶胶浆，反复涂覆若干次，以完全包覆住布膜为佳。
本申请采用SiC纤维编织而成的布膜属于表面带羟基的无机材料，一方面端羟基聚丁二烯本身作为布膜中的软段与弹性聚氨酯油漆有较佳的匹配性，缩小油漆与橡胶基体间的弹性差异，有助于满足高铁动车运行中油漆不开裂和不剥落等要求。另一方面胶浆中作为提高油漆与基体粘结力的钛酸酯偶联剂（分子结构中含有可水解的短链烷氧基，能与无机物表面羟基起反应）也能够与布膜表面的羟基起反应达到化学偶联的目的，进一步固化油漆。
本技术方案中的布膜在硫化后是不去除的，该布膜具有高比强、高比模、和优异的耐高温氧化性，耐腐蚀性，耐热冲击性以及与橡胶材料良好的复合性等优异性能，能够实现高性能的橡胶外风挡。
所述橡胶胶浆基本质量份配比如下：
橡胶 100
白炭黑 20-40
纳米钛白粉 20-40
钛酸酯偶联剂 30-60
着色剂 1-10
硫化剂 10-15
溶剂 80-120
其中，胶浆中的橡胶与橡胶主体为相同的胶种，硫化剂与橡胶主体为相同的硫化体系，溶剂选用以溶剂和橡胶的相容性佳为原则；
（3）动态硫化成型
将步骤2所得包膜橡胶采用整体模压方式，变温变压的硫化成型工艺，起始硫化温度为80～120℃，每20分钟上升8～12℃，逐级升温到140～180℃；压力起始为5MPa，每2分钟上升1MPa，直至15～18MPa为止；
（4）表面处理
待冷却至室温，用80-120目砂纸打磨，水洗，风干；
（5）喷漆
在上述步骤4完成后，立即进行喷漆，采用的是高弹性的聚氨酯型油漆，喷涂时控制漆膜厚度为150-200微米，烘烤温度为60-100℃，时间2-4h。
所述橡胶为三元乙丙橡胶或天然橡胶。
所述填料为白炭黑、纳米碳酸钙、纳米钛白粉和纳米高岭土中的一种或多种配合。
所述增塑剂为葵二酸二辛酯和石蜡油中的一种或两种配合。
所述阻燃剂为三聚氰胺和三聚氰胺磷酸盐配合。
所述助剂为六甲氧基密胺和丙烯酸树脂。
所述表面处理剂为三乙醇胺、聚乙二醇和硅烷偶联剂中的一种或多种。
所述硫化剂为氧化锌（ZnO）、硬脂酸（SA）、硫磺（S）、过氧化二异丙苯（DCP）、二硫化二苯并噻唑（MBTS）、四硫化双（1，5-亚戊基）秋兰姆（TRA）和二丁基二硫代氨基甲酸锌（ZDBC）中的一种或多种的配合。
胶浆的钛偶联剂优选含焦磷酰氧基或磺酸基或羧基，以赋予特定的阻燃、抗氧化和增强粘结的性能。
本申请胶浆粘接层的作用原理：橡胶外风挡主体材料大部分是天然橡胶和三元乙丙橡胶，属于非极性橡胶类型，而油漆主要成分属于极性较强的高分子材料。非极性和极性两种材料之间粘结力有限，导致油漆很容易从橡胶外风挡上剥落。胶浆粘接层与橡胶风挡主体之间，因为胶浆中的橡胶组份采用的是和风挡主体一样的胶种，而且是整体硫化，所以硫化后胶浆粘接层和橡胶风挡主体是可以看作一个整体，其粘接强度（5-8 MPa）远大于橡胶主体和油漆之间的粘接强度。胶浆粘接层与油漆之间的粘结力主要来源于钛偶联剂，钛偶联剂中的极性基团（如环氧基、氨基和丙烯酸酰氧基等），参与油漆固化的反应，在粘接界面形成键能较高的化学键。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
A、对于硫化方式对油漆/外风挡粘接牢度的影响：
a、传统的硫化方式
b、包布膜但是不涂胶浆硫化方式
c、涂胶浆但是不包布膜硫化方式
d、本发明的包膜硫化方式
项目 附着力/ MPa GB/T5210 划格试验 GB/T9286
a 0.8 3
b 1.5 3
c 2.4 2
d 3.2 1
从a与b对比可以看出，采用包膜工艺，改善了外风挡表面与油漆的接触面积，提升了两者的粘结力。
从a与c对比可以看出，采用胶浆粘接层，起到了承上启下的作用，胶浆与外风挡胶料因为是一体硫化可以视作为一个整体，胶浆与油漆之间的粘结力远大于外风挡和油漆之间的粘结力。
从d试验看出本发明的包膜工艺极大的提升了油漆的粘结力。
B、传统模压方式和包膜动态硫化工艺对外风挡制成率的影响：
项目 缺陷 制成率
传统模压方式 凹坑、鼓泡和流痕等 约30%
传统模压方式+包膜 凹坑和流痕 约55%
本发明包膜动态硫化 工艺流程分布化 约90%
众所周知，外风挡属于大型的模压制品，单套重量要达到80kg左右，而传统模压方式，因为极低的制成率，造成了极大的原料浪费，所以本发明对制成率的提升是很显著的。其中包膜对改善外风挡的表面缺陷问题（例如鼓泡，窝气等现象）有很大帮助。
另外，为了获得高性能的橡胶外风挡，本申请开发了一种不用去布膜的外风挡产品，选用改性的SiC纤维编织而成的无机布膜。一方面其与橡胶体系具有很好的复合性，能够提高外风挡表面的强度、耐氧化、耐高温性能；另一方面它参与油漆的固化，有助于提高油漆与橡胶基体的附着力，附着力达到8MPa以上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
1、橡胶的预成形
由外风挡混炼胶（三元乙丙橡胶），通过单螺杆冷喂料挤出机按照外风挡形状挤出预成形；单螺杆冷喂料挤出机的参数设置如下：温度50℃，机头温度80℃，挤出速度1m/min。挤出之后按照外风挡形状和尺寸放置在相应的支架上。
橡胶主体部分的质量份组份如下：
橡胶 100
填料 80
增塑剂 40
阻燃剂 50
助剂 3-8
表面处理剂 3-8
硫化剂 5-10
2、橡胶包膜
在0.5mm厚的聚四氟乙烯布膜上刷涂一层0.5-1mm厚的橡胶胶浆，停放15min后，带有胶浆层的一面贴合在橡胶的预成形体上，保证布膜完全平整贴合在橡胶表面，无褶皱；
所用胶浆配比为：
三元乙丙橡胶 100
白炭黑 20
纳米钛白粉 40
钛酸酯偶联剂 40
着色剂 2
硫化剂 10
汽油（溶剂） 100
胶浆的制作流程为：先将三元乙丙橡胶 、白炭黑、纳米钛白粉、钛偶联剂、着色剂、硫化剂和汽油在密闭容器中持续搅拌24h，制得胶浆。
3、动态硫化成型
使用上述步骤2所得包膜预成形，按照形状直接放入模具型腔中，采用整体模压的硫化方式；具体工艺如下：起始平板硫化机温度设置为100℃，每20分钟上升10℃，逐级升温到160℃；起始压力设置为5MPa，每2分钟上升1MPa，直至15MPa为止，硫化总时间为2.5h。
4、表面处理
在上述步骤3完成后，从一端慢慢掀起聚四氟乙烯布膜，待冷却到室温，用120目砂纸轻微打磨，不能破坏布膜的纹理，然后用水进行清洗，在无尘车间进行干燥。
5、喷漆
在上述步骤4完成后，立即进行喷漆，采用的是高弹性的聚氨酯型的油漆，喷涂时控制漆膜总厚度为150-200微米，烘烤温度为80℃，时间3h。
漆膜的性能如下：
项目名称 测试标准 测试结果
延展性 GB/T528 GB/T1766 拉伸至250%漆膜无断裂浮起现象
划格试验 GB/T9286 0级
耐人工气候老化性（1000h） ASTM G 155 无变色泛黄现象
附着力 GB/T5210 3.1MPa
实施例二
高性能高铁动车组橡胶外风挡，无需去除包膜，制备工艺主要包括如下步骤，
（1）橡胶主体预成形
与实施例1相同；
（2）橡胶包膜
在步骤1所得预成形橡胶主体外面包覆布膜，保证布膜完全平整贴合在橡胶表面，无褶皱，布膜是由聚碳硅烷与端羟基聚丁二烯共混物制备的碳化硅纤维编织而成（聚碳硅烷含量在28～45wt%），包膜的内侧面涂覆有橡胶胶浆，包膜后置入模具压合使贴服不脱落，然后再在包膜表面涂覆橡胶胶浆，反复涂覆若干次，以完全包覆住布膜为佳；
所述橡胶胶浆基本质量份配比如下：
三元乙丙橡胶 100
白炭黑 30
纳米钛白粉 20
钛酸酯偶联剂 50
着色剂 6
硫化剂 15
汽油 100；
（3）动态硫化成型
将步骤2所得包膜橡胶采用整体模压方式，变温变压的硫化成型工艺，起始硫化温度为100℃，每20分钟上升10℃，逐级升温到160℃；压力起始为5MPa，每2分钟上升1MPa，直至15MPa为止；
（4）表面处理
待冷却至室温，用80-120目砂纸打磨，水洗，风干；
（5）喷漆
在上述步骤4完成后，立即进行喷漆，采用的是高弹性的聚氨酯型油漆，喷涂时控制漆膜厚度为200微米，烘烤温度为60-100℃，时间4h。
漆膜的性能如下：
项目名称 测试标准 测试结果
延展性 GB/T528 GB/T1766 拉伸至250%漆膜无断裂浮起现象
划格试验 GB/T9286 0级
耐人工气候老化性（1000h） ASTM G 155 无变色泛黄现象
附着力 GB/T5210 8.6MPa
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高性能高铁动车组橡胶外风挡，其特征在于：制备工艺主要包括如下步骤，
（1）橡胶主体预成形
由外风挡混炼胶通过单螺杆冷喂料挤出机按照外风挡形状挤出预成形的橡胶基体，
橡胶主体部分的质量份组份如下：
橡胶 100
填料 50-150
增塑剂 10-50
阻燃剂 50-100
助剂 3-8
表面处理剂 3-8
硫化剂 5-10；
（2）橡胶包膜
在步骤1所得预成形橡胶主体外面包覆布膜，保证布膜完全平整贴合在橡胶表面，无褶皱，布膜由聚四氟乙烯纤维编织而成，而且布膜贴合橡胶主体一侧刷涂橡胶胶浆；
所述橡胶胶浆基本质量份配比如下：
橡胶 100
白炭黑 20-40
纳米钛白粉 20-40
钛酸酯偶联剂 30-60
着色剂 1-10
硫化剂 10-15
溶剂 80-120
其中，胶浆中的橡胶与橡胶主体为相同的胶种，硫化剂与橡胶主体为相同的硫化体系；
所述钛酸酯偶联剂含环氧基、氨基、丙烯酸酰氧基、焦磷酰氧基或磺酸基或羧基；
（3）动态硫化成型
将步骤2所得包膜橡胶采用整体模压方式，变温变压的硫化成型工艺，起始硫化温度为80～120℃，每20分钟上升8～12℃，逐级升温到140～180℃；压力起始为5MPa，每2分钟上升1MPa，直至15～18MPa为止；
（4）表面处理
去除布膜，待冷却至室温，用80-120目砂纸打磨，水洗，风干；
（5）喷漆
在上述步骤4完成后，立即进行喷漆，采用的是高弹性的聚氨酯型油漆，喷涂时控制漆膜厚度为150-200微米，烘烤温度为60-100℃，时间2-4h。
2.一种高性能高铁动车组橡胶外风挡，其特征在于：制备工艺主要包括如下步骤，
（1）橡胶主体预成形
由外风挡混炼胶通过单螺杆冷喂料挤出机按照外风挡形状挤出预成形的橡胶基体，
橡胶主体部分的质量份组份如下：
橡胶 100
填料 50-150
增塑剂 10-50
阻燃剂 50-100
助剂 3-8
表面处理剂 3-8
硫化剂 5-10；
（2）橡胶包膜
在步骤1所得预成形橡胶主体外面包覆布膜，保证布膜完全平整贴合在橡胶表面，无褶皱，布膜是由端羟基聚丁二烯（THPB）与聚碳硅烷（PCS）共混物经熔融纺丝编织而成，包膜的内侧面涂覆有橡胶胶浆，包膜后置入模具压合使贴服不脱落，然后再在包膜表面涂覆橡胶胶浆，反复涂覆若干次，以完全包覆住布膜为佳；
所述橡胶胶浆基本质量份配比如下：
橡胶 100
白炭黑 20-40
纳米钛白粉 20-40
钛酸酯偶联剂 30-60
着色剂 1-10
硫化剂 10-15
溶剂 80-120
其中，胶浆中的橡胶与橡胶主体为相同的胶种，硫化剂与橡胶主体为相同的硫化体系，溶剂选用以溶剂和橡胶的相容性佳为原则；
所述钛酸酯偶联剂含环氧基、氨基、丙烯酸酰氧基、焦磷酰氧基或磺酸基或羧基；
（3）动态硫化成型
将步骤2所得包膜橡胶采用整体模压方式，变温变压的硫化成型工艺，起始硫化温度为80～120℃，每20分钟上升8～12℃，逐级升温到140～180℃；压力起始为5MPa，每2分钟上升1MPa，直至15～18MPa为止；
（4）表面处理
待冷却至室温，用80-120目砂纸打磨，水洗，风干；
（5）喷漆
在上述步骤4完成后，立即进行喷漆，采用的是高弹性的聚氨酯型油漆，喷涂时控制漆膜厚度为150-200微米，烘烤温度为60-100℃，时间2-4h。
3.根据权利要求1或2所述的高性能高铁动车组橡胶外风挡，其特征在于：所述橡胶为三元乙丙橡胶或天然橡胶。
4.根据权利要求1或2所述的高性能高铁动车组橡胶外风挡，其特征在于：所述填料为白炭黑、纳米碳酸钙、纳米钛白粉和纳米高岭土中的一种或多种配合。
5.根据权利要求1或2所述的高性能高铁动车组橡胶外风挡，其特征在于：所述增塑剂为癸二酸二辛酯和石蜡油中的一种或两种配合。
6.根据权利要求1或2所述的高性能高铁动车组橡胶外风挡，其特征在于：所述阻燃剂为三聚氰胺和三聚氰胺磷酸盐配合。
7.根据权利要求1或2所述的高性能高铁动车组橡胶外风挡，其特征在于：所述助剂为六甲氧基密胺和丙烯酸树脂。
8.根据权利要求1或2所述的高性能高铁动车组橡胶外风挡，其特征在于：所述表面处理剂为三乙醇胺、聚乙二醇和硅烷偶联剂中的一种或多种。
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