CN109679156A - 一种单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，包括以下步骤：先制备得到氧化石墨烯接枝防老剂MB；再将天然橡胶在密炼机中塑炼1‑3min，然后加入包括活性剂、软化剂、防老剂、补强剂在内的配合剂和碳纤维在密炼机上混炼3‑5min，再加入炭黑填料混炼9‑11min；然后在开炼机上加入促进剂和硫黄混炼4‑6min，得到混炼胶，测试混炼胶的正硫化时间T1，供混炼胶成型制备不同产品时硫化使用；最后将混炼胶进行预成型，置于有金属衬套的硫化模具中，预硫化时间为T1，再硫化100‑130min制备得到履带销橡胶衬套。本发明提高传统衬套橡胶承受的扭转力和橡胶衬套的双重挤压‑扭转剪切损耗，实现了履带整体行驶功能的优化，延长履带的里程寿命。

Description

一种单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法

技术领域

本发明属于装甲车辆用复合材料技术领域，涉及一种单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，具体的说是制备功能性履带销衬套橡胶，具有抗挤压缓冲减震和高耐压、扭转的特点。

背景技术

坦克履带是坦克动力行动系统的重要组成部分，作用是借助于与其啮合的主动轮传递驱动力矩或制动力矩，依靠与地面的相互作用产生牵引力或制动力实现坦克运动，并保障坦克平稳行驶，通过各种复杂路面和各种障碍物。履带板和履带销由高强度耐磨合金钢制成，为减缓坦克行驶过程中履带牵引力对板体和履带销的巨大作用力，在金属销和板体销耳之间压入橡胶衬套，使得履带的性能和使用寿命都大幅提高。美国是第一个用加入橡胶块的方式改进坦克履带的国家，二战后美国使用了橡胶金属铰链，其结构有单销和双销之分。比如，双销履带销为圆形钢棍，两端有与端连器固接的结构。在销上粘接胶套并硫化，然后压入板体耳孔之中，相邻履带板的销子用端连器固接成一体。胶套外径大于销耳孔径，靠过盈阻止胶套与耳孔接触面的相对运动，由胶套扭转变形实现销子与耳孔的相对转动。

美国M48系列坦克、M113装甲车、德国豹2坦克、俄罗斯T72坦克等车辆上较早使用了销耳挂胶履带板，橡胶衬套技术较为成熟。为了减小橡胶衬套压缩后的轴向变形量，一般采用较短的多节胶套代替较长的整节胶套。例如，美国M48坦克履带板履带销上有14个短胶套，德国豹2坦克履带销上有16个短胶套。

随着坦克向重载、高速方向发展，履带的橡胶衬套承受的剪切、拉压、扭转作用更加强烈，因衬套的早期损坏造成履带行驶里程寿命与预期目标差距较大。衬套早期疲劳损坏因素复杂，其承受扭转或拉压交变应力大的极端工况是主要因素，履带工作环境恶劣(高温、高湿、强紫外线、多尘等)以及橡胶配方设计不合理等也加快了衬套的失效进程。因此，改进履带销用橡胶衬套材料性能，提高力学强度、弹性、抗老化、耐疲劳性能，降低滞后损失的同时，在履带衬套功能结构上的改进是必要的。

由金属履带板体逐块通过履带销、衬套连接成整条坦克金属履带，承担坦克行驶过程中的着地和驱动功能，为了减缓坦克越野行驶中履带冲击、振动应力疲劳对履带板体和履带销金属基体的损害，在连接履带用的履带销和履带板之间设置了衬套，由金属套和外缘包覆的橡胶层组合而成。坦克在高速行驶过程中，履带衬套承受车辆行驶的巨大牵引力形成的径向挤压、剪切、冲击振动作用，还承受轴向的扭转剪切的综合应力，同时也受到高速越野行驶路面泥沙对履带板孔内的冲刷磨损作用。实际应用和文献资料表明，履带衬套在实际应用中容易出现以下两个问题而导致破坏和失效：①承受车辆行驶的巨大牵引力形成的径向挤压、冲击振动力作用造成的衬套橡胶层的挤压损坏；②履带运动到主动轮和诱导轮位置衬套和履带销发生轴向的扭转、剪切疲劳综合应力造成的衬套橡胶层的撕裂破坏。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，用于将原有的天然胶履带橡胶衬套改进为具有高模量、耐扭转疲劳的减震橡胶衬套，将履带衬套的抗挤压减震和高耐扭转功能提高，实现履带整体行驶功能的优化，以解决现有技术中整条履带寿命短的技术窄口，在整体上提高坦克履带的使用寿命和机动能力。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其包括以下步骤：

S1：先利用氧化石墨烯表面的羟基和γ-氯丙基三乙氧基硅烷进行接枝，反应制得氧化石墨烯接枝CTS；然后将反应产物进一步和防老剂2-巯基苯并咪唑发生接枝反应，得到氧化石墨烯接枝防老剂MB；

S2：将天然橡胶在密炼机中塑炼1-3min，然后加入包括活性剂、软化剂、防老剂、补强剂在内的配合剂和碳纤维在密炼机上混炼3-5min，再加入炭黑填料混炼9-11min；然后在开炼机上加入促进剂和硫黄混炼4-6min，得到混炼胶，测试混炼胶的正硫化时间T1，供混炼胶成型制备不同产品时硫化使用；

S3：将适量用于履带销橡胶衬套减震橡胶环的混炼胶进行预成型，置于有金属衬套的硫化模具中，预硫化时间为T1-1-3min，再硫化100-130min制备得到履带销橡胶衬套。

其中，步骤S2中，加入炭黑填料混炼9-11min后，进行排胶，待胶料冷却后，再在开炼机上加入促进剂和硫黄混炼。

其中，步骤S2中，活性剂采用氧化锌，软化剂采用硬脂酸，补强剂采用液体聚异戊二烯，硫化剂采用硫黄，促进剂采用促进剂CZ，炭黑采用炭黑N330。

其中，步骤S2中，各成分的质量份数分别为：天然橡胶100份，炭黑30～50份，碳纤维4～10份，防老剂2～5份，活性剂3～6份，软化剂1～3份，补强剂3～8份，硫黄1～4份，促进剂1～4份。

其中，步骤S1中，制备氧化石墨烯接枝防老剂MB时，先将5g氧化石墨烯和15gγ-氯丙基三乙氧基硅烷一起分散在400ml无水乙醇中，50℃搅拌24h，反应制得氧化石墨烯接枝CTS；然后加入0.5g氢氧化钠和2g防老剂2-巯基苯并咪唑，氮气保护，搅拌反应24h，将反应产物过滤，用乙醇和去离子水各洗涤3次，干燥，得到氧化石墨烯接枝防老剂MB。

其中，步骤S2中，天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸1份，炭黑N330有50份，碳纤维6份，液体聚异戊二烯6份，氧化石墨烯接枝防老剂MB5份，硫黄3份，促进剂CZ1份。

其中，步骤S2中，将天然橡胶及各种配合剂，在密炼机中将天然橡胶生胶塑炼2分钟，依次加入氧化锌、硬脂酸、氧化石墨烯接枝防老剂MB、液体聚异戊二烯和碳纤维，混炼4分钟，最后加入炭黑，混炼10分钟；然后用开炼机继续混炼，加入促进剂CZ和硫黄，混炼5分钟，得到混炼胶。

其中，步骤S3中，混炼胶预成型，置于有金属衬套的硫化模具中，预硫化时间为T1-2min，再硫化120min制备得到履带销橡胶衬套。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，用于制作履带销衬套，将其应用在单板单销履带的装甲车辆时，具有抗挤压减震和耐扭转功能，承受履带运动过程中牵引力传递在履带销上的挤压力和扭转力，具有抗挤压缓冲减震的特点，能够降低坦克行驶过程中振动应力疲劳对履带的损坏；同时衬套具有高耐压、抗扭转的特点，承受履带运动到主动轮、诱导轮位置时两块履带板发生相对扭转时的扭转力，具有耐扭转作用，提高传统衬套橡胶承受的扭转力和橡胶衬套的双重挤压-扭转剪切损耗，实现了履带整体行驶功能的优化，延长履带的里程寿命，使得坦克行动系统的履带能够更好地适应苛刻的复杂行驶工况。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明单板单销车辆履带销衬套橡胶在制作单板单销车辆履带销衬套时，将高模量橡胶层与衬套基体金属采取整体硫化工艺，高模量橡胶层采用具有高模量性能的橡胶材料。

具体地，单板单销车辆履带销衬套橡胶的成分及质量份数分别为：天然橡胶100份，炭黑30～50份，碳纤维4～10份，防老剂2～5份，活性剂3～6份，软化剂1～3份，补强剂3～8份，硫化剂1～4份，促进剂1～4份。

其中，防老剂为氧化石墨烯接枝防老剂MB，由氧化石墨烯表面的羟基和γ-氯丙基三乙氧基硅烷进行接枝反应制得的氧化石墨烯接枝与2-巯基苯并咪唑发生接枝反应得到。

活性剂采用氧化锌，软化剂采用硬脂酸，补强剂采用液体聚异戊二烯，硫化剂采用硫黄，促进剂采用促进剂CZ，炭黑采用炭黑N330。

下面通过表1和表2给出两个具体的单板单销车辆履带销衬套橡胶的成分及质量份数实例。

表1

组成	份数
		天然橡胶	100
氧化锌	5
		硬脂酸	1
炭黑N330	50
		碳纤维	6
液体聚异戊二烯	6
		氧化石墨烯接枝防老剂MB	5
硫黄	3
		促进剂CZ	1

表2

通过对上述表1和表2所形成的橡胶性能进行检测，检测结果如下表3。

表3

上述单板单销车辆履带销衬套橡胶，主体构成材料天然橡胶具有低滞后生热，力学强度高、耐压缩性(特别是高强度挤压)好的特点，组成材料炭黑N330具有高补强的特点，以及利用碳纤维的高导热性，可有效降低硫化橡胶的压缩疲劳生热。采用液体聚异戊二烯(分子量约为30000)作为软化剂，可以改善炭黑等填料在橡胶中的分散，缩短混炼时间，调节硫化橡胶的模量和硬度，同时可以避免小分子软化剂(如机油、环烷油等)在热老化过程中的挥发，防止疲劳老化时硫化橡胶的模量和硬度大幅度增加。通过制备氧化石墨烯接枝2-巯基苯并咪唑(Graphene-g-MB)，可以获得一种兼具有高效补强和防老化作用的多功能防老剂，具有长效防老化特性，有效地防止了小分子防老剂在热老化过程中从橡胶基体中迁出，导致橡胶的热老化性能明显下降。本发明设计的履带销衬套橡胶具有高模量、小变形的特征，有效吸收坦克在行驶过程中履带振动的破坏，减缓冲击应力对履带及履带销的损坏。

在衬套的高模量橡胶层的配方中，补强填料中并用适量的碳纤维，可明显提高硫化胶的导热性能，降低硫化胶的动态疲劳生热。此外，采用氧化石墨烯接枝防老剂MB，一方面对天然橡胶进行高效补强，另一方面也具有长效防老化作用(抑制防老剂的迁出)，提高了橡胶的力学性能和耐老化性能，抑制橡胶在高负荷条件下的变形，有效防止坦克在行驶过程中牵引力所形成的挤压对橡胶衬套体的破坏，使橡胶具有较好的耐磨、抗撕裂和抗切割性能。

本发明进一步还涉及一种单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，包括以下步骤：

S1：先利用氧化石墨烯表面的羟基和γ-氯丙基三乙氧基硅烷(CTS)进行接枝，反应制得氧化石墨烯接枝CTS；然后将反应产物进一步和防老剂2-巯基苯并咪唑(MB)发生接枝反应，得到氧化石墨烯接枝防老剂MB；

S2：将天然橡胶在密炼机中塑炼1-3min，然后加入包括活性剂、软化剂、防老剂、补强剂在内的配合剂和碳纤维在密炼机上混炼3-5min，再加入炭黑填料混炼9-11min；然后在开炼机上加入促进剂和硫黄混炼4-6min，得到用于高模量减震橡胶环的混炼胶，测试混炼胶的正硫化时间T1，供混炼胶成型制备不同产品时硫化使用；

其中，上述各成分的质量份数分别为：天然橡胶100份，炭黑30～50份，碳纤维4～10份，防老剂2～5份，活性剂3～6份，软化剂1～3份，补强剂3～8份，硫黄1～4份，促进剂1～4份。

活性剂采用氧化锌，软化剂采用硬脂酸，补强剂采用液体聚异戊二烯，硫化剂采用硫黄，促进剂采用促进剂CZ，炭黑采用炭黑N330。

S3：将适量用于履带销橡胶衬套减震橡胶环的混炼胶进行预成型，置于有金属衬套的硫化模具中，预硫化时间为T1-1-3min，再硫化100-130min制备得到履带销橡胶衬套。

下面针对制备方法，给出一个具体的实例。

实施例1：

(1)高模量橡胶衬套制备工艺

先将5g氧化石墨烯和15gγ-氯丙基三乙氧基硅烷(CTS)一起分散在400ml无水乙醇中，50℃搅拌24h，反应制得氧化石墨烯接枝CTS。然后加入0.5g氢氧化钠(NaOH)和2g防老剂2-巯基苯并咪唑(MB)，氮气保护，搅拌反应24h，将反应产物过滤，用乙醇和去离子水各洗涤3次，干燥，得到氧化石墨烯接枝防老剂MB。

称取高模量配方1所需天然橡胶及各种配合剂，在密炼机中将天然橡胶生胶塑炼2分钟，依次加入氧化锌、硬脂酸、氧化石墨烯接枝防老剂MB、液体聚异戊二烯和碳纤维，混炼4分钟，最后加入炭黑，混炼10分钟，排胶。待胶料冷却后，用开炼机继续混炼，加入促进剂CZ和硫黄，混炼5分钟，得到用于制备高模量层胎体橡胶的混炼胶，测试混炼胶的正硫化时间T1，供混炼胶成型制备不同产品时硫化使用。

其中，排胶这个过程用于制备半成品，在实际需要用胶时，进一步硫化。

将适量用于高模量减震橡胶环的混炼胶进行预成型，置于有金属衬套的硫化模具中，预硫化时间为T1-2min，再硫化120min制备得到高模量减震橡胶环。

从上述配方的混炼胶中取少量制备性能指标测试试样，其他混炼胶料采用前述硫化工艺整体硫化，制成具有减振抗挤压功能的衬套，随后进行性能测试。

(2)性能测试

A.压缩升温测试

在压缩生热试验机上，参照GB/T1687-1993标准对硫化样进行压缩生热性能测试。设定预应力为2.00±0.06MPa，压缩频率30±0.3Hz，恒温室温度为55±1℃，预热时间为30min，试样冲程选为5.71±0.03mm，测试时间为25min，试验机上的红外测温探头可测的试样在测试过程中的温度变化。

B.耐久性试验测试

参照GJB2628-96标准中4.7.3.1规定的方法进行履带销衬套耐久性试验，试验条件中d规定的扭转角设定为±13°，试验周期20万次，合格判据为标准中规定的内容。

(3)性能测试

A.常规力学性能测试

以上实施例中制备的测试试样和试件测试结果符合预定的技术指标(具体列表补充)；制备的具有两种不同功能的衬套在进行台架测试后，均未出现橡胶层和自润滑层表面开裂、爆裂和脱层现象，通过台架测试考核。

由以上技术方案可以看出，本发明衬套外环材料是高模量橡胶层，承受履带运动过程中牵引力传递在履带销上的挤压-扭转力，具有抗挤压缓冲减震的特点，能够降低坦克行驶过程中振动应力疲劳对履带的损坏；承受履带行动过程中牵引力传递在履带销上的挤压力，及履带运动到主动轮、诱导轮位置时两块履带板发生相对扭转时销子与耳孔的相对转动的扭转力，减缓橡胶衬套的双重挤压-扭转损耗，实现了履带整体行驶功能的优化，延长履带的里程寿命，使得坦克行动系统的履带能够更好地适应苛刻的复杂行驶工况。新型单板单销坦克履带销衬套的制作，高模量橡胶层衬套采取整体硫化的工艺，保证橡胶层均匀、界面贴合、粘结牢固，在金属衬套外缘热固化粘接一体化模具成型的工艺，保证均匀、界面贴合、粘结牢固。本发明制备的单板单销坦克履带销衬套具备更高的行驶里程寿命和抗挤压-扭转破坏能力，实现对履带和履带销的有效保护，解决了目前坦克用单板单销结构履带高速重载行驶过程中履带销金属-橡胶衬套扭转-挤压过程中的早期损坏问题，对提高坦克等履带装甲车辆的军事机动能力具有重要意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：先利用氧化石墨烯表面的羟基和γ-氯丙基三乙氧基硅烷进行接枝，反应制得氧化石墨烯接枝CTS；然后将反应产物进一步和防老剂2-巯基苯并咪唑发生接枝反应，得到氧化石墨烯接枝防老剂MB；

S2：将天然橡胶在密炼机中塑炼1-3min，然后加入包括活性剂、软化剂、防老剂、补强剂在内的配合剂和碳纤维在密炼机上混炼3-5min，再加入炭黑填料混炼9-11min；然后在开炼机上加入促进剂和硫黄混炼4-6min，得到混炼胶，测试混炼胶的正硫化时间T1，供混炼胶成型制备不同产品时硫化使用；

S3：将适量用于履带销橡胶衬套减震橡胶环的混炼胶进行预成型，置于有金属衬套的硫化模具中，预硫化时间为T1-1-3min，再硫化100-130min制备得到履带销橡胶衬套。

2.如权利要求1所述的单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其特征在于，步骤S2中，加入炭黑填料混炼9-11min后，进行排胶，待胶料冷却后，再在开炼机上加入促进剂和硫黄混炼。

3.如权利要求2所述的单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其特征在于，步骤S2中，活性剂采用氧化锌，软化剂采用硬脂酸，补强剂采用液体聚异戊二烯，硫化剂采用硫黄，促进剂采用促进剂CZ，炭黑采用炭黑N330。

4.如权利要求3所述的单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其特征在于，步骤S2中，各成分的质量份数分别为：天然橡胶100份，炭黑30～50份，碳纤维4～10份，防老剂2～5份，活性剂3～6份，软化剂1～3份，补强剂3～8份，硫黄1～4份，促进剂1～4份。

5.如权利要求4所述的单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其特征在于，步骤S1中，制备氧化石墨烯接枝防老剂MB时，先将5g氧化石墨烯和15gγ-氯丙基三乙氧基硅烷一起分散在400ml无水乙醇中，50℃搅拌24h，反应制得氧化石墨烯接枝CTS；然后加入0.5g氢氧化钠和2g防老剂2-巯基苯并咪唑，氮气保护，搅拌反应24h，将反应产物过滤，用乙醇和去离子水各洗涤3次，干燥，得到氧化石墨烯接枝防老剂MB。

6.如权利要求4所述的单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其特征在于，步骤S2中，天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸1份，炭黑N330有50份，碳纤维6份，液体聚异戊二烯6份，氧化石墨烯接枝防老剂MB5份，硫黄3份，促进剂CZ1份。

7.如权利要求6所述的单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将天然橡胶及各种配合剂，在密炼机中将天然橡胶生胶塑炼2分钟，依次加入氧化锌、硬脂酸、氧化石墨烯接枝防老剂MB、液体聚异戊二烯和碳纤维，混炼4分钟，最后加入炭黑，混炼10分钟；然后用开炼机继续混炼，加入促进剂CZ和硫黄，混炼5分钟，得到混炼胶。

8.如权利要求7所述的单板单销车辆履带销橡胶衬套的制备方法，其特征在于，步骤S3中，混炼胶预成型，置于有金属衬套的硫化模具中，预硫化时间为T1-2min，再硫化120min制备得到履带销橡胶衬套。