CN113444325B - 一种轨道交通用超耐低温胶料及制动软管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通用超耐低温胶料，它是由55～75份高门尼氯丁橡胶，25～45份低门尼氯丁橡胶，0.5～2份硬脂酸，2～4份防护蜡654，5～7份防老剂4010NA，防老剂OCTAMINE，30～40份增塑剂DOS，40～55份炭黑550，30～40份炭黑774，3～4份硫化剂STRUKTOL ZIMAG 29/43，1～3份促进剂DM，0.5～1份促进剂MTT。本发明胶料同时具备强度和低温性能，玻璃化转变温度Tg降低到‑60℃以下。本发明还公开了一种以轨道交通用超耐低温胶料为胶料制成的轨道交通用超耐低温制动软管，可应用于具有极低温度的运行工况列车的制动系统，使用寿命可达10年以上。
Description
技术领域
本发明属于橡胶复合材料加工领域，涉及一种轨道交通用超耐低温胶料、以该胶料制成的轨道交通用超耐低温制动软管。
背景技术
制动软管橡胶软管是轨道车辆的重要安全组件，在轨道交通制动系统中作为压缩空气介质传输使用，将制动高压气体传送至各个车轮和卡钳以产生制动力作用。随着铁路联网联运需求强劲，要求铁路车辆运行的经纬度跨度越来越大，迫切要求铁路车辆的安全组件特别是橡胶软管的耐侯性，尤其是在北美、俄罗斯等低温环境运行下橡胶软管的柔性。
目前，轨道交通制动软管存在低温下柔性丧失的风险，严重制约了产品在寒冷地带的使用。行业内铁路制动软管的质保期一般为6年。氯丁橡胶材料本身具有较好的耐油性、耐候性和阻燃性，但由于其极性分子和空间立体结构的规整性，导致分子间作用力和结晶度均较大，耐低温性能较差，玻璃化转变温度约为-38℃。
为了保证产品在常温装配过程中的可装配性和低温使用条件下的柔韧性，要求铁路制动软管同时具有良好的室温挺性和低温柔性。
发明内容
本发明的目的是从室温挺性和低温柔性角度考虑，对胶料配方和胶管结构进行研究创新，提供一种轨道交通用超耐低温胶料及以该胶料制成的轨道交通用制动软管，该软管兼具室温挺性和低温柔性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种轨道交通用超耐低温胶料，它是由包括以下重量份数的原料制成：55～75份高门尼氯丁橡胶，25～45份低门尼氯丁橡胶，0.5～2份硬脂酸，2～4份防护蜡654，2～4份防老剂4010NA，1～3份防老剂OCTAMINE，30～40份增塑剂DOS，40～55份炭黑550，30～40份炭黑774，3～4份硫化剂STRUKTOL ZIMAG 29/43，1～3份促进剂DM，0.3～1份促进剂MTT；其中，高门尼氯丁橡胶和低门尼氯丁橡胶的总重量份数为100份。
优选的，所述的轨道交通用超耐低温胶料由包括以下重量份数的原料制成：55～75份高门尼氯丁橡胶，25～45份低门尼氯丁橡胶，0.5～2份硬脂酸，2～4份防护蜡654，2～4份防老剂4010NA，1～3份防老剂OCTAMINE，30～40份增塑剂DOS，40～55份炭黑550，30～40份炭黑774，3～4份硫化剂STRUKTOL ZIMAG 29/43，1～3份促进剂DM，0.3～1份促进剂MTT。
所述的高门尼氯丁橡胶的门尼粘度为110～130(ML1+4100℃)，具体可以选自氯丁橡胶DCR-30。
所述的低门尼氯丁橡胶的门尼粘度为30～55(ML1+4100℃)，具体可以选自氯丁橡胶PS-40A。
所述的防老剂4010NA的用量不低于防老剂OCTAMINE的用量；所述的炭黑550的用量不低于炭黑774的用量。
本发明的另一个目的是提供所述的轨道交通用超耐低温胶料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、密炼机通水冷却，控制密炼机工作室温度不超过50℃，加入高门尼氯丁橡胶、低门尼氯丁橡胶、硬脂酸、防护蜡654、防老剂4010NA，防老剂OCTAMINE，混炼30～60秒；
步骤(2)、加入增塑剂DOS、炭黑550及炭黑774，混炼3～5分钟；
步骤(3)、加入硫化剂STRUKTOL ZIMAG 29/43、促进剂DM及促进剂MTT，混炼，待温度达到110℃后排出胶料；
步骤(4)、将胶料移至开炼机进行薄通出片，冷却到室温。
本发明的另一个目的是提供一种轨道交通用超耐低温制动软管，由内往外依次包括内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层和外胶层，在内胶层和第一中间层之间设有第一增强层，在第一中间层和第二中间层之间设有第二增强层，在第二中间层和外胶层之间设有第三增强层；所述的内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层和外胶层均由本发明所述的轨道交通用超耐低温胶料挤出制成，所述的第一增强层、第二增强层、第三增强层均由维纶线编织而成。
所述的内胶层的厚度为3.0±0.4mm，第一中间胶层的厚度为0.4±0.1mm，第二中间胶层的厚度为0.4±1mm，外胶层的厚度为2.6±0.2mm。
优选的，所述的第一增强层、第二增强层、第三增强层均由维纶线采用36腚4股的编织方式编织而成。
优选的，所述的维纶线为2000D维纶线。
覆盖率主要影响胶管室温挺性、低温柔性及胶管的爆破强度等。因此，控制所述的第一增强层的编织覆盖率为60％～70％；所述的第二增强层的编织覆盖率为55％～65％；所述的第三增强层的编织覆盖率为55％～65％。
本发明的另一个目的是提供一种所述的轨道交通用超耐低温制动软管的制备方法，包括：内层橡胶挤出、编织一层、中间层橡胶挤出、编织二层、中间层橡胶挤出、编织三层、外层挤出、缠布、硫化、解布、脱芯、裁管、检验等工序；其中，硫化温度为150±3℃，硫化时间为60±3min。
内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层和外胶层的胶浆成分为本发明所述的轨道交通用超耐低温胶料、汽油和乙酸乙酯的质量比＝1:1:1的混合物。
本发明的有益效果：
本发明并用高门尼和低门尼的氯丁橡胶生胶，低门尼氯丁橡胶的加入，可以打乱高门尼氯丁橡胶的规则排列，配合耐低温增塑剂DOS，通过低分子增塑剂的屏蔽效应降低氯丁橡胶的分子间作用力和结晶性能，降低氯丁橡胶的结晶度，既保证胶料的强度又保证产品的低温性能，将其玻璃化转变温度Tg降低到-60℃以下。同时，胶料具有更优异的耐紫外、耐油性、耐臭氧性、耐高温性能。
以本发明胶料制成的轨道交通制动系统用制动软管，用于传递压缩空气，保证列车可以正常制动。由于软管具有耐高低温、耐候性、长寿命性能，可应用于全球轨道交通，特别是具有极低温度的运行工况列车的制动系统，使用寿命可达10年以上。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
表1：胶料配方
实施例1
实施例1的胶料的原料及用量(重量份数)如表1所示，由以下方法制备而成：
步骤(1)、密炼机通水冷却，控制密炼机工作室温度不超过50℃，加入氯丁橡胶DCR-30、氯丁橡胶PS-40A、硬脂酸、防护蜡654、防老剂4010NA，防老剂OCTAMINE，混炼30～60秒；
步骤(2)、加入增塑剂DOS、炭黑550及炭黑774，混炼3～5分钟；
步骤(3)、加入硫化剂STRUKTOL ZIMAG 29/43、促进剂DM及促进剂MTT，混炼，待温度达到110℃后排出胶料；
步骤(4)、将胶料移至开炼机进行薄通出片，冷却到室温。
对比例1
对比例1的胶料的原料及用量(重量份数)如表1所示，与实施例1相比，将增塑剂DOS替换为增塑剂DOTP，制备方法同实施例1。
对比例2
对比例2的胶料的原料及用量(重量份数)如表1所示，与实施例1相比，仅调整氯丁橡胶为氯丁橡胶DCR-30(高门尼氯丁橡胶)，制备方法同实施例1。
对比例3
与实施例1相比，对比例3仅调整高门尼氯丁橡胶和与低门尼氯丁橡胶的比例，但是对比例3因胶料门尼粘度太低，无法按照实施例1制备方法正常混炼。
对比例4
与实施例1相比，对比例4仅调整氯丁橡胶为氯丁橡胶PS-40A(低门尼氯丁橡胶)，对比例4因胶料门尼粘度太低，无法按照实施例1制备方法正常混炼。
实施例1、对比例1、对比例2制得的胶料进行硫化，硫化条件：160℃*30min。按照表2考察性能。
表2：胶料性能参数
氯丁橡胶本身的玻璃化转变温度约为-38℃，本发明将高门尼氯丁橡胶和低门尼氯丁橡胶按合适比例并用，能获得良好的加工性能，且配合使用耐低温增塑剂DOS可以降低氯丁橡胶的结晶度，将其玻璃化转变温度Tg降低到-60℃以下，以保证制动软管良好的低温性能。
按照表3制备制动软管，由内往外依次包括内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层和外胶层，在内胶层和第一中间层之间设有第一增强层，在第一中间层和第二中间层之间设有第二增强层，在第二中间层和外胶层之间设有第三增强层。制动软管由内层橡胶挤出、编织一层、中间层橡胶挤出、编织二层、中间层橡胶挤出、编织三层、外层挤出、缠布、硫化、解布、脱芯、裁管、检验等工序完成；其中，内胶层厚度为3.0±0.4mm，第一中间胶层厚度为0.4±0.1mm，第二中间胶层厚度为0.4±1mm，外胶层的厚度为2.6±0.2mm；内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层和外胶层的胶浆成分为对应胶料、120#汽油和乙酸乙酯的质量比＝1:1:1的混合物；所述的第一增强层、第二增强层、第三增强层均由维纶线采用36腚4股的编织方式编织而成，硫化温度为150±3℃，硫化时间为60±3min。
表3：制动软管的结构
采用检验方法AAR M-601考察制动软管性能。
表4：橡胶软管的性能参数
注：美国铁路协会AAR质量体系是经加拿大、美国、墨西哥三国制定，由美国铁路协会执行的国际铁路产品质量体系最高标准，被视为此类产品的国际市场通行证。
由此可知，采用增塑剂DOTP替换增塑剂DOS，制得的氯丁橡胶胶料的玻璃化转变温度虽然相较氯丁橡胶有所降低，但将其制成橡胶软管，考察其低温柔性时，30s内软管不产生扭结，无法获得较好的低温柔性，这是因为增塑剂DOS为直链的脂肪族脂类增塑剂，分子链柔性较好，在低温时可以保持更好的运动能力；采用单一氯丁橡胶生胶料，同样无法获得低温柔性，无法兼具室温挺性和低温柔性；若增强层的编织覆盖率超过本发明的覆盖率要求，则会影响胶管的低温柔性；若增强层的编织覆盖率低于本发明的覆盖率要求，则影响胶管的爆破性能和室温挺性。
Claims (8)
1.一种轨道交通用超耐低温胶料，其特征在于：它是由包括以下重量份数的原料制成：55～75份高门尼氯丁橡胶，25～45份低门尼氯丁橡胶，0.5～2份硬脂酸，2～4份防护蜡654，2～4份防老剂4010NA，1～3份防老剂OCTAMINE，30～40份增塑剂DOS，40～55份炭黑550，30～40份炭黑774，3～4份硫化剂STRUKTOL ZIMAG 29/43，1～3份促进剂DM，0.3～1份促进剂MTT；其中，高门尼氯丁橡胶和低门尼氯丁橡胶的总重量份数为100份；所述的高门尼氯丁橡胶的门尼粘度为110～130（ML1+4100℃）；所述的低门尼氯丁橡胶的门尼粘度为30～55（ML1+ 4100℃）。
2.根据权利要求1所述的轨道交通用超耐低温胶料，其特征在于：它是由包括以下重量份数的原料制成：65～75份高门尼氯丁橡胶，25～35份低门尼氯丁橡胶，0.5～2份硬脂酸，2～4份防护蜡654，2～4份防老剂4010NA，1～3份防老剂OCTAMINE，30～40份增塑剂DOS，40～55份炭黑550，30～40份炭黑774，3～4份硫化剂STRUKTOL ZIMAG 29/43，1～3份促进剂DM，0.3～1份促进剂MTT。
3.根据权利要求1所述的轨道交通用超耐低温胶料，其特征在于：所述的高门尼氯丁橡胶选自氯丁橡胶DCR-30；所述的低门尼氯丁橡胶选自氯丁橡胶PS-40A。
4.一种权利要求1所述的轨道交通用超耐低温胶料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)、密炼机通水冷却，控制密炼机工作室温度不超过50℃，加入高门尼氯丁橡胶、低门尼氯丁橡胶、硬脂酸、防护蜡654、防老剂4010NA，防老剂OCTAMINE，混炼30～60秒；
步骤(2)、加入增塑剂DOS、炭黑550及炭黑774，混炼3～5分钟；
步骤(3)、加入硫化剂STRUKTOL ZIMAG 29/43、促进剂DM及促进剂MTT，混炼，待温度达到110℃后排出胶料；
步骤(4)、将胶料移至开炼机进行薄通出片，冷却到室温。
5.一种轨道交通用超耐低温制动软管，其特征在于：由内往外依次包括内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层和外胶层，在内胶层和第一中间层之间设有第一增强层，在第一中间层和第二中间层之间设有第二增强层，在第二中间层和外胶层之间设有第三增强层；所述的内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层和外胶层均由权利要求1所述的轨道交通用超耐低温胶料挤出制成，所述的第一增强层、第二增强层、第三增强层均由维纶线编织而成；所述的第一增强层的编织覆盖率为60%～70%；所述的第二增强层的编织覆盖率为55%～65%；所述的第三增强层的编织覆盖率为55%～65%。
6.权利要求5所述的轨道交通用超耐低温制动软管，其特征在于：所述的内胶层的厚度为3.0±0.4mm，第一中间胶层的厚度为0.4±0.1mm，第二中间胶层的厚度为0.4±1mm，外胶层的厚度为2.6±0.2mm。
7.权利要求5所述的轨道交通用超耐低温制动软管，其特征在于：所述的第一增强层、第二增强层、第三增强层均由维纶线采用36腚4股的编织方式编织而成。
8.一种权利要求5所述的轨道交通用超耐低温制动软管的制备方法，其特征在于：包括：内层橡胶挤出、编织一层、中间层橡胶挤出、编织二层、中间层橡胶挤出、编织三层、外层挤出、缠布、硫化、解布、脱芯、裁管、检验工序；其中，硫化温度为150±3℃，硫化时间为60±3min。
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