CN114213776A - 一种弹性体材料及其复合减振垫板和垫板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及减振技术领域，具体涉及一种弹性体材料及其复合减振垫板和垫板的制备方法，本申请的弹性体材料，包含两种材料，通过在阻尼橡胶组分中加入活性剂端羟基聚丁二烯，其双键可参与橡胶的硫化反应，端羟基可参与聚氨酯弹性体的交联反应，使两种弹性体之间形成化学界面结合，使制得的周期复合垫板保持使用稳定性；本发明的复合减振垫板的制备方案，其通过二次转模具硫化工艺，进行非弹性层与弹性体的复合，制得的复合减振垫板，结构稳固，减振性能好；本申请的复合减振垫板，设为由弹性层和非弹性层复合形成的多层周期性结构，通过具有周期性结构的复合减振垫板，通过周期性结构减振特性，实现低高度的高减振特性。

Description

一种弹性体材料及其复合减振垫板和垫板的制备方法
技术领域
本发明涉及减振技术领域，特别是涉及一种弹性体材料及其复合减振垫板和垫板的制备方法。
背景技术
轮轨振动引起的环境问题是影响城市轨道交通发展的主要问题之一，轨道减振器即减振扣件是目前轨道系统采用的主要减振措施之一。相比于需安置于混凝土基础内部的道床减振、轨枕减振措施，扣件减振措施在建设成本、施工便捷度、更换维护方面具有明显优势。当前常用的普通减振扣件、中等减振扣件虽然应用广泛、结构多样，但无法实现高减振的要求；而钢轨悬浮式支撑扣件虽能实现高减振，但由于市场接受程度低，应用受到明显限制，致使高等或特殊减振路段不得不采用道床减振垫、钢弹簧浮置板等成本高、工期长、维护更换难的减振方式，造成诸多不便。
现有技术中，用于制备应用于轮轨的减振垫板，往往只是由一种弹性体材料制成，比如，通过单一性的橡胶来形成整个减振垫板，由于是单一性的材料，其所产生的弹性性能有限，与混合性的材料相比，弹性性能的使用会受到一些局限，如耐老化性较差，机械性较差，稳定性也较差，难以满足长时间的使用，会造成频繁的更替，增加使用成本。此外，对于制备工艺，往往也只是简单的采用模具直接一次性成型，整体结构为一体结构，减振性能有限，在实际使用过程中发现，减振效果达不到轨道减振应用需求。
本发明旨在提出一种弹性材料，以及采用该弹性材料制备减振垫板的方法，以更好地解决轨道减振技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种弹性体材料及其复合减振垫板和垫板的制备方法，本申请的减振垫板，通过周期性结构减振特性，实现低高度的高减振特性。
本发明采用的技术方案是：
一种弹性体材料，所述弹性体材料由弹性体A和弹性体B组成，其中弹性体A为活性阻尼橡胶材质，包含如下质量份数的组分：
溴化丁基橡胶50～80份、丁腈橡胶20～40份、丙烯酸酯橡胶10～30份、氧化锌3～8份、硬脂酸1～4份、补强及功能填料30～100份、防老剂2～5份、硫化促进剂2～8份、硫磺1～3份、C5石油树脂3～10份和端羟基聚丁二烯10～20份；
其中弹性体B为聚氨酯材质，包含如下质量份数的组分：
异氰酸酯预聚体50～90份、聚醚-固化剂组分10～50份和耐候功能助剂2～10份。
进一步地，
所述防老剂为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体和2-巯基苯并咪唑中的至少一种；
所述补强及功能填料为炭黑、白炭黑、蒙脱土和水滑石中的至少一种；
所述硫化促进剂为2,2,-二硫化二苯骈噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、三嗪三硫醇和4-4'-二硫化吗啉中的至少一种。
进一步地，
所述异氰酸酯预聚体为甲苯二异氰酸酯/二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯与聚酯多元醇的预聚体，或为甲苯二异氰酸酯/二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯与聚醚多元醇的预聚体；
所述聚醚-固化剂组分中的固化剂为α-甘油烯丙基醚、二乙醇胺、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷中的至少一种；
所述耐候功能助剂为异氰脲酸酯、二氧化钛和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)中的至少一种。
使用上述的弹性体材料制备复合减振垫板的方法，包含如下步骤：
通过二次转模具硫化工艺，首先将经过表面处理的金属放进第一模具中，注入弹性体A，将弹性体A部分硫化，与金属复合；再将部件转移到第二模具中，浇注弹性体B，硫化成型后，得到弹性体和金属复合的复合减振垫板。
一种使用上述制备方法制得的复合减振垫板，设为由弹性层和非弹性层复合形成的多层周期性结构。
进一步地，所述多层周期性结构设有3～16层，所述复合减振垫板的高度设为4-40mm。
进一步地，所述多层周期性结构中各层平面干涉复合或无干涉复合。
进一步地，所述非弹性层设为连续面，或设为由弹性体连接的若干断层面。
进一步地，所述非弹性层设为完整刚性平面，或在非弹性层设置若干填充腔，在填充腔内设置弹性体。
进一步地，所述弹性层可以由单一材质的弹性体制成，也可以由多种材质的弹性体交替制成。
本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的弹性体材料，由两种不同材质的弹性体层的交错排列，将高回弹与高阻尼有机结合，可进一步提高减振效果，具体地，其中，活性阻尼橡胶中通过溴化丁基橡胶、丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶的并用，有效拓宽制品的阻尼温域和提高阻尼值，同时使橡胶保持良好耐老化性能和良好的机械性能，并通过在阻尼橡胶组分中加入活性剂端羟基聚丁二烯，其双键可参与橡胶的硫化反应，端羟基可参与聚氨酯弹性体的交联反应，使两种弹性体之间形成化学界面结合，从而使制得的周期复合垫板保持使用稳定性；
2、本发明提供的复合减振垫板的制备方案，其通过二次转模具硫化工艺，进行非弹性材料与弹性体的复合，其步骤简单，制备容易，制得的复合减振垫板，结构稳固，减振性能好；
3、本发明提供的复合减振垫板，通过周期性结构减振特性，实现低高度的高减振特性，并可通过复合减振垫板的复合层数设置，进行复合减振垫板高度的调整，以满足应用需求；
4、本发明提供的复合减振垫板，可以通过工厂预制非弹性/弹性体复合垫板，可系统安装，其结构简单，维护简单。
附图说明
图1为本发明的复合减振垫板应用于减振扣件的减振性能测试图；
图2为本发明的一种实施例中将复合减振垫板应用于减振扣件的结构示意图；
图3为本发明的一种实施例中将复合减振垫板应用于减振扣件的结构示意图；
图4为本发明的一种实施例中的复合减振垫板的结构示意图；
图5为本发明的一种实施例中的复合减振垫板的结构示意图；
图6为本发明的一种实施例中的复合减振垫板的结构示意图；
图7为本发明的一种实施例中的非弹性层的结构示意图；
图8为本发明的一种实施例中的非弹性层的结构示意图；
图9为本发明的一种实施例中的复合减振垫板的结构示意图；
附图标记说明：1.扣件本体、2.复合减振板、21.弹性层、22.非弹性层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本申请提供的弹性体材料，所述弹性体材料由弹性体A和弹性体B组成，
其中弹性体A为活性阻尼橡胶材质，包含如下质量份数的组分：
溴化丁基橡胶50～80份、丁腈橡胶20～40份、丙烯酸酯橡胶10～30份、氧化锌3～8份、硬脂酸1～4份、补强及功能填料30～100份、防老剂2～5份、硫化促进剂2～8份、硫磺1～3份、C5石油树脂3～10份和端羟基聚丁二烯10～20份；
其中弹性体B为聚氨酯材质，包含如下质量份数的组分：异氰酸酯预聚体50～90份、聚醚-固化剂组分10～50份和耐候功能助剂2～10份。
具体地，所述防老剂为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体和2-巯基苯并咪唑中的至少一种；
所述补强及功能填料为炭黑、白炭黑、蒙脱土和水滑石中的至少一种；
所述硫化促进剂为2,2,-二硫化二苯骈噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、三嗪三硫醇和4-4'-二硫化吗啉中的至少一种。
所述异氰酸酯预聚体为甲苯二异氰酸酯/二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯与聚酯多元醇的预聚体，或为甲苯二异氰酸酯/二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯与聚醚多元醇的预聚体；
所述聚醚-固化剂组分中的固化剂为α-甘油烯丙基醚、二乙醇胺、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷中的至少一种；
所述耐候功能助剂为异氰脲酸酯、二氧化钛和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)中的至少一种。
本发明提供的弹性体材料，其由两种材质构成，不同材质弹性体层的交错排列，将高回弹与高阻尼有机结合，可进一步提高减振效果，具体地，其中，活性阻尼橡胶中通过溴化丁基橡胶、丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶的并用，有效拓宽制品的阻尼温域和提高阻尼值，同时使橡胶保持良好耐老化性能和良好的机械性能，并通过在阻尼橡胶组分中加入活性剂端羟基聚丁二烯，其双键可参与橡胶的硫化反应，端羟基可参与聚氨酯弹性体的交联反应，使两种弹性体之间形成化学界面结合，从而使制得的周期复合垫板保持使用稳定性。
下面为使用本申请提供的弹性材料制备复合减振垫板的方法，包含如下步骤：通过二次转模具硫化工艺，首先将经过表面处理的非弹性材料放进第一模具中，注入弹性体A，将弹性体A部分硫化，与非弹性材料复合；再将部件转移到第二模具中，浇注弹性体B，硫化成型后，得到弹性体和非弹性材料复合的复合减振垫板。
本申请还提供一种复合减振垫板，参见图4-6所示，所述复合减振垫板2设为由弹性层21和非弹性层22复合形成的多层周期性结构，具体地，本实施例中的非弹性层，由金属、木料、塑胶、橡胶等各类硬质材料制成，优选采用金属材料制成，本实施例中弹性层采用上述实施例中的弹性体材料，本实施例中的复合减振垫板2采用上述实施例中的制备方法，本实施例结构简单，设计合理，通过在减振扣件本体1底端，增加一层具有周期性结构的金属弹性体的复合减振垫板2，通过周期性结构减振特性，实现低高度的高减振特性，并可通过复合减振垫板的复合层数和各层厚度的设置，进行复合垫板高度的调整，以更好地满足应用需求。
在上述实施例的基础上，本实施例中，所述多层周期性结构设有3～16层，所述多层周期性结构的高度设为5-40mm，本实施例中，通过有限层数实现复合减振垫板2的厚度变化及设置，或者通过有限高度实现复合减振垫板2的复合层数的变化，从而可以更好地实现低高度高减振性能，将本申请的复合减振垫板组装于减振扣件，并应用于钢轨轨道中，可起到高减振10～15dB的效果。
在上述实施例的基础上，本实施例中，所述多层周期性结构中各层平面干涉复合或无干涉复合，具体地，参见图4和图5所示，所述多层周期性结构中各层平面无干涉复合时，可以将所述非弹性层22设为连续面，各层平面的厚度可设为相同或不同，其中所述弹性层21可以为单一材质弹性体制成，也可以为多种材质弹性体交替制成；参见图6所示，所述多层周期性结构中各层平面干涉复合时，可以将所述非弹性层22设为由弹性体连接的若干断层面，或者在非弹性层22设置若干弹性体填充腔，在填充腔内填充弹性体，参见图7和图8所示，非弹性层上开设的填充腔的形状可以为任意规则形状或不规则形状，其中填充的弹性体和弹性层21，均可以为单一材质弹性体制成，也可以为多种材质弹性体交替制成，本实施例这样的设置，可以配合减振需求，进一步地通过复合减振垫板的结构调整，实现更好地减振效果。
参见图2和图3，可将本申请中的复合减振垫板2，与需要减振的组件组装后，进行减振，如与普通减振扣件组装后，应用于轨道进行减振，可实现中等减振，与中等减振组件组装使用后，可实现高等减振。
下面为本申请的复合减振垫板应用于减振扣件的具体实施例：
本实施例中所述的减振扣件，其中复合减振垫板2的结构如图9所示，其中的非弹性层为钢质材料，弹性层由为弹性体A(附图9的A)和弹性体B(附图9中的B)交替制成，并在非弹性层设置有断面填充腔，不同层的断面填充腔也是采用弹性体A(附图9的A)和弹性体B(附图9的A)交替填充，其中钢质材料层的厚度为1.5mm，由弹性体A和弹性体B填充的弹性层21的厚度为3mm，其中钢质材料上设置的断面填充腔的宽度为20mm，复合减振垫板2的总厚度为27mm。
其中，弹性体A包含如下重量份的组分：
溴化丁基橡胶75份、丁腈橡胶30份、丙烯酸酯橡胶20份、氧化锌5份、硬脂酸3份、炭黑50份、N-异丙基-N'-苯基对苯二胺5份、2,2,-二硫化二苯骈噻唑5份、硫磺2份、C5石油树脂6份和端羟基聚丁二烯15份；
其中弹性体B为聚氨酯材质，包含如下质量份数的组分：
甲苯二异氰酸酯与聚酯多元醇的预聚体60份、聚醚-二乙醇胺组分30份和异氰脲酸酯6份。
本实施例中的复合减振垫板2，其通过二次转模具硫化工艺，进行钢质材料与弹性体A和弹性体B的复合，得到如图9所示的复合减振垫板2。
将本实施例中提供的减振扣件，与市售的普通扣件和市售的中等减振扣件，通过落锤冲击检测，进行减振性能测试，实验时的落锤高度为100mm，锤重为50Kg，每件样品分别预冲击6次后进行正式实验，实验时每样样品分别进行10次落锤冲击，采集道床和距扣件20cm处地面的振动加速度值，并计算地面处振动加速度级，以两种扣件地面处振动加速度级之差评判扣件的减振性能，试验时每样样品道床和距扣件25cm处地面振动加速度的测试分别采用同加速度传感器进行，取10次冲击振动中最大加速度平均值进行评价，地面(距扣件25cm)振动加速级VAL用下式计算：
Figure BDA0003449773740000081
式中：a为实测最大振动加速度平均值，m/s2；a为基准加速度，a0＝10-6m/s2，测试结果如图1所示。
参见图1可知，本发明通过采用由两种不同材质的弹性体层的交错排列，将高回弹与高阻尼有机结合的复合减振垫板，并通过两步硫化制得金属与弹性体复合减振垫板，使得本申请的减振效果明显由于普通扣件和中等减振扣件，通过在减振扣件本体底端，增加一层具有周期性结构的金属弹性体复合减振垫板，通过周期性结构减振特性，实现低高度的高减振特性，并可通过复合减振垫板的复合层数设置，进行扣件本体高度的调整，安装和使用方便，便于推广应用。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种弹性体材料，其特征在于，所述弹性体材料由弹性体A和弹性体B组成，
其中弹性体A为活性阻尼橡胶材质，包含如下质量份数的组分：
溴化丁基橡胶50～80份、丁腈橡胶20～40份、丙烯酸酯橡胶10～30份、氧化锌3～8份、硬脂酸1～4份、补强及功能填料30～100份、防老剂2～5份、硫化促进剂2～8份、硫磺1～3份、C5石油树脂3～10份和端羟基聚丁二烯10～20份；
其中弹性体B为聚氨酯材质，包含如下质量份数的组分：异氰酸酯预聚体50～90份、聚醚-固化剂组分10～50份和耐候功能助剂2～10份。
2.根据权利要求1所述的一种弹性体材料，其特征在于，
所述防老剂为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体和2-巯基苯并咪唑中的至少一种；
所述补强及功能填料为炭黑、白炭黑、蒙脱土和水滑石中的至少一种；
所述硫化促进剂为2,2,-二硫化二苯骈噻唑、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、三嗪三硫醇和4-4'-二硫化吗啉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种弹性体材料，其特征在于，
所述异氰酸酯预聚体为甲苯二异氰酸酯/二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯与聚酯多元醇的预聚体，或为甲苯二异氰酸酯/二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯与聚醚多元醇的预聚体；
所述聚醚-固化剂组分中的固化剂为α-甘油烯丙基醚、二乙醇胺、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷中的至少一种；
所述耐候功能助剂为异氰脲酸酯、二氧化钛和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)中的至少一种。
4.使用权利要求1-3中任一项所述的一种弹性体材料制备复合减振垫板的方法，其特征在于，包含如下步骤：通过二次转模具硫化工艺，首先将经过表面处理的金属放进第一模具中，注入弹性体A，将弹性体A部分硫化，与金属复合；再将部件转移到第二模具中，浇注弹性体B，硫化成型后，得到弹性体和金属复合的复合减振垫板。
5.一种使用权利要求4中所述的制备方法制得的复合减振垫板，其特征在于，所述复合减振垫板设为由弹性层和非弹性层复合形成的多层周期性结构。
6.根据权利要求5所述的一种复合减振垫板，其特征在于，所述多层周期性结构设有3～16层，所述复合减振垫板的高度设为4-40mm。
7.根据权利要求5所述的一种复合减振垫板，其特征在于，所述多层周期性结构中各层平面干涉复合或无干涉复合。
8.根据权利要求5所述的一种复合减振垫板，其特征在于，所述非弹性层设为连续面，或设为由弹性体连接的若干断层面。
9.根据权利要求5所述的一种复合减振垫板，其特征在于，所述非弹性层设为完整刚性平面，或在非弹性层设置若干填充腔，在填充腔内设置弹性体。
10.根据权利要求5所述的一种复合减振垫板，其特征在于，所述弹性层可以由单一材质的弹性体制成，也可以由多种材质的弹性体交替制成。
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