CN114940791B - 一种阻燃epdm高速动车组气制动软管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制备高速动车组气制动软管的胶料，包括制备软管内胶层和中胶层的胶料、制备软管外胶层的胶料。本发明还公开了一种阻燃EPDM高速动车组气制动软管，软管由内到外依次为内胶层、第一编织层、第一中胶层、第二编织层、第二中胶层、第三编织层、外胶层；所述的内胶层、第一中胶层、第二中胶层均分别由所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料挤出成型，所述的外胶层由所述的制备软管外胶层的胶料挤出成型。本发明阻燃EPDM高速动车组气制动软管性能优异：低温性能好，耐疲劳性能好，能够满足EN45545‑HL2阻燃等级要求，且软管生产过程中不需要使用胶浆，生产过程环保，生产效率高。

Description

一种阻燃EPDM高速动车组气制动软管
技术领域
本发明属于橡胶复合材料加工领域和高速动车制动系统领域，涉及一种用于高速动车组气制动软管的胶料，具体涉及用于制备软管内胶层和中胶层的胶料、制备软管外胶层的胶料，以及以上述胶料制备的阻燃EPDM高速动车组气制动软管。
背景技术
高速动车组制动系统软管是高速动车组制动系统的重要安全组件，其功能是传输压缩空气到各制动缸以保证车辆制动系统工作可靠。目前，该类型制动管均采用进口意大利软管，在国内组装总成。进口软管采用乙华平橡胶，客户反馈该产品低温性能差，运行1-2年后易出现鼓泡、外层靠近弯曲处产生裂纹等失效模式，偶尔发生爆管现象。
发明内容
本发明的目的在于针对现用进口胶管在装车运行过程中出现的问题，提供一种用于制备高速动车组气制动软管的胶料，并以该胶料制备高速动车组气制动软管的内、中、外胶层，该软管性能优异：低温性能好，耐疲劳性能好，能够满足EN45545-HL2阻燃等级要求，且软管生产过程中不需要使用胶浆，生产过程环保，生产效率高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于制备高速动车组气制动软管的胶料，包括制备软管内胶层和中胶层的胶料、制备软管外胶层的胶料。
所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料由包括以下重量份数的原料制成：200份三元乙丙橡胶EPDM 5469C，6～12份氧化锌，1～2硬脂酸，2～4份防老剂，10～15份增塑剂，100～150份炭黑，0.3～1份硫化剂，3.5～7份促进剂，10～20份白炭黑，10～15份增粘树脂。
所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料中，所述的防老剂为防老剂FR、防老剂MMBI-70中的至少一种，优选为防老剂FR和防老剂MMBI-70按照重量比1:1的组合。
所述的增塑剂为石蜡油2280。
所述的炭黑为炭黑N330、炭黑N550、天然气半补强炭黑中的至少一种，优选为炭黑N330和炭黑N550按照重量比1:1～1.5:1的组合。
所述的硫化剂为硫磺S-80。
所述的促进剂为促进剂CZ、促进剂ZBEC、促进剂DTDC-80、促进剂TBZTD-70中的至少一种，优选为促进剂CZ、促进剂ZBEC、促进剂DTDC-80和促进剂TBZTD-70按照重量比(0.5～1.2):1.2:(0.8～2.5):(1.2～1.8)的组合。
所述的增粘树脂为古马龙树脂、粘合剂RS、粘合剂A中的至少一种，优选为古马龙树脂、粘合剂RS和粘合剂A按照重量比(5～8):3:2的组合。
所述的制备软管外胶层的胶料由包括以下重量份数的原料制成：100份三元乙丙橡胶EPDM 8570C，4～6份氧化锌，1～2硬脂酸，2～4份防老剂，30～60份增塑剂，20～40份炭黑，80～120份磷氮系复配阻燃剂，1～2份硫磺，4～5份促进剂。
所述的制备软管外胶层的胶料中，所述的防老剂为防老剂RD、防老剂MB中的至少一种，优选为防老剂RD和防老剂MB按照重量比(1～2):1的组合。
所述的炭黑为炭黑N550、炭黑N330中的至少一种。
所述的磷氮系复配阻燃剂为磷氮系复配阻燃剂FR690。
所述的增塑剂为增塑剂DOS、石蜡油2280中的至少一种。
所述的促进剂为促进剂TMTD、促进剂BZ、促进剂DTDM-80、促进剂DM中的至少一种，优选为促进剂TMTD、促进剂BZ、促进剂DTDM-80和促进剂DM按照重量比(0.5～0.7):(1.5～2):1:(1～1.5)的组合。
本发明的另一个目的是提供一种阻燃EPDM高速动车组气制动软管，包括三层编织结构，软管由内到外依次为内胶层、第一编织层、第一中胶层、第二编织层、第二中胶层、第三编织层、外胶层；所述的内胶层、第一中胶层、第二中胶层均分别由所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料挤出成型，所述的外胶层由所述的制备软管外胶层的胶料挤出成型。
所述的阻燃EPDM高速动车组气制动软管的内径为21.5～22.5mm，所述的内层胶的厚度为2.5～3.5mm，第一中胶层的厚度为0.45～0.65mm，第二中胶层的厚度为0.45～0.65mm，外层胶的厚度为2.0～3.0mm。
所述的第一编织层材料为异氰酸酯浸胶1500D～2000D聚酯线、第二编织层材料为异氰酸酯浸胶1500D～2000D聚酯线，第三编织层材料为异氰酸酯浸胶1000D聚酯线。
所述的第一编织层按照36锭，每锭2～3股线编织而成，第一编织层的编织覆盖率为45％～65％；所述的第二编织层按照36锭，每锭2～3股线编织而成，所述的第二编织层的编织覆盖率为40％～60％；所述的第三编织层按照36锭，每锭1股编织而成，所述的第三编织层的编织覆盖率为15％～25％。
本发明的有益效果：
本发明阻燃EPDM高速动车组气制动软管内层胶和中间层胶为三元乙丙橡胶胶料，组合物采用高分子量、高乙烯含量的充油三元乙丙橡胶，保证混炼胶足够的常规物性，同时配合间甲白体系，提高粘合强度；外层胶为阻燃型三元乙丙橡胶组合物，组合物中采用的磷氮系复配阻燃剂由多种无卤环保阻燃剂复合而成，使橡胶在燃烧时分解生成不挥发的玻璃状物质和碳层，覆盖在材料表面，形成致密包覆层，阻隔热量和氧气的传入，从而达到阻燃效果。与进口软管相比，本发明软管采用三元乙丙橡胶代替乙华平橡胶，同时配合防老体系、并用石蜡油与分子链柔性较好的脂肪族酯类增塑剂使软管耐候性、耐老化性能、低温性能显著提升，再通过胶管结构设计使其兼具优越的常温挺性、低温柔性和爆破强度。本发明阻燃EPDM高速动车组气制动软管能取代进口产品，实现该产品国产化。
本发明使用浸胶聚酯线，初始模量高、伸长率小、尺寸稳定性好，硫化过程中不会有树脂化风险。另外，目前大批量使用的进口软管，胶管各层间涂覆大量胶浆，而本发明胶管生产过程中不采用任何胶浆，通过三层编织结构，控制各层增强层覆盖率，在保证爆破强度的前提下能够提供足够的粘合强度；同时，第二中间胶层及第三编织层的设计解决了外层阻燃胶料粘合难的问题，整个生产过程环保无污染，因不采用任何胶水，胶管编织完后，无需停放即可进入下道工序，提高生产效率。
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做进一步说明。
表1.内胶层及中胶层胶料配方(重量份数)
实施例1
内胶层及中胶层的胶料的原料及重量份数如表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℃，加入三元乙丙橡胶、防老剂FR、防老剂MMBI-70、粘合剂RS、古马龙树脂、氧化锌、硬脂酸，混炼30～60秒；
步骤(2)、加入石蜡油2280、炭黑N550、炭黑N330、白炭黑，混炼3～5分钟；
步骤(3)、加入硫磺S-80、促进剂CZ、促进剂ZBEC、促进剂DTDC-80、促进剂TBZTD-70、粘合剂A，混炼，待温度达到120℃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。
实施例2
按照表1称取原料，参照实施例1的制备方法制得胶料。
实施例3
按照表1称取原料，参照实施例1的制备方法制得胶料。
实施例4
按照表1称取原料，参照实施例1的制备方法制得胶料。
考察实施例1-实施例4制得的胶料的性能，并以意大利φ22进口制动软管(内外层均为乙华平橡胶组合物)用胶料为对比例，结果见表2。
表2.内胶层及中胶层的胶料性能参数
表3.外胶层胶料配方(重量份数)
实施例5
外胶层胶料的原料及重量份数如表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℃，加入三元乙丙橡胶、防老剂RD、防老剂MB、氧化锌、硬脂酸、磷氮系复配阻燃剂FR690，混炼40～60秒；
步骤(2)、加入增塑剂DOS、石蜡油2280、炭黑N550、炭黑N330，混炼至温度达到90℃；
步骤(3)、加入硫磺S-80、促进剂TMTD、促进剂BZ、促进剂DTDM-80、促进剂DM，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。
实施例6
按照表3称取原料，参照实施例5的制备方法制得胶料。
实施例7
按照表3称取原料，参照实施例5的制备方法制得胶料。
考察实施例5-实施例7制得的胶料的性能，并以意大利φ22进口制动软管(内外层均为乙华平橡胶组合物)用胶料为对比例，结果见表4。
表4.外胶层胶料性能参数
表5.胶管结构实施方案
实施例8
一种阻燃EPDM高速动车组气制动软管，由内往外依次包括内胶层、第一编织层、第一中胶层、第二编织层、第二中胶层、第三编织层、外胶层；其中，如表5，所述的内胶层、第一中胶层、第二中胶层由实施例1三元乙丙橡胶胶料挤出而成，外胶层由实施例5具有阻燃性能的三元乙丙橡胶胶料挤出而成，第一编织层、第二编织层均使用异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线采用36锭、每锭2股线的编织方式编织而成，第三编织层使用异氰酸酯浸胶的1000D聚酯线采用36锭、每锭1股线的编织方式编织而成。
阻燃EPDM高速动车组气制动软管的制备方法如下，包括以下步骤：
步骤(1)、使用外径为22mm的芯棒，挤出胶管内胶层，内胶层的厚度为3.0mm；
步骤(2)、编织线为异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线，按照36锭、每锭2股线、编织角度54°44′编织得到第一编织层；
步骤(3)、挤出第一中间胶层，胶层厚度为0.50mm；
步骤(4)、编织线为异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线，按照36锭、每锭2股线、编织角度54°44′编织得到第二编织层；
步骤(5)、挤出第二中间胶层，胶层厚度为0.50mm；
步骤(6)、编织线为异氰酸酯浸胶的1000D聚酯线，按照36锭、每锭1股线、编织角度54°44′编织得到第三编织层；
步骤(7)、挤出胶管外胶层，胶层厚度为2.5mm；
步骤(8)、胶管硫化：硫化温度为150℃，硫化时间为60分钟；
步骤(9)、胶管检验、入库。
实施例9
本实施例胶管的结构及各层材料如表5所示，内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层均采用实施例1三元乙丙橡胶胶料，外胶层采用实施例5三元乙丙橡胶胶料，制备方法如下：
步骤(1)、使用外径为22mm的芯棒，挤出胶管内胶层，内胶层的厚度为3.0mm；
步骤(2)、编织线为异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线，按照36锭、每锭3股线、编织角度54°44′编织得到第一编织层；
步骤(3)、挤出第一中间胶层，胶层厚度为0.50mm；
步骤(4)、编织线为异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线，按照36锭、每锭3股线、编织角度54°44′编织得到第二编织层；
步骤(5)、挤出第二中间胶层，胶层厚度为0.50mm；
步骤(6)、编织线为异氰酸酯浸胶的1000D聚酯线，按照36锭、每锭1股线、编织角度54°44′编织得到第三编织层；
步骤(7)、挤出胶管外胶层，胶层厚度为2.5mm；
步骤(8)、胶管硫化：硫化温度为150℃，硫化时间为60分钟；
步骤(9)、胶管检验、入库。
对比例1
胶管结构及各层材料如表5所示，内胶层、第一中间胶层均采用实施例1三元乙丙橡胶胶料，外胶层采用实施例5三元乙丙橡胶胶料，制备方法如下：
步骤(1)、使用外径为22mm的芯棒，挤出胶管内胶层，内胶层的厚度为3.0mm；
步骤(2)、编织线为异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线，按照36锭、每锭3股线、编织角度54°44′得到第一编织层；
步骤(3)、挤出第一中间胶层，胶层厚度为1.5mm；
步骤(4)、编织线为异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线，按照36锭、每锭3股线、编织角度54°44′编织得到第二编织层；
步骤(5)、挤出胶管外胶层，胶层厚度为2.5mm；
步骤(6)、胶管硫化：硫化温度为150℃，硫化时间为60分钟；
步骤(7)、胶管检验、入库。
对比例2
胶管结构及各层材料如表5所示，内胶层、第一中间胶层、第二中间胶层均采用实施例1三元乙丙橡胶胶料，外胶层采用实施例5三元乙丙橡胶胶料，制备方法如下：
步骤(1)、使用外径为22mm的芯棒，挤出胶管内胶层，内胶层的厚度为3.0mm；
步骤(2)、编织线为异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线，按照36锭、每锭1股线、编织角度54°44′编织得到第一编织层；
步骤(3)、挤出第一中间胶层，胶层厚度为0.50mm；
步骤(4)、编织线为异氰酸酯浸胶的2000D聚酯线，按照36锭、每锭1股线、编织角度54°44′编织得到第二编织层；
步骤(5)、挤出第二中间胶层，胶层厚度为0.50mm；
步骤(6)、编织线为异氰酸酯浸胶的1000D聚酯线，按照36锭、每锭1股线、编织角度54°44′编织得到第三编织层；
步骤(7)、挤出胶管外胶层，胶层厚度为2.5mm；
步骤(8)、胶管硫化：硫化温度为150℃，硫化时间为60分钟；
步骤(9)、胶管检验、入库。
对比例3
意大利φ22进口制动软管。
实施例8-实施例9以及对比例1-对比例3的胶管性能如下：
表6.胶管性能
可以看出，实施例8和实施例9的胶管性能优异，且实施例8的粘合强度最优，实施例9第一编织层采用36锭*3股结构，覆盖率为63.2％时，粘合强度相比实施例8较低，但仍满足技术要求，实施例9的爆破强度最优；对比例1采用两层编织结构，覆盖率分别与实施例9前两层编织覆盖率相同，胶管低温柔性、室温挺性及爆破强度满足要求，但外层粘合强度数值下降明显，容易在使用过程中造成胶管鼓包、爆管的风险；对比例2采用三层编织层，进一步调整各层编织结构为36锭*1股，胶管管体挺性下降明显，室温挺性不满足要求，且爆破压力不合格；对比例3为意大利φ22进口软管，耐低温性能较差，且软管本身不满足阻燃要求。
综上，采用三层编织结构，异氰酸酯浸胶聚酯线作为编织层材料，第一编织层结构为36锭，每锭2～3股线，第二编织层结构为36锭，每锭2～3股线，第三编织层结构为36锭*1股结构，第一编织层覆盖率控制在45％～65％；第二编织层覆盖率控制在40％～60％；第三编织层的编织覆盖率为15％～25％时，胶管综合性能最优。

Claims (7)

1.一种用于制备高速动车组气制动软管的胶料，其特征在于：包括制备软管内胶层和中胶层的胶料、制备软管外胶层的胶料；
所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料由以下重量份数的原料制成：200份三元乙丙橡胶EPDM 5469C，6～12份氧化锌，1～2份硬脂酸，2～4份防老剂，10～15份增塑剂，100～150份炭黑，0.3～1份硫化剂，3.5～7份促进剂，10～20份白炭黑，10～15份增粘树脂；
所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料中，所述的防老剂为防老剂FR和防老剂MMBI-70按照重量比1:1的组合；所述的硫化剂为硫磺S-80；所述的促进剂为促进剂CZ、促进剂ZBEC、促进剂DTDC-80和促进剂TBZTD-70按照重量比(0.5～1.2):1.2:(0.8～2.5):(1.2～1.8)的组合；所述的增粘树脂为古马龙树脂、粘合剂RS和粘合剂A按照重量比(5～8):3:2的组合；
所述的制备软管外胶层的胶料由以下重量份数的原料制成：100份三元乙丙橡胶EPDM8570C，4～6份氧化锌，1～2份硬脂酸，2～4份防老剂，30～60份增塑剂，20～40份炭黑，80～120份磷氮系复配阻燃剂，1～2份硫磺，4～5份促进剂；
所述的制备软管外胶层的胶料中，所述的防老剂为防老剂RD和防老剂MB按照重量比(1～2):1的组合；所述的促进剂为促进剂TMTD、促进剂BZ、促进剂DTDM-80和促进剂DM按照重量比(0.5～0.7):(1.5～2):1:(1～1.5)的组合。
2.根据权利要求1所述的用于制备高速动车组气制动软管的胶料，其特征在于：所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料中，所述的炭黑为炭黑N330、炭黑N550、天然气半补强炭黑中的至少一种；
所述的制备软管外胶层的胶料中，所述的炭黑为炭黑N550、炭黑N330中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的用于制备高速动车组气制动软管的胶料，其特征在于：所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料中，所述的炭黑为炭黑N330和炭黑N550按照重量比1:1～1.5:1的组合。
4.根据权利要求1所述的用于制备高速动车组气制动软管的胶料，其特征在于：所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料中，所述的增塑剂为石蜡油2280；
所述的制备软管外胶层的胶料中，所述的增塑剂为增塑剂DOS、石蜡油2280中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于制备高速动车组气制动软管的胶料，其特征在于：所述的制备软管外胶层的胶料中，所述的磷氮系复配阻燃剂为磷氮系复配阻燃剂FR690。
6.一种阻燃EPDM高速动车组气制动软管，其特征在于：软管由内到外依次为内胶层、第一编织层、第一中胶层、第二编织层、第二中胶层、第三编织层、外胶层；所述的内胶层、第一中胶层、第二中胶层均分别由权利要求1所述的制备软管内胶层和中胶层的胶料挤出成型，所述的外胶层由权利要求1所述的制备软管外胶层的胶料挤出成型；
所述的第一编织层材料为异氰酸酯浸胶1500D～2000D聚酯线、第二编织层材料为异氰酸酯浸胶1500D～2000D聚酯线，第三编织层材料为异氰酸酯浸胶1000D聚酯线；
所述的第一编织层按照36锭，每锭2～3股线编织而成，第一编织层的编织覆盖率为45％～65％；所述的第二编织层按照为36锭，每锭2～3股线编织而成，所述的第二编织层的编织覆盖率为40％～60％；所述的第三编织层按照36锭，每锭1股编织而成，所述的第三编织层的编织覆盖率为15％～25％。
7.根据权利要求6所述的阻燃EPDM高速动车组气制动软管，其特征在于：所述的阻燃EPDM高速动车组气制动软管的内径为21.5～22.5mm，所述的内胶层的厚度为2.5～3.5mm，第一中胶层的厚度为0.45～0.65mm，第二中胶层的厚度为0.45～0.65mm，外胶层的厚度为2.0～3.0mm。
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