CN116462894B - 一种轨道用超性能橡胶垫板材料、制备方法及垫板结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道用超性能橡胶垫板材料、制备方法及垫板结构，包括如下按重量份计的组分：天然橡胶20‑30份，丁腈橡胶50‑70份，热塑性聚酯弹性体20‑30份，改性中空纤维25‑30份，介孔纳米碳酸钙10‑30份，改性碳纳米管15‑20份，聚碳酸酯8‑10份，石油树脂10‑15份，硫化活化剂2‑4份，防老剂2‑4份，硫化促进剂2‑4份，硫化剂1‑3份，分散剂4‑6份，发泡剂3‑6份。本发明通过采用天然橡胶与丁腈橡胶混合作为橡胶主体，兼具了天然橡胶的优良弹性以及丁腈橡胶的优良力学性能，同时通过添加热塑性聚酯弹性体、聚碳酸酯以及多种增强填料组合，大大的提高垫板的硬度、拉伸强度、静刚度等力学性能，能够提高橡胶垫板的力学性能，避免使用过程中的受压开裂，同时保证了垫板的弹性与减震性能。

Description

一种轨道用超性能橡胶垫板材料、制备方法及垫板结构
技术领域
本发明涉及轨道交通垫板材料技术领域，具体而言，涉及一种轨道用超性能橡胶垫板材料、制备方法及垫板结构。
背景技术
轨道交通橡胶垫板是轨道结构中的重要部件，安装在钢轨和混凝土轨枕之间或地下的弹性垫板，是把钢轨和轨枕弹性地结合起来，其主要作用是对列车通过钢轨时产生的高速振动和冲击起到缓冲作用，保护路基和轨枕，因此需要具有良好的减振性能。
随着我国轨道交通运输业的发展，铁路不断提速，对轨道运行减隔振的要求越来越严格，要求橡胶垫板要从材料选择和结构进行改进，以适应车辆的高速运行，而且因橡胶垫板需长期露天使用，因此不仅要求橡胶垫板具有优良的耐剪切性能、良好的电绝缘性能和吸震性能，而且应具有良好的耐寒、耐潮和耐气候老化性能。
目前生产橡胶垫板一般选择丁苯橡胶或三元乙丙橡胶作为主体材料，与补强剂(炭黑)、硫化剂、防老剂等助剂混炼硫化制得。此类橡胶垫板虽具有优良的耐热及耐气候老化性能，但也存在一定缺陷，主要是制得的橡胶垫板力学性能差，受压易破损，易产生龟裂纹，弹性不足，减振效果差；且现有橡胶垫板生产过程中使用炭黑作为补强剂，导致成品橡胶垫板电阻降低，影响产品绝缘性能。
另外，目前轨道交通的钢轨减振扣件结构包括上下铁垫板和中间的橡胶垫板，在该橡胶垫板表面为保证刚度一般会采用凸点设计，在使用中，由于橡胶垫板上的凸点与凸点之间留有间隙，这些间隙在上下铁垫板之间形成空鼓，既无法起到良好的减震作用，又会产生极大的噪音。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有橡胶垫板力学性能差，受压易破损，易产生龟裂纹，弹性不足，减振效果差；且现有橡胶垫板生产过程中使用炭黑作为补强剂，导致成品橡胶垫板电阻降低，影响产品绝缘性能，本发明目的在于提供一种轨道用超性能橡胶垫板材料、制备方法及垫板结构，能够提高橡胶垫板的力学性能，避免使用过程中的受压开裂，同时保证了垫板的弹性与减震性能。
本发明通过下述技术方案实现：
一种轨道用超性能橡胶垫板材料，包括如下按重量份计的组分：天然橡胶20-30份，丁腈橡胶50-70份，热塑性聚酯弹性体20-30份，改性中空纤维25-30份，介孔纳米碳酸钙10-30份，改性碳纳米管15-20份，聚碳酸酯8-10份，石油树脂10-15份，硫化活化剂2-4份，防老剂2-4份，硫化促进剂2-4份，硫化剂1-3份，分散剂4-6份，发泡剂3-6份。
本发明采用天然橡胶与丁腈橡胶混合作为橡胶主体，兼具了天然橡胶的优良弹性以及丁腈橡胶的优良力学性能，同时天然橡胶作为非极性橡胶，丁腈橡胶作为极性橡胶，两者结合能够提高材料的阻尼性能，进而增强其减震效果；另外，材料配方中引入热塑性聚酯弹性体，使得橡胶弹性垫板能够兼具发泡弹性垫板的优良性能，从而提高其强度，同时通过添加聚碳酸酯改善能够改善弹性体的低温抗冲应力开裂性能，以提高其耐冷性；最后，本发明通过多种增强填料的创造性组合，大大的提高垫板的硬度、拉伸强度、静刚度等力学性能。
进一步的，包括如下按重量份计的组分：天然橡胶25份，丁腈橡胶60份，热塑性聚酯弹性体30份，改性中空纤维25份，介孔纳米碳酸钙25份，改性碳纳米管15份，聚碳酸酯10份，石油树脂10份，硫化活化剂4份，防老剂3份，硫化促进剂3份，硫化剂3份，分散剂5份，发泡剂4份。
进一步的，所述改性中空纤维为改性纳米二氧化硅填充的中空纤维，其制备方法如下：
(1)将纳米二氧化硅粉末与超支化聚合物按一定重量份混合，在捏合机中进行捏合，得到改性纳米二氧化硅；其中，纳米二氧化硅85-100份，超支化聚合物2-3份；
(2)将步骤(1)所得的改性纳米二氧化硅与纤维原料分别置于烘箱中，加热干燥以除去残留水分；
(3)将装有二甲基甲酰胺的容器置于恒温水浴中，待温度恒定后，加入改性纳米二氧化硅及聚乙烯吡咯烷酮，开启高速搅拌，并采用超声分散，然后加入纤维原料，搅拌一定时间得到稳定均匀的铸膜液，然后将铸膜液转移至反应釜中，降低温度静置一定时间；其中，二甲基甲酰胺49-63份、改性纳米二氧化硅5-8份、聚乙烯吡咯烷酮2-3份、纤维原料30-40份；
(4)采用中空纤维纺丝机，利用压力使铸膜液从喷丝头挤出，经空气干燥后，进入凝固浴，然后淋洗、干燥，制得改性纳米二氧化硅填充的中空纤维。
本发明通过加入改性纳米二氧化硅填充的中空纤维作为补强填料，首先纤维本身的加入能够与基体橡胶材料形成机械强度从而提高产品抗蠕变性，同时中空纤维内填充有改性纳米二氧化硅，当垫板材料受压或者受拉强度过大时内部中空纤维断裂后，其内部的改性纳米二氧化硅能够从中空纤维中流出以对断裂中空纤维产生的裂缝进行填补，从而避免产生裂痕，其中纳米二氧化硅采用超支化聚合物改性后能够使纳米二氧化硅具有良好的流动性与分散性，因此能够改性纳米二氧化硅从断裂中空纤维中流出时能够快速的与周围基体材料结合，有效避免产品在使用过程中产生龟裂，同时也避免了加入炭黑入后使产品电阻降低的问题。
进一步的，所述介孔纳米碳酸钙的制备方法如下：
(1)将碳酸钠溶液和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯按一定比例混合，搅拌均匀后形成混合底液；
(2)将步骤(1)所得混合底液、25wt％的硬脂酸溶液和30wt％的油酸钠溶液按比例混合配制成混合液，加入三磷酸五钠，进行1100-1300r/min的高速搅拌，并在搅拌过程中滴加氯化钙溶液，搅拌至其形成均匀乳液；
(3)过滤分离出固相和滤液，对分离得到的固相进行冷冻干燥，得到介孔纳米碳酸钙。
本发明通过加入介孔纳米碳酸钙作为补强材料，介孔纳米碳酸钙分子簇的吸附作用及高的表面活性能够与改性中空纤维之间形成大量微网状结构，和其他材料之间形成相互作用，提高材料的拉伸强度，另外，当垫板材料受压或者受拉强度过大时内部中空纤维断裂后，其内部的改性纳米二氧化硅释放后也能够受到介孔纳米碳酸钙分子簇的吸附作用保证微网状结构的稳定性与强度。
进一步的，所述改性碳纳米管的制备方法如下：
(1)碳纳米管层的制备：采用微乳液法在碳纳米管模板表面包覆一层均匀的碳纳米管壳层，形成碳纳米管模板-碳纳米管层核壳结构；
(2)介孔二氧化硅层的制备：将(1)得到的核壳结构纳米管分散到去离子水中，然后加入阳离子表面活性剂，超声处理，随后加入氨水并加热搅拌，最后缓慢滴加适量正硅酸乙酯，反应完成后洗涤干燥，得到碳纳米管模板-碳纳米管层-介孔二氧化硅层核壳结构；
(3)高温煅烧，除去碳纳米管模板，形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管；
(4)将形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管置入85-95℃的2％的甲磺酸溶液中活化3.5-4h，得到表面活化的磁性纳米管。
本发明通过加入碳纳米管层-介孔二氧化硅层核壳结构的碳纳米管作为补强材料，一方面碳纳米管作为两端开口的中空结构，其具有更大的比表面积具有良好的表面活性，能够提高与其他成分之间的结合力，同时碳纳米管本身强度高，从而大大的增强材料的强度，另一方面，碳纳米管表面包覆的介孔二氧化硅层，还采用甲磺酸溶液活化，因此介孔二氧化硅层富含大量的羟基基团，能够与，能在极性橡胶基体内部形成分子间氢键，阻碍橡胶链段的运动，增大其大分子运动内摩擦，进而提高聚合物的阻尼性能，从而提高减震能力。
进一步的，所述硫化活化剂采用硬脂酸，所述硫化剂采用硫磺。
本发明进一步提供一种轨道用超性能橡胶垫板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别制备改性中空纤维、介孔纳米碳酸钙、和改性碳纳米管；
(2)将热塑性聚酯弹性体投入到开炼机中，进行薄通处理；
(3)将步骤(1)处理后的热塑性聚酯弹性体、天然橡胶和丁腈橡胶投入到密炼机中混炼均匀；
(4)依次向密炼机中加入改性中空纤维、改性碳纳米管、聚碳酸酯、石油树脂、硬脂酸、防老剂和分散剂，混炼均匀之后停放至室温；
(5)在将步骤(4)的混炼胶投入密炼机中，加入介孔纳米碳酸钙、硫化促进剂、硫磺、发泡剂，继续混炼，混炼均匀之后停放至室温，再放入到双辊开炼机中，裁剪出胶片；
(6)将胶片置于模具中，硫化成型。
本发明进一步提供一种轨道用超性能橡胶垫板结构，包括从上至下依次设置的上橡胶层、中橡胶层与下橡胶层，上橡胶层与下橡胶层均采用本发明橡胶垫板材料制得，中橡胶层采用天然橡胶材料制得；所述中橡胶层呈网格状结构，网格框条的宽度与网格空隙比为1-1.5:1，所述的网格空隙中填充有增强纤维块。
进一步的，所述增强纤维块采用尼龙丝或碳纤维。
进一步的，所述上橡胶层的底面呈波浪形，中橡胶层的表面呈与上橡胶层的底面嵌合的波浪形，中橡胶层的底面呈波浪形，下橡胶层的表面呈与中橡胶层的底面嵌合的波浪形。
现有用于轨道的弹性垫板通常常用采用单一且单层的弹性垫板材料，其减震能力、强度以及消除噪音的能力一般。本发明创造性的设置一种橡胶垫板结构，包括上、中和下三层结构，其中上、下层采用本发明的橡胶垫板材料、中间采用天然橡胶，首先上下两层的橡胶垫板材料具有优良的减震性能、力学性能以及耐老化耐高温等性能，其次中间采用天然橡胶，相对于其他相较来说，天然橡胶具有更好的弹性，因此能够缓冲上层与下层之间的震动，提高垫板整体的柔性，减少噪音的产生；另外，中橡胶层呈网格状结构，网格框条的宽度与网格空隙比为1-1.5:1，所述的网格空隙中填充有增强纤维块，中橡胶层呈网格状结构能够使中层受到挤压时能够有更好的变形空间，而在空隙中设置增强纤维块，能够在中间层受压时提供良好的支撑作用，提高中层的强度。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料，采用天然橡胶与丁腈橡胶混合作为橡胶主体，兼具了天然橡胶的优良弹性以及丁腈橡胶的优良力学性能，同时天然橡胶作为非极性橡胶，丁腈橡胶作为极性橡胶，两者结合能够提高材料的阻尼性能，进而增强其减震效果；另外，材料配方中引入热塑性聚酯弹性体，使得橡胶弹性垫板能够兼具发泡弹性垫板的优良性能，从而提高其强度，同时通过添加聚碳酸酯改善能够改善弹性体的低温抗冲应力开裂性能，以提高其耐冷性；
2、本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料，通过加入改性纳米二氧化硅填充的中空纤维作为补强填料，能够与基体橡胶材料形成机械强度从而提高产品抗蠕变性，同时中空纤维内填充有改性纳米二氧化硅，当垫板材料受压或者受拉强度过大时内部中空纤维断裂后，其内部的改性纳米二氧化硅能够从中空纤维中流出以对断裂中空纤维产生的裂缝进行填补，从而避免产生裂痕；
3、本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料，中空纤维中纳米二氧化硅采用超支化聚合物改性后能够使纳米二氧化硅具有良好的流动性与分散性，因此能够改性纳米二氧化硅从断裂中空纤维中流出时能够快速的与周围基体材料结合，有效避免产品在使用过程中产生龟裂，同时也避免了加入炭黑入后使产品电阻降低的问题；
4、本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料，通过加入介孔纳米碳酸钙作为补强材料，介孔纳米碳酸钙分子簇的吸附作用及高的表面活性能够与改性中空纤维之间形成大量微网状结构，和其他材料之间形成相互作用，提高材料的拉伸强度；
5、本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料，通过加入碳纳米管层-介孔二氧化硅层核壳结构的碳纳米管作为补强材料，碳纳米管作为两端开口的中空结构，其具有更大的比表面积具有良好的表面活性，能够提高与其他成分之间的结合力，同时碳纳米管本身强度高，从而大大的增强材料的强度；
6、本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料，碳纳米管表面包覆的介孔二氧化硅层还采用甲磺酸溶液活化，因此介孔二氧化硅层富含大量的羟基基团，能够与，能在极性橡胶基体内部形成分子间氢键，阻碍橡胶链段的运动，增大其大分子运动内摩擦，进而提高聚合物的阻尼性能，从而提高减震能力；
7、本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板结构，上、下层采用本发明的橡胶垫板材料、中间采用天然橡胶，首先上下两层的橡胶垫板材料具有优良的减震性能、力学性能以及耐老化耐高温等性能，其次中间采用天然橡胶，相对于其他相较来说，天然橡胶具有更好的弹性，因此能够缓冲上层与下层之间的震动，提高垫板整体的柔性，减少噪音的产生；中橡胶层呈网格状结构能够使中层受到挤压时能够有更好的变形空间，而在空隙中设置增强纤维块，能够在中间层受压时提供良好的支撑作用，提高中层的强度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。
实施例1
本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性纳米二氧化硅填充的中空纤维：将纳米二氧化硅粉末与超支化聚合物按一定重量份混合，在捏合机中进行捏合，得到改性纳米二氧化硅；其中，纳米二氧化硅85-100份，超支化聚合物2-3份；将所得的改性纳米二氧化硅与纤维原料分别置于烘箱中，加热干燥以除去残留水分；将装有二甲基甲酰胺的容器置于恒温水浴中，待温度恒定后，加入改性纳米二氧化硅及聚乙烯吡咯烷酮，开启高速搅拌，并采用超声分散，然后加入纤维原料，搅拌一定时间得到稳定均匀的铸膜液，然后将铸膜液转移至反应釜中，降低温度静置一定时间；其中，二甲基甲酰胺49-63份、改性纳米二氧化硅5-8份、聚乙烯吡咯烷酮2-3份、纤维原料30-40份；采用中空纤维纺丝机，利用压力使铸膜液从喷丝头挤出，经空气干燥后，进入凝固浴，然后淋洗、干燥，制得改性纳米二氧化硅填充的中空纤维；
(2)制备介孔纳米碳酸钙：将碳酸钠溶液和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯按一定比例混合，搅拌均匀后形成混合底液；将所得混合底液、25wt％的硬脂酸溶液和30wt％的油酸钠溶液按比例混合配制成混合液，加入三磷酸五钠，进行1100-1300r/min的高速搅拌，并在搅拌过程中滴加氯化钙溶液，搅拌至其形成均匀乳液；过滤分离出固相和滤液，对分离得到的固相进行冷冻干燥，得到介孔纳米碳酸钙；
(3)制备改性碳纳米管：采用微乳液法在碳纳米管模板表面包覆一层均匀的碳纳米管壳层，形成碳纳米管模板-碳纳米管层核壳结构；得到的核壳结构纳米管分散到去离子水中，然后加入阳离子表面活性剂，超声处理，随后加入氨水并加热搅拌，最后缓慢滴加适量正硅酸乙酯，反应完成后洗涤干燥，得到碳纳米管模板-碳纳米管层-介孔二氧化硅层核壳结构；高温煅烧，除去碳纳米管模板，形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管；将形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管置入85-95℃的2％的甲磺酸溶液中活化3.5-4h，得到表面活化的磁性纳米管；
(4)将热塑性聚酯弹性体投入到开炼机中，进行薄通处理；
(5)将处理后的热塑性聚酯弹性体、天然橡胶和丁腈橡胶投入到密炼机中混炼均匀；
(6)依次向密炼机中加入改性中空纤维、改性碳纳米管、聚碳酸酯、石油树脂、硬脂酸、防老剂和分散剂，混炼均匀之后停放至室温；
(7)在将步骤(6)的混炼胶投入密炼机中，加入介孔纳米碳酸钙、硫化促进剂、硫磺、发泡剂，继续混炼，混炼均匀之后停放至室温，再放入到双辊开炼机中，裁剪出胶片；
(8)将胶片置于模具中，硫化成型；
其中，天然橡胶25份，丁腈橡胶60份，热塑性聚酯弹性体30份，改性中空纤维25份，介孔纳米碳酸钙25份，改性碳纳米管15份，聚碳酸酯10份，石油树脂10份，硬脂酸4份，防老剂3份，硫化促进剂3份，硫磺3份，分散剂5份，发泡剂4份。
实施例2
本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性纳米二氧化硅填充的中空纤维：将纳米二氧化硅粉末与超支化聚合物按一定重量份混合，在捏合机中进行捏合，得到改性纳米二氧化硅；其中，纳米二氧化硅85份，超支化聚合物2份；将所得的改性纳米二氧化硅与纤维原料分别置于烘箱中，加热干燥以除去残留水分；将装有二甲基甲酰胺的容器置于恒温水浴中，待温度恒定后，加入改性纳米二氧化硅及聚乙烯吡咯烷酮，开启高速搅拌，并采用超声分散，然后加入纤维原料，搅拌一定时间得到稳定均匀的铸膜液，然后将铸膜液转移至反应釜中，降低温度静置一定时间；其中，二甲基甲酰胺49份、改性纳米二氧化硅5份、聚乙烯吡咯烷酮2份、纤维原料30份；采用中空纤维纺丝机，利用压力使铸膜液从喷丝头挤出，经空气干燥后，进入凝固浴，然后淋洗、干燥，制得改性纳米二氧化硅填充的中空纤维；
(2)制备介孔纳米碳酸钙：将碳酸钠溶液和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯按一定比例混合，搅拌均匀后形成混合底液；将所得混合底液、25wt％的硬脂酸溶液和30wt％的油酸钠溶液按比例混合配制成混合液，加入三磷酸五钠，进行1100-1300r/min的高速搅拌，并在搅拌过程中滴加氯化钙溶液，搅拌至其形成均匀乳液；过滤分离出固相和滤液，对分离得到的固相进行冷冻干燥，得到介孔纳米碳酸钙；
(3)制备改性碳纳米管：采用微乳液法在碳纳米管模板表面包覆一层均匀的碳纳米管壳层，形成碳纳米管模板-碳纳米管层核壳结构；得到的核壳结构纳米管分散到去离子水中，然后加入阳离子表面活性剂，超声处理，随后加入氨水并加热搅拌，最后缓慢滴加适量正硅酸乙酯，反应完成后洗涤干燥，得到碳纳米管模板-碳纳米管层-介孔二氧化硅层核壳结构；高温煅烧，除去碳纳米管模板，形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管；将形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管置入85-95℃的2％的甲磺酸溶液中活化3.5-4h，得到表面活化的磁性纳米管；
(4)将热塑性聚酯弹性体投入到开炼机中，进行薄通处理；
(5)将处理后的热塑性聚酯弹性体、天然橡胶和丁腈橡胶投入到密炼机中混炼均匀；
(6)依次向密炼机中加入改性中空纤维、改性碳纳米管、聚碳酸酯、石油树脂、硬脂酸、防老剂和分散剂，混炼均匀之后停放至室温；
(7)在将步骤(6)的混炼胶投入密炼机中，加入介孔纳米碳酸钙、硫化促进剂、硫磺、发泡剂，继续混炼，混炼均匀之后停放至室温，再放入到双辊开炼机中，裁剪出胶片；
(8)将胶片置于模具中，硫化成型；
其中，天然橡胶20份，丁腈橡胶50份，热塑性聚酯弹性体20份，改性中空纤维25份，介孔纳米碳酸钙10份，改性碳纳米管15份，聚碳酸酯8份，石油树脂10份，硬脂酸2份，防老剂2份，硫化促进剂2份，硫磺1份，分散剂4份，发泡剂3份。
实施例3
本发明实施例提供的一种轨道用超性能橡胶垫板材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性纳米二氧化硅填充的中空纤维：将纳米二氧化硅粉末与超支化聚合物按一定重量份混合，在捏合机中进行捏合，得到改性纳米二氧化硅；其中，纳米二氧化硅100份，超支化聚合物3份；将所得的改性纳米二氧化硅与纤维原料分别置于烘箱中，加热干燥以除去残留水分；将装有二甲基甲酰胺的容器置于恒温水浴中，待温度恒定后，加入改性纳米二氧化硅及聚乙烯吡咯烷酮，开启高速搅拌，并采用超声分散，然后加入纤维原料，搅拌一定时间得到稳定均匀的铸膜液，然后将铸膜液转移至反应釜中，降低温度静置一定时间；其中，二甲基甲酰胺63份、改性纳米二氧化硅8份、聚乙烯吡咯烷酮3份、纤维原料40份；采用中空纤维纺丝机，利用压力使铸膜液从喷丝头挤出，经空气干燥后，进入凝固浴，然后淋洗、干燥，制得改性纳米二氧化硅填充的中空纤维；
(2)制备介孔纳米碳酸钙：将碳酸钠溶液和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯按一定比例混合，搅拌均匀后形成混合底液；将所得混合底液、25wt％的硬脂酸溶液和30wt％的油酸钠溶液按比例混合配制成混合液，加入三磷酸五钠，进行1100-1300r/min的高速搅拌，并在搅拌过程中滴加氯化钙溶液，搅拌至其形成均匀乳液；过滤分离出固相和滤液，对分离得到的固相进行冷冻干燥，得到介孔纳米碳酸钙；
(3)制备改性碳纳米管：采用微乳液法在碳纳米管模板表面包覆一层均匀的碳纳米管壳层，形成碳纳米管模板-碳纳米管层核壳结构；得到的核壳结构纳米管分散到去离子水中，然后加入阳离子表面活性剂，超声处理，随后加入氨水并加热搅拌，最后缓慢滴加适量正硅酸乙酯，反应完成后洗涤干燥，得到碳纳米管模板-碳纳米管层-介孔二氧化硅层核壳结构；高温煅烧，除去碳纳米管模板，形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管；将形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管置入85-95℃的2％的甲磺酸溶液中活化3.5-4h，得到表面活化的磁性纳米管；
(4)将热塑性聚酯弹性体投入到开炼机中，进行薄通处理；
(5)将处理后的热塑性聚酯弹性体、天然橡胶和丁腈橡胶投入到密炼机中混炼均匀；
(6)依次向密炼机中加入改性中空纤维、改性碳纳米管、聚碳酸酯、石油树脂、硬脂酸、防老剂和分散剂，混炼均匀之后停放至室温；
(7)在将步骤(6)的混炼胶投入密炼机中，加入介孔纳米碳酸钙、硫化促进剂、硫磺、发泡剂，继续混炼，混炼均匀之后停放至室温，再放入到双辊开炼机中，裁剪出胶片；
(8)将胶片置于模具中，硫化成型；
其中，天然橡胶30份，丁腈橡胶70份，热塑性聚酯弹性体30份，改性中空纤维30份，介孔纳米碳酸钙30份，改性碳纳米管20份，聚碳酸酯10份，石油树脂15份，硬脂酸4份，防老剂4份，硫化促进剂4份，硫磺3份，分散剂6份，发泡剂6份。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：未添加改性中空纤维、介孔纳米碳酸钙和改性碳纳米管。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：未添加改性中空纤维、介孔纳米碳酸钙。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：未添加改性碳纳米管。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：未添加热塑性聚酯弹性体。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于：不包含丁腈橡胶，仅包含85份天然橡胶。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于：不包含天然橡胶，仅包含85份丁腈橡胶。
实施例4
本实施例一种轨道用超性能橡胶垫板结构，包括从上至下依次设置的上橡胶层、中橡胶层与下橡胶层，上橡胶层与下橡胶层均采用本发明橡胶垫板材料制得，中橡胶层采用天然橡胶材料制得；所述中橡胶层呈网格状结构，网格框条的宽度与网格空隙比为1-1.5:1，所述的网格空隙中填充有增强纤维块，所述增强纤维块采用尼龙丝或碳纤维，所述上橡胶层的底面呈波浪形，中橡胶层的表面呈与上橡胶层的底面嵌合的波浪形，中橡胶层的底面呈波浪形，下橡胶层的表面呈与中橡胶层的底面嵌合的波浪形。
现有用于轨道的弹性垫板通常常用采用单一且单层的弹性垫板材料，其减震能力、强度以及消除噪音的能力一般。本发明创造性的设置一种橡胶垫板结构，包括上、中和下三层结构，其中上、下层采用本发明的橡胶垫板材料、中间采用天然橡胶，首先上下两层的橡胶垫板材料具有优良的减震性能、力学性能以及耐老化耐高温等性能，其次中间采用天然橡胶，相对于其他相较来说，天然橡胶具有更好的弹性，因此能够缓冲上层与下层之间的震动，提高垫板整体的柔性，减少噪音的产生；另外，中橡胶层呈网格状结构，网格框条的宽度与网格空隙比为1-1.5:1，所述的网格空隙中填充有增强纤维块，中橡胶层呈网格状结构能够使中层受到挤压时能够有更好的变形空间，而在空隙中设置增强纤维块，能够在中间层受压时提供良好的支撑作用，提高中层的强度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轨道用超性能橡胶垫板材料，其特征在于，由如下按重量份计的组分组成：天然橡胶20-30份，丁腈橡胶50-70份，热塑性聚酯弹性体20-30份，改性中空纤维25-30份，介孔纳米碳酸钙10-30份，改性碳纳米管15-20份，聚碳酸酯8-10份，石油树脂10-15份，硫化活化剂2-4份，防老剂2-4份，硫化促进剂2-4份，硫化剂1-3份，分散剂4-6份，发泡剂3-6份；
所述改性中空纤维为改性纳米二氧化硅填充的中空纤维，其制备方法如下：
（1）将纳米二氧化硅粉末与超支化聚合物按一定重量份混合，在捏合机中进行捏合，得到改性纳米二氧化硅；其中，纳米二氧化硅85-100份，超支化聚合物2-3份；
（2）将步骤（1）所得的改性纳米二氧化硅与纤维原料分别置于烘箱中，加热干燥以除去残留水分；
（3）将装有二甲基甲酰胺的容器置于恒温水浴中，待温度恒定后，加入改性纳米二氧化硅及聚乙烯吡咯烷酮，开启高速搅拌，并采用超声分散，然后加入纤维原料，搅拌一定时间得到稳定均匀的铸膜液，然后将铸膜液转移至反应釜中，降低温度静置一定时间；其中，二甲基甲酰胺49-63份、改性纳米二氧化硅5-8份、聚乙烯吡咯烷酮2-3份、纤维原料30-40份；
（4）采用中空纤维纺丝机，利用压力使铸膜液从喷丝头挤出，经空气干燥后，进入凝固浴，然后淋洗、干燥，制得改性纳米二氧化硅填充的中空纤维；
所述介孔纳米碳酸钙的制备方法如下：
（1）将碳酸钠溶液和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯按一定比例混合，搅拌均匀后形成混合底液；
（2）将步骤（1）所得混合底液、25wt％的硬脂酸溶液和30wt％的油酸钠溶液按比例混合配制成混合液，加入三磷酸五钠，进行1100-1300r/min的高速搅拌，并在搅拌过程中滴加氯化钙溶液，搅拌至其形成均匀乳液；
（3）过滤分离出固相和滤液，对分离得到的固相进行冷冻干燥，得到介孔纳米碳酸钙；
所述改性碳纳米管的制备方法如下：
（1）碳纳米管层的制备：采用微乳液法在碳纳米管模板表面包覆一层均匀的碳纳米管壳层，形成碳纳米管模板-碳纳米管层核壳结构；
（2）介孔二氧化硅层的制备：将（1）得到的核壳结构纳米管分散到去离子水中，然后加入阳离子表面活性剂，超声处理，随后加入氨水并加热搅拌，最后缓慢滴加适量正硅酸乙酯，反应完成后洗涤干燥，得到碳纳米管模板-碳纳米管层-介孔二氧化硅层核壳结构；
（3）高温煅烧，除去碳纳米管模板，形成碳纳米管层-介孔二氧化硅层结构的碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的轨道用超性能橡胶垫板材料，其特征在于，由如下按重量份计的组分组成：天然橡胶25份，丁腈橡胶60份，热塑性聚酯弹性体30份，改性中空纤维25份，介孔纳米碳酸钙25份，改性碳纳米管15份，聚碳酸酯10份，石油树脂10份，硫化活化剂4份，防老剂3份，硫化促进剂3份，硫化剂3份，分散剂5份，发泡剂4份。
3.根据权利要求1所述的轨道用超性能橡胶垫板材料，其特征在于，所述硫化活化剂采用硬脂酸，所述硫化剂采用硫磺。
4.一种权利要求1-3任一所述轨道用超性能橡胶垫板材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）分别制备改性中空纤维、介孔纳米碳酸钙、和改性碳纳米管；
（2）将热塑性聚酯弹性体投入到开炼机中，进行薄通处理；
（3）将步骤（1）处理后的热塑性聚酯弹性体、天然橡胶和丁腈橡胶投入到密炼机中混炼均匀；
（4）依次向密炼机中加入改性中空纤维、改性碳纳米管、聚碳酸酯、石油树脂、硬脂酸、防老剂和分散剂，混炼均匀之后停放至室温；
（5）在将步骤（4）的混炼胶投入密炼机中，加入介孔纳米碳酸钙、硫化促进剂、硫磺、发泡剂，继续混炼，混炼均匀之后停放至室温，再放入到双辊开炼机中，裁剪出胶片；
（6）将胶片置于模具中，硫化成型。
5.一种轨道用超性能橡胶垫板结构，其特征在于，包括从上至下依次设置的上橡胶层、中橡胶层与下橡胶层，上橡胶层与下橡胶层均采用权利要求1-3任一所述橡胶垫板材料制得，中橡胶层采用天然橡胶材料制得；所述中橡胶层呈网格状结构，网格框条的宽度与网格空隙比为1-1.5:1，所述的网格空隙中填充有增强纤维块。
6.根据权利要求5所述的轨道用超性能橡胶垫板结构，其特征在于，所述增强纤维块采用尼龙丝或碳纤维。
7.根据权利要求5所述的轨道用超性能橡胶垫板结构，其特征在于，所述上橡胶层的底面呈波浪形，中橡胶层的表面呈与上橡胶层的底面嵌合的波浪形，中橡胶层的底面呈波浪形，下橡胶层的表面呈与中橡胶层的底面嵌合的波浪形。
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Transport and electrical properties of natural rubber/nitrile rubber blend composites reinforced with multiwalled carbon nanotube and modified nano zinc oxide;Thomas, SP等;《POLYMER COMPOSITES》;20140531;第35卷(第5期);第956-963页 *
丁腈橡胶阻尼材料改性方法研究进展;王清鑫 等;《合成橡胶工业》;20220915;第45卷(第05期);第418-422页 *
天然橡胶纳米改性技术研究进展;麻飞鹏;刘燕;麻远平;;广东化工;20100525(第05期);第54-55页 *
热致相分离法PVDF/纳米SiO_2/石墨烯杂化中空纤维膜的制备及性能分析;刘海亮;王世乾;肖长发;刘振;;天津工业大学学报;20170825(第04期);第10-14页 *
界面组装控制的碳纳米管/有序介孔氧化硅核壳纳米线;张磊;乔世璋;阎子峰;郑华均;李丽;丁荣刚;逯高清;;科学通报;20080908(第17期);第106-110页 *
聚氨酯减振垫与橡胶减振垫浮置板轨道振动控制效果分析;何鉴辞;王平;唐剑;赵才友;易强;;铁道标准设计;20180228(第02期);第61-65页 *
道砟垫隔振性能理论分析与试验研究;庞玲等;《铁道工程学报》;20140331;第03卷;第56-60页 *

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