高速铁路用扣件系统橡胶垫板的制备和性能研究

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随着高速铁路的迅速发展,列车运行速度越来越快且使用环境也越来越多样化,列车的快速行驶及行驶环境的急剧变化会给列车带来强烈的震动,导致列车行驶过程中存在着严重的安全隐患。可见,高速铁路的减震性能已成为制约高铁发展的关键技术之一。然而,由于国外在原材料及制备技术等方面的封锁,国内在高性能减震橡胶垫板领域的发展相对滞后,因此,研制开发具有良好的弹性和减震能力的橡胶垫板已势在必行。本文首先在总结分析橡胶垫板的结构组成、原材料选择以及发展趋势等方面的基础上,通过单因素实验和正交试验,对橡胶垫板的基础配方进行了系统研究,主要包括胶种的筛选及优化、补强填料的筛选与优化、防老剂体系的筛选与优化以及硫化体系的筛选和优化。通过系统研究这四种组分对橡胶垫板物性(拉伸强度、断裂伸长率、200%定伸应力、硬度、电阻、动静刚度比、压缩永久变形)以及耐热氧老化性能的影响,确定了橡胶垫板的3种最佳配方:配方1:并用胶NR/SBR 60/40;填料N330 15 phr、N774 20 phr、白炭黑15 phr、纳米陶土30 phr;硅烷偶联剂Si695 phr;防老剂A 0.5 phr、B 0.5 phr、C 1 phr;采用半有效硫化体系。配方2:并用胶NR/BR 80/20;填料N330 15 phr、N774 20 phr、白炭黑15 phr、纳米陶土30 phr;硅烷偶联剂Si69 5 phr;防老剂A 0.5 phr、B 0.5 phr、C 1 phr;采用半有效硫化体系。配方3:并用胶NR/BR 70/30;填料N330 15 phr、N774 20 phr、白炭黑15 phr、纳米陶土30 phr;硅烷偶联剂Si69 5 phr;防老剂A 0.5 phr、B 0.5 phr、C 1 phr;采用半有效硫化体系。然后,从实际生产的角度出发,对优选的橡胶垫板的3种小试基础配方进行了放大实验。研究结果显示,与小试实验相比,除拉断伸长率外,放大实验所制备的橡胶垫板的力学性能(拉伸强度、200%定伸应力、硬度)和电阻(配方2除外)均有不同程度的提升。与此同时,放大实验所制备的橡胶垫板的动静刚度比和压缩永久变形与小试实验相比,均呈现较大幅度的降低,其最低值分别达到1.34和16.35%。最后,从实际应用的角度出发,进一步研究了三种配方所制备的橡胶垫板在各种极端环境(高低温、高紫外、高臭氧、高油污)的使用及性能变化情况,确定了不同配方适用的不同工作环境,并与同类产品进行了综合性能对比。结果表明:配方1所制备的橡胶垫板具有优异的耐热氧老化性能,良好的耐高低温老化性能和耐油性能,但耐臭氧老化性能、耐紫外老化性能和压缩耐寒性能较差。该产品与同类产品对比,耐热氧老化性能和动静刚度比优于同类产品,而耐油性和压缩永久变形稍差,其他性能二者相当。此配方制备的橡胶垫板适用于温度较高地区的高速铁路,但不适用高紫外和高臭氧地区;配方2所制备的橡胶垫板具有良好的耐寒性和耐紫外老化性能,在低温和高紫外环境中表现最好,但耐高温性能和耐油性较差。与同类产品对比,耐热氧老化性能、耐寒性能和减震性能优于同类产品,而耐油性和压缩永久变形稍差,其他性能二者相当。此配方制备的橡胶垫板适用于低温寒冷地区,但不适用于高臭氧地区;配方3所制备的橡胶垫板具有优异的耐高低温老化性能,良好的耐热氧老化性能和压缩耐寒性能,但耐紫外老化性能和耐油性能较差。与同类产品对比,耐热氧老化性能、减震性能和耐寒性能优于同类产品,而耐油性稍差,其他性能二者相当。此配方制备的橡胶垫板适用于温差变化较大的地区,不适用于高紫外和高臭氧地区。
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