恒粘天然橡膠在橡膠軌枕墊中的應(yīng)用研究

陸 銘，周景潤，王永偉，周其彬，蔡尚脈，錢 江，陳 宏

（1.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院有限公司，北京 100143；2.上海華君橡膠科技有限公司，上海 200082）

天然橡膠（NR）在長期貯存過程中會出現(xiàn)硬化現(xiàn)象，使生膠的塑性初值、相對分子質(zhì)量、門尼粘度和凝膠含量等增大，塑性保持率減小。由于NR的門尼粘度不穩(wěn)定，隨著貯存時間的延長，會增大NR的塑煉難度及其膠料的混煉和擠出不穩(wěn)定性，延長混煉時間，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的一致性較差。在實際應(yīng)用中，為了降低NR的門尼粘度，必然強化NR的塑煉，從而延長膠料的混煉時間，消耗更多的動力，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性下降，生產(chǎn)效率降低，生產(chǎn)成本增加，長期以來NR硬化被認(rèn)為是影響NR加工性能的主要因素[1-3]。

恒粘NR采用高品質(zhì)NR原料生產(chǎn)，其門尼粘度穩(wěn)定地控制在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)品具有良好的物理性能。與通用NR相比，恒粘NR具有穩(wěn)定的門尼粘度，加工性能的穩(wěn)定性與一致性較好，可縮短塑煉時間，甚至完全免去塑煉工藝，直接減少加工費用，降低操作次品率，增加產(chǎn)量。恒粘NR在輪胎領(lǐng)域的應(yīng)用研究較多。由于國內(nèi)恒粘NR產(chǎn)量有限，目前其主要依賴進口，價格昂貴。恒粘NR具有損耗因子小、動態(tài)生熱低、拉伸強度高、彈性優(yōu)異、電絕緣性能好、動態(tài)損失小、無毒且動靜剛度較低的特點，被廣泛應(yīng)用于減震制品，如各種機械和儀表的減震墊、橋梁和建筑的減震支座以及其他橡膠制品中[4-10]。

橡膠因其阻尼性、滯后性和可發(fā)生可逆大變形性，在吸收和隔離震動方面非常有效。從分子角度來看，橡膠的減震性主要源自其高彈性和粘彈性[11-15]。由于橡膠軌枕墊（簡稱軌枕墊）長期暴露于大氣中或置于軌枕底，不斷經(jīng)受機車通過時的震動和沖擊，因此要求其具有良好的耐自然老化、耐熱和耐寒性能以及彈性和緩沖、減震性能。恒粘NR可用于軌枕墊，其物理性能必須滿足TB/T 2626—1995/XG1—2018《鐵道混凝土軌枕下用橡膠墊板技術(shù)指標(biāo)》要求。

本工作研究幾種國產(chǎn)恒粘NR在軌枕墊中的應(yīng)用，并與進口同類產(chǎn)品進行對比。

1 實驗

1.1 原材料

恒粘NR，CV3—7，上海華君橡膠科技有限公司產(chǎn)品；CV1，進口產(chǎn)品。其他均為橡膠工業(yè)常用原材料。

1.2 試驗配方

1.2.1 基本性能試驗配方

恒粘NR的基本性能試驗配方見表1。

表1 恒粘NR的基本性能試驗配方 份Tab.1 Basic property test formulas of constant viscosity NR phr

1.2.2 軌枕墊膠料配方

恒粘NR的軌枕墊膠料配方見表2。

表2 恒粘NR的軌枕墊膠料配方 份Tab.2 Sleeper pad compound formulas of constant viscosity NR phr

1.3 主要設(shè)備和儀器

BB2型密煉機，日本神戶制鋼所產(chǎn)品；XK-160型開煉機，廣東湛江機械制造集團公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度計、100S型硫化儀和T10型拉力試驗機，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；Y-25型壓縮疲勞試驗機，上海非金屬試驗機廠產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 基本性能試驗配方膠料

開煉機輥筒表面溫度保持在（70±5）℃，將輥距調(diào)為0.2 mm，在不包輥的情況下將生膠薄通2次；將輥距調(diào)至1.4 mm，使生膠包輥，生膠包輥平滑后將輥距調(diào)至1.8 mm（持續(xù)4 min）；加氧化鋅、硬脂酸、硫黃和促進劑TBBS，混煉4 min；從開煉機每一端進行3次3/4割刀（持續(xù)3 min）；從開煉機上取下膠料，將輥距調(diào)至0.8 mm，將打卷膠料從開煉機一端送入，過輥6次（持續(xù)2 min）；將膠料壓成約2.2 mm厚的膠片。

1.4.2 軌枕墊膠料

膠料采用2段混煉工藝。先將除硫黃、促進劑外的所有組分在密煉機中混煉，密煉機溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為：NR（1 min）→小料、炭黑、油（4 min）→清掃（2 min）→排膠（150～170 ℃）；混煉膠立即轉(zhuǎn)入開煉機上終煉，膠料冷卻后加入硫黃、促進劑，薄通6次，下片。

1.5 性能測試

（1）恒粘NR的生膠門尼粘度。按照GB/T 15340—2008《天然、合成生膠取樣及其制樣方法》對恒粘NR生膠進行均勻化：稱取（250±5）g恒粘NR，稱量精度為0.1 g，將開煉機輥距調(diào)至（1.3±0.15）mm，輥溫保持在（70±5）℃，恒粘NR過輥10次。其中，第2—9次過輥時，將膠片打卷后把膠卷一端放入輥筒過輥，將散落的生膠全部混入膠中；第10次過輥時下片，將膠片放入干燥器冷卻后重新稱量，精確至0.1 g。然后，測試恒粘NR的生膠門尼粘度。

（2）膠料性能按照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 恒粘NR基本性能

2.1.1 生膠門尼粘度

CV1，CV3，CV4，CV5，CV6和CV7的生膠門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]分別為59，62，58，60，60和55。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，6種恒粘NR的生膠門尼粘度均符合60±5的指標(biāo)要求，表明6種恒粘NR能夠保持恒定的門尼粘度。

2.1.2 混煉膠性能

恒粘NR混煉膠的性能見表3。

表3 恒粘NR混煉膠的性能Tab.3 Properties of constant viscosity NR compounds

門尼粘度反映了膠料的加工性能、相對分子質(zhì)量及其分布范圍，CN-1配方膠料的門尼粘度最小，其他配方膠料的門尼粘度相當(dāng)；門尼焦燒時間是混煉膠在加工溫度下早期的硫化特性，t5和t35分別表示混煉膠的門尼粘度下降至最小值后上升5和35個門尼值所對應(yīng)的時間，通常用Δt30（t35－t5）表示混煉膠的焦燒時間，CN-7配方膠料的焦燒時間最短，CN-6配方膠料次之，CN-1配方膠料最長；t10為混煉膠的硫化誘導(dǎo)期，反映膠料的加工安全性，誘導(dǎo)期短，加工安全性差，誘導(dǎo)期太長，會降低生產(chǎn)效率，CN-4配方膠料的t10最長，加工安全性最好；t90為混煉膠的正硫化時間，CN-4配方膠料的t90最長，CN-7配方膠料最短；Fmax－FL反映橡膠的交聯(lián)程度，CN-1配方膠料的交聯(lián)程度最小，CN-5配方膠料最大。

2.1.3 硫化膠性能

恒粘NR硫化膠的性能見表4。

表4 恒粘NR硫化膠的性能Tab.4 Properties of constant viscosity NR vulcanizates

從表4可以看出：各配方膠料的硬度相當(dāng)；CN-3配方膠料的500%定伸應(yīng)力最大，CN-1配方膠料最?。籆N-3配方膠料的拉伸強度最大，CN-1配方膠料最小；CN-5和CN-6配方膠料的拉斷伸長率略大，CN-7配方膠料最小；CN-1和CN-6配方膠料的撕裂強度略低，其他配方膠料相當(dāng)。其中CN-3配方膠料的物理性能最好。

綜上所述，5種國產(chǎn)恒粘NR膠料的性能略優(yōu)于國外恒粘NR膠料。

2.2 恒粘NR軌枕墊膠料的性能

2.2.1 混煉膠性能

恒粘NR軌枕墊混煉膠的性能見表5。

表5 恒粘NR軌枕墊混煉膠的性能Tab.5 Properties of constant viscosity NR sleeper pad compounds

從表5可以看出：GZ-1配方膠料的門尼粘度最小，其他配方膠料相當(dāng)；各配方膠料的焦燒時間和t90相當(dāng)；GZ-1配方膠料的交聯(lián)程度最小，GZ-4配方膠料最大。

2.2.2 硫化膠性能

恒粘NR軌枕墊硫化膠的性能見表6。

從表6可以看出：各配方膠料的硬度相當(dāng)；老化前GZ-4膠料的100%和200%定伸應(yīng)力最大；GZ-2配方膠料的拉伸強度最大，GZ-3配方膠料最??；GZ-2配方膠料的耐磨性能最好，其次是GZ-4配方膠料；GZ-2—GZ-4配方膠料的脆性溫度均低于GZ-1配方膠料，表明它們的低溫性能優(yōu)于GZ-1配方膠料；經(jīng)熱空氣老化后，GZ-3和GZ-4配方膠料的100%定伸應(yīng)力和拉伸強度均大于GZ-1配方膠料。

表6 恒粘NR軌枕墊硫化膠的性能Tab.6 Properties of constant viscosity NR sleeper pad vulcanizates

綜上所述，4種配方軌枕墊膠料的物理性能均達到指標(biāo)要求，其中3種國產(chǎn)恒粘NR軌枕墊膠料的性能均優(yōu)于進口恒粘NR軌枕墊膠料，采用CV-7的GZ-4配方的軌枕墊膠料的性能最優(yōu)。

3 結(jié)論

（1）5種國產(chǎn)恒粘NR和進口恒粘NR的生膠門尼粘度均符合指標(biāo)要求。

（2）恒粘NR基本性能測試結(jié)果表明，國產(chǎn)恒粘NR膠料的性能優(yōu)于進口恒粘NR膠料。

（3）恒粘NR在軌枕墊中的應(yīng)用結(jié)果表明，國產(chǎn)恒粘NR軌枕墊膠料與進口恒粘NR軌枕墊膠料的物理性能均達到指標(biāo)要求，其中國產(chǎn)恒粘NR軌枕墊膠料的性能優(yōu)于進口恒粘NR軌枕墊膠料，采用國產(chǎn)CV-7的GZ-4配方軌枕墊膠料的性能最優(yōu)。