高鐵用空氣彈簧-橡膠囊配方優(yōu)化

原曉城 李文博 姬燕飛 馬義明 張景亮

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司 天津 300384）

1.前言

隨著我國高速鐵路快速發(fā)展，對動車機(jī)組在高速運(yùn)行品質(zhì)、乘客的舒適度等方面提出了更高的要求。目前國內(nèi)的動車組均采用空氣彈簧鐵作為車輛的減振部件。橡膠囊是空氣彈簧的關(guān)鍵部件, 其使用壽命決定空氣彈簧的使用壽命，橡膠囊主要由外層膠、簾布層橡膠、內(nèi)層膠和鋼絲圈等構(gòu)成。

相比普通機(jī)車車輛，高鐵系列動車組運(yùn)行速度和轉(zhuǎn)向速度快，乘客的舒適度要求高。動車組空氣彈簧橡膠囊在動態(tài)室外環(huán)境下使用，在一定溫度下仍能保持一定的彈性，外層膠常年暴露在大氣中，經(jīng)受太陽暴曬、酸堿溶液、油侵蝕等, 除了一般的力學(xué)性能之外，要求耐疲勞老化、耐熱氧老化、耐臭氧老化等性能優(yōu)異，與夾層膠具有良好的粘接能力。動車組空氣彈簧內(nèi)層膠在動態(tài)環(huán)境下使用，需要具有良好的密封性能，耐屈撓龜裂，與夾層橡膠粘著力良好。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原材料

氯丁322，山西霍家長化合成橡膠有限公司；氯化丁基1066，美國?？松粴浠‰鍴NBR，日本瑞翁公司；NR，泰國煙片膠；其它助劑均為橡膠工業(yè)常用工業(yè)級。

2.2 儀器與設(shè)備

XK-160 型開煉機(jī)，呼和浩特新生聯(lián)合機(jī)械廠產(chǎn)品；XLB 平板硫化機(jī)，青島第三橡膠機(jī)械廠；電子橡膠拉力機(jī)，臺灣高鐵科技有限公司；硬度計(jì)、熱氧老化試驗(yàn)箱、臭氧老化試驗(yàn)箱均為江都明珠實(shí)驗(yàn)機(jī)械廠。

2.3 性能測試

硬度按照GB/T 531.1-2008 《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗(yàn)方法第1 部分 邵氏硬度計(jì)發(fā)（邵爾硬度）》。

拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率按照GB/T 528-2009 《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》。

熱氧老化按照GB/T 3512-2014 硫化橡膠或熱塑性橡膠 熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)。

臭氧老化按照GB/T 7762-2014 硫化橡膠或熱塑性橡膠 耐臭氧龜裂 靜態(tài)拉伸試驗(yàn)。

2.4 試樣制備

按常規(guī)在XK-160 型開煉機(jī)上進(jìn)行混煉，在平板硫化機(jī)上硫化。無特別說明，硫化條件均為150℃×T90。

混煉加料順序?yàn)椋喊仭仓?、DM→防老劑→炭黑→液體增塑劑→氧化鋅、硫磺、TT→下片。

3.結(jié)果與討論

3.1 外層膠料的選擇

NR 橡膠作為外層膠，粘合力好，力學(xué)綜合性能較佳；CR 橡膠、HNBR 橡膠作為外層膠，耐老化性能突出。分別采用NR 橡膠、CR/NR（70:30）并用膠、CR 橡膠、HNBR 進(jìn)行對比試驗(yàn)。

表1 外層膠主體膠種變量表

測試結(jié)果如下表2：

表2 性能測試表

從上表可看到，1#天然橡膠的力學(xué)性能雖較好，但熱老化性能較差，無法滿足指標(biāo)要求。3#氯丁橡膠、4#氫化丁腈橡膠，其耐老化性能較好，但是脆性溫度不能滿足指標(biāo)要求，粘合強(qiáng)度也不達(dá)標(biāo)。2# CR322/NR（70/30）各項(xiàng)性能均能滿足指標(biāo)設(shè)計(jì)要求。因此外膠采用CR322/NR（70/30）橡膠材料。

3.2 內(nèi)層膠料的選擇

NR 橡膠作為內(nèi)層膠，粘合力好，耐曲撓性能優(yōu)良；CIIR 作為內(nèi)層膠，橡膠氣密性好。分別采用NR 橡膠、CIIR/NR（70:30）并用膠、NR/ CIIR（70:30）并用膠、CIIR 橡膠進(jìn)行對比試驗(yàn)。 變量如下表3 所示：

表3 內(nèi)層膠主體膠種變量表

測試結(jié)果如下表4：

表4 性能測試表

從表中可以看出，內(nèi)膠采用天然橡膠（5#），耐老化性能不能滿足指標(biāo)要求；內(nèi)膠采用氯化丁基橡膠（8#），粘合強(qiáng)度太差，不能滿足指標(biāo)要求；內(nèi)膠采用天然/氯化丁基橡膠并用時，綜合性能明顯改善，天然橡膠與氯化丁基橡膠（7#）比例為7:3 時，各項(xiàng)性能滿足了指標(biāo)要求。

4.結(jié)論

（1）在橡膠囊外膠配方設(shè)計(jì)中，采用CR322/NR（70/30）并用，粘合性能、耐老化性能滿足指標(biāo)要求。

（2）在橡膠囊內(nèi)膠配方設(shè)計(jì)中，采用NR /CIIR（70/30）并用，粘合性能、耐老化性能滿足指標(biāo)要求。