一种低烟无卤阻燃机车用制动软管及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种低烟无卤阻燃机车用制动软管及其制备方法，属于铁路机车和轨道车辆制动软管技术领，能够生产得到兼具低温性能和阻燃性能的制动软管。本发明提供了一种低烟无卤阻燃机车用制动软管，以重量份计，原料组成包括：三元乙丙橡胶100份、氧化锌4?5份、硬脂酸1?1.5份、炭黑55?65份、磷氮系复合阻燃剂25?30份、消烟剂5?10份、防老剂RD1?2份、防老剂MB 1?2份、硫化剂3.5?4份、增塑剂DOS 15?20份、石蜡油5?10份。本发明可用于制备低烟无卤阻燃机车用制动软管的过程中。
【专利说明】
一种低烟无卤阻燃机车用制动软管及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及铁路机车和轨道车辆制动软管技术领域，特别涉及一种低烟无卤阻燃 机车用制动软管及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，铁路机车和轨道车辆运行安全越来越受到人们的关注，机车制动软管作 为机车安全的重要配件，其发挥的作用不容忽视。目前铁路机车和轨道车辆多运行于不同 地域、环境中，因此对制动软管提出了更高的要求，要求制动软管在具有优良的高低温性能 的同时，还应具有良好的环保阻燃耐火性能。
[0003] 目前，橡胶阻燃剂主要采用的是含卤素的氯化石蜡、十溴联苯醚等，其虽具有阻燃 效果，但在火灾事故中含卤阻燃剂会释放出有害的酸性气体，从而不可避免地会对人和设 备造成二次伤害。除此之外，橡胶阻燃剂还可以是无机阻燃剂，如氢氧化铝、氢氧化镁等。但 若利用无机阻燃剂达到理想的阻燃效果，则需要添加大量的无机阻燃剂，这样又不可避免 地又会降低橡胶的物理机械性能。因此，研发出适用于铁路机车的兼具低温性能和阻燃性 能的制动软管对本领域而言具有重大意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种低烟无卤阻燃机车用制动软管及其制备方法，能够使 生产得到的制动软管兼具低温性能和阻燃性能。
[0005] 本发明的一方面提供了一种低烟无卤阻燃机车用制动软管，以重量份计，原料组 成包括:三元乙丙橡胶100份、氧化锌4~5份、硬脂酸1~1.5份、炭黑55~65份、磷氮系复合 阻燃剂25~30份、消烟剂5~10份、防老剂RD 1~2份、防老剂MB 1~2份、硫化剂3.5~4份、 增塑剂DOS 15~20份、石蜡油5~10份。
[0006] 优选的，以重量份计，原料组成包括：三元乙丙橡胶100份、氧化锌4.5份、硬脂酸 1.2份、炭黑60份、磷氮系无卤环保阻燃剂28份、消烟剂8份、防老剂RD 1.5份、防老剂MB 1.5 份、硫化剂3.88份、增塑剂DOS 18份、石蜡油8份。
[0007] 优选的，所述三元乙丙橡胶中乙烯基含量为55 %~65 %，门尼粘度为40。
[0008]优选的，所述防老剂包括防老剂RD和防老剂MB，以重量份计，防老剂RD为1~2份， 防老剂MB为1~2份。
[0009] 可选的，所述硫化剂包括硫磺、促进剂和防焦剂CTP。
[0010] 本发明的另一方面提供了一种低烟无卤阻燃机车用制动软管的制备方法，包括如 下步骤：
[0011]将三元乙丙橡胶、氧化锌、硬脂酸、炭黑、磷氮系复合阻燃剂、消烟剂、防老剂RD、防 老剂MB、增塑剂DOS、石蜡油依次加入到捏炼机中进行一段混炼；
[0012]待一段混炼结束后，停放降温，向一段混炼得到的混炼胶中加入硫化剂，然后进行 二段混炼；
[0013] 待二段混炼结束后，将二段混炼得到的混炼胶送入炼胶机中进行混炼压制、成卷， 最后经刀具切割下片得到。
[0014] 可选的，所述一段混炼的混炼时间为10-14分钟，混炼排胶温度为130-135Γ。
[0015] 可选的，所述二段混炼的混炼时间为2-3分钟，混炼排胶温度为100_105°C。
[0016] 本发明提供了一种低烟无卤阻燃机车用制动软管及其制备方法，相比于现有技术 而言，有益的技术效果在于：
[0017] (1)由本发明所提供的制备方法制备得到的制动阻燃软管满足TB/T2842-1997《铁 路机车车辆空气制动橡胶软管》对其各项性能的要求，特别是低温脆性性能优异，能够满足 软管在低温环境中正常使用。
[0018] (2)由本发明所提供的制备方法制备得到的制动软管满足德国标准DIN5510-2《轨 道车辆防火措施第2部分:材料和构件的燃烧特性和燃烧并发现象-分类、要求和测试方法》 对其易燃等级、冒烟等级和烟雾毒性的要求，其阻燃性能优异，软管燃烧不会产生含卤气体 和有毒气体，具有低烟无卤环保的特性。
【具体实施方式】
[0019] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0020] 本发明实施例提供了一种低烟无卤阻燃机车用制动软管，以重量份计，原料组成 包括:三元乙丙橡胶100份、氧化锌4~5份、硬脂酸1~1.5份、炭黑55~65份、磷氮系复合阻 燃剂25~30份、消烟剂5~10份、防老剂RD 1~2份、防老剂MB 1~2份、硫化剂3.5~4份、增 塑剂DOS 15~20份、石蜡油5~10份。
[0021]由上述配方制备得到的制动软管可满足TB/T 2842-1997《铁路机车车辆空气制动 橡胶软管》对其各项性能的要求，特别是低温脆性性能优异，能够满足软管在低温环境中正 常使用；并且满足德国标准DIN 5510-2《轨道车辆防火措施第2部分:材料和构件的燃烧特 性和燃烧并发现象-分类、要求和测试方法》对其易燃等级、冒烟等级和烟雾毒性的要求，其 阻燃性能优异，软管燃烧不会产生含卤气体和有毒气体，具有低烟无卤环保的特性。
[0022] 在本发明的一个优选实施例中，以重量份计，低烟无卤阻燃机车用制动软管的原 料组成包括:三元乙丙橡胶100份、氧化锌4.5份、硬脂酸1.2份、炭黑60份、磷氮系无卤环保 阻燃剂28份、消烟剂8份、防老剂RD 1.5份、防老剂MB 1.5份、硫化剂3.88份、增塑剂DOS 18 份、石蜡油8份。在本实施例中，提供了一种优选的低烟无卤阻燃机车用制动软管的原料配 方，由该配方制做得到的软管性能更加稳定，且更具环保性。
[0023] 在上述任一实施例中，为了使所获得的制动软管在燃烧后不会产生含卤气体和有 毒气体，能够具有低烟无卤环保的特性，在配方中添加了磷氮系复合阻燃剂。选用磷氮系复 合阻燃剂主要是因为:磷系阻燃剂在燃烧时，会分解生成磷酸的非燃性液态膜，当进一步燃 烧时，磷酸阻燃剂可脱水生成偏磷酸，偏磷酸阻燃剂又进一步生成聚偏磷酸。由于聚偏磷酸 是强脱水剂，使聚合物脱水而炭化，在聚合物表面形成炭膜能阻隔空气和热，从而发挥阻燃 作用。因此，磷酸阻燃剂受热聚合生成聚偏磷酸阻燃剂可对聚合物的脱水成炭具有很强的 催化作用。而氮系阻燃剂则会在受热条件下吸热，通过分解生成不燃气体，以稀释可燃物、 降低可燃物表面温度及隔氧作用，减小燃烧速度。在这种情况下，确保所制备得到的制动软 管具有低烟无卤环保的特性。
[0024] 在上述任一实施例中，还向配方中添加一定量的消烟剂和炭黑，其中，添加消烟剂 是为了协同起到降低烟雾浓度的目的；而加入炭黑，则是由于三元乙丙橡胶本身不是结晶 高聚物，炭黑的加入可帮助其达到理想的机械性能，从而保证胶料稳定，挤出速度快，表面 光洁。
[0025] 在上述任一实施例中，在整个配方中还添加增塑剂和石蜡油。其中，添加增塑剂主 要是为了能够增大橡胶分子之间的距离，减少分子之间的作用力，并产生润滑作用，使分子 链之间容易滑动，同时也增加了橡胶大分子的柔顺性。增塑剂是影响硫化胶耐寒性能最重 要的配合剂之一，它的配合能够大大的提高硫化胶的耐寒性，同时也能改善胶料的流动性 和加工性。对于增塑剂而言，可优选癸二酸二辛脂，癸二酸二辛脂作为耐寒增塑剂与乙丙橡 胶也有很好的相容性。而添加石蜡油，则主要是因为石蜡油是乙丙橡胶最常用的增塑剂，与 乙丙橡胶有很好的相容性，以改善乙丙橡胶的耐寒性。
[0026] 在上述配方中，具体给出了组成成分及含量，从而可确保配制得到的各组分能够 准确应用到制备方法中，以确保制备得到的软管性能。但可以理解的是，上述配方中防老 剂、增塑剂、硫化剂的具体选用并不局限于上述所列举的，本领域技术人员可根据实际效果 进行替换使用。
[0027]在本发明的一实施例中，所述三元乙丙橡胶中乙烯基含量为55%_60%，门尼粘度 为40。在该实施例中，选用该类型的三元乙丙橡胶作为主体材料主要是因为三元乙丙橡胶 是一种无定型、非结晶性、低不饱和度的橡胶，其主链由化学稳定的饱和烃组成，分子侧链 上带有不饱和双键。由于分子间内聚能低，没有庞大侧基阻碍分子链运动，故三元乙丙橡胶 在较宽的温度范围内保持分子链的柔性和弹性。并且，当三元乙丙橡胶中乙烯基质量分数 在55 %-60 %左右时，其加工工艺性能和硫化后材料的物理机械性能都较好，且低温性能优 异，因此，本实施例选用乙烯基含量为55%-60%，门尼粘度为40的三元乙丙橡胶作为主体 材料。
[0028] 在本发明的一实施例中，所述防老剂包括防老剂RD和防老剂MB，以重量份计，防老 剂RD为1~2份，防老剂MB为1~2份。加入防老剂主要是因为乙丙橡胶为饱和结构高聚物，本 身具有良好的耐热氧和耐臭氧性。添加一定量的防老剂可以保证乙丙橡胶的稳定效果。其 中，防老剂可包括防老剂RD(2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体)和防老剂MB( 2-巯基苯 并咪唑）。
[0029] 在本发明的一实施例中，所述硫化剂包括硫磺、促进剂和防焦剂。其中，促进剂可 进一步包括促进剂02、01、0101，而防焦剂则可在一定程度上协助提高加工安全性。
[0030] 本发明的另一实施例还提供了一种低烟无卤阻燃机车用制动软管的制备方法，包 括如下步骤：
[0031] si:将三元乙丙橡胶、氧化锌、硬脂酸、炭黑、磷氮系复合阻燃剂、消烟剂、防老剂 RD、防老剂MB、增塑剂DOS、石蜡油依次加入到捏炼机中进行一段混炼。
[0032] 在本步骤中，首先将上述组分依次加入到捏炼机中进行一段混炼，目的在于将上 述组分混炼均匀。
[0033] S2:待一段混炼结束后，停放降温，向一段混炼得到的混炼胶中加入硫化剂，然后 进行二段混炼。
[0034] 在本步骤中，待一段混炼结束后，由于一段混炼温度相对于二段混炼温度较高一 些，因此在进行二段混炼之前需要停放降温，降至二段混炼温度即可。随后，向一段混炼结 束后得到的混炼物中加入硫化剂，以使体系在二段混炼过程中进行硫化，从而制备得到下 一步待处理的混炼胶。
[0035] S3:待二段混炼结束后，将二段混炼结得到的混炼胶送入炼胶机中进行混炼压制、 成卷，最后经刀具切割下片得到。
[0036] 本发明实施例提供了一种低烟无卤阻燃机车用制动软管的制备方法，与现有技术 相比，本方法相对简单、具有普适性，所制备得到的制动软管不仅低温脆性性能优异，能够 满足软管在低温环境中正常使用，还具备优异的阻燃性能，在燃烧后不会产生含卤气体和 有毒气体，具有低烟无卤环保的特性。
[0037] 在本发明的一实施例中，所述一段混炼的混炼时间为10-14分钟，混炼温度为130-135°C。在该实施例中，对一段混炼的时间及温度进行了限定，在该限定时间和温度下，可使 各组分充分混炼均匀。可以理解的是，混炼时间还可以为11、12、13分钟，温度还可以为131 °C、132°C、133°C、134°C等。在本发明的另一实施例中，所述二段混炼的混炼时间为2-3分 钟，混炼温度为100-105 °C。可以理解的是，混炼时间还可以为2.5分钟，温度还可以为101 °C、102 °C、103 °C、104°C等。由于在二段混炼过程中主要是加入硫化剂，因此，混炼时间不必 过长，混炼温度相对于一段混炼的温度较低一些。可以理解的是，上述所列举的两步混炼过 程中所需的时间及温度为本发明实施例所优选的，本领域技术人员可根据具体生产情况依 据上述条件参数做适应性调整。
[0038] 为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的低烟无卤阻燃机车用制动软管及 其制备方法，以下将结合具体实施例进行说明。 組分__重量份数（份) 投产童（kg) 三元生狡乙丙橡狡. 100 32-3:5 氧化锌 4~5 1,2-L 6 硬脂酸 1~1,5 0、2~0.5 炭黑 55-65 20~25 磷氮系复合阻燃剂__25~30:_ S-IO
[0039] 消姻剂 5~1Λ 2~3 RD 1-2 0.3-0.6 MB 1~2 0,2-0,5 硫化_ '(硫磺、铌进剂CZ、 3 .5-4 1..2-1,5 DM' DTDM、防焦剂 CTP) DOS 15~20 6~8 石蜡油 5~1〇 3~5
[0040] 实施例1
[0041] 称取三元乙丙橡胶100份、氧化锌4份、硬脂酸1份、磷氮系无卤环保阻燃剂25份、消 烟剂5份、炭黑55份、防老剂RD 1份、防老剂MB 1份、DOS 15份、石蜡油5份、硫化剂(包括硫 磺、促进剂CZ、DM、DTDM、防焦剂CTP) 3.5份，共计215.5份；
[0042 ]将上述组分依次加入到捏炼机中进行一段混炼，混炼到135 °C下料，混炼时间为10 分钟;待一段混炼结束后，停放降温。然后在l〇5°C下向一段混炼得到的混炼胶中加入硫化 剂，进行二段混炼，混炼时间为2分钟;待二段混炼结束后，得到混炼胶A。将二段混炼得到的 混炼胶送入炼胶机中进行混炼压制、成卷，最后经刀具切割下片，存放8小时后待用。
[0043] 最后，将混炼好的试片作为火车气压管使用，挤出的气压管为10*17_火车制动软 管1。
[0044] 实施例2
[0045]称取三元乙丙橡胶100份、氧化锌4.5份、硬脂酸1.2份、磷氮系无卤环保阻燃剂28 份、消烟剂8份、炭黑60份、防老剂RD 1.5份、防老剂MBl. 5份、DOS 18份、石蜡油8份、硫化剂 (包括硫磺、促进剂CZ、DM、DTDM、防焦剂CTP) 3.88份，共计234.58份；
[0046] 将上述组分依次加入到捏炼机中进行一段混炼，混炼到132 °C下料，混炼时间为12 分钟;待一段混炼结束后，停放降温。然后在l〇3°C下向一段混炼得到的混炼胶中加入硫化 剂，进行二段混炼，混炼时间为2.5分钟;待二段混炼结束后，得到混炼胶B。将二段混炼得到 的混炼胶送入炼胶机中进行混炼压制、成卷，最后经刀具切割下片，存放8小时后待用。
[0047] 最后，将混炼好的试片作为火车气压管使用，挤出的气压管为10*17mm火车制动软 管2。
[0048] 实施例3
[0049] 称取三元乙丙橡胶100份、氧化锌5份、硬脂酸1.5份、磷氮系无卤环保阻燃剂30份、 消烟剂10份、炭黑65份、防老剂RD 2份、防老剂MB 2份、DOS 20份、石蜡油10份、硫化剂(包括 硫磺、促进剂CZ、DM、DTDM、防焦剂CTP) 4份，共计249.5份；
[0050] 将上述组分依次加入到捏炼机中进行一段混炼，混炼到135 °C下料，混炼时间为14 分钟;待一段混炼结束后，停放降温。然后在l〇〇°C下向一段混炼得到的混炼胶中加入硫化 剂，进行二段混炼，混炼时间为3分钟;待二段混炼结束后，得到混炼胶C。将二段混炼得到的 混炼胶送入炼胶机中进行混炼压制、成卷，最后经刀具切割下片，存放8小时后待用。
[0051] 最后，将混炼好的试片作为火车气压管使用，挤出的气压管为10*17mm火车制动软 管3。
[0052] 性能试验 [0053] 1、混炼胶性能测试
[0054] 对上述实施例1-3所得到的混炼胶A-C进行性能测试，测试结果如下：
[0055]表1混炼胶A-C性能测试结果
[0058] 上述三组试验的试验结果显示A、B、C均可以满足标准的要求。
[0059] 2、成品制动软管性能测试
[0060] 表2成品软管1-3性能测试结果
[0063]经检测，上述三组成品胶管试验项目全部合格。
【主权项】
1. 一种低烟无卤阻燃机车用制动软管，其特征在于，以重量份计，原料组成包括:三元 乙丙橡胶100份、氧化锌4~5份、硬脂酸1~1.5份、炭黑55~65份、磷氮系复合阻燃剂25~30 份、消烟剂5~10份、防老剂2~4份、硫化剂3.5~4份、增塑剂DOS 15~20份、石蜡油5~10 份。2. 根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃机车用制动软管，其特征在于，以重量份计，原 料组成包括:三元乙丙橡胶100份、氧化锌4.5份、硬脂酸1.2份、炭黑60份、磷氮系无卤环保 阻燃剂28份、消烟剂8份、防老剂RD 1.5份、防老剂MB 1.5份、硫化剂3.88份、增塑剂DOS 18 份、石蜡油8份。3. 根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃机车用制动软管，其特征在于，所述三元乙丙橡 胶中乙烯基含量为55%-60%，门尼粘度为40。4. 根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃机车用制动软管，其特征在于，所述防老剂包括 防老剂RD和防老剂MB，以重量份计，防老剂RD为1~2份，防老剂MB为1~2份。5. 根据权利要求1所述的低烟无卤阻燃机车用制动软管，其特征在于，所述硫化剂包括 硫磺、促进剂和防焦剂CTP。6. -种低烟无卤阻燃机车用制动软管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 将三元乙丙橡胶、氧化锌、硬脂酸、炭黑、磷氮系复合阻燃剂、消烟剂、防老剂RD、防老剂 MB、增塑剂DOS、石蜡油依次加入到捏炼机中进行一段混炼； 待一段混炼结束后，停放降温，向一段混炼得到的混炼胶中加入硫化剂，然后进行二段 混炼； 待二段混炼结束后，将二段混炼得到的混炼胶送入炼胶机中进行混炼压制、成卷，最后 经刀具切割下片得到。7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述一段混炼的混炼时间为10-14分 钟，混炼排胶温度为130-135 °C。8. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述二段混炼的混炼时间为2-3分钟， 混炼排胶温度为100-105 °C。
【文档编号】C08K3/22GK105860287SQ201610330156
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】王启丰, 刘晓丹, 殷晓晨, 黄英, 李超
【申请人】青岛三祥科技股份有限公司