微孔橡胶垫板及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微孔橡胶技术领域，尤其涉及一种高强度、低密度、低刚度和低温度依 存性的弹性支承块下的微孔橡胶垫板及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 弹性支承块式轨道结构是低振动型轨下基础，由支承块下微孔橡胶垫板和轨下扣 件橡胶垫板构成双层弹性体系，使轨道的组合刚度接近有砟轨道的刚度，以提高无砟轨道 的弹性。从国内的情况来看，北京、广州及上海地铁均已铺通运营了多年，使用效果良好。大 量研宄结果表明：轨下扣件刚度和支承块下微孔橡胶垫板刚度同为20~40kN/mm，钢轨和 支承块将产生共振作用，使扣件和支承块下微孔橡胶垫板的减振效果减弱。采用较高的扣 件刚度与较低的支承块下微孔橡胶垫板刚度匹配能提高轨道的减振效果。因此在进行部件 刚度匹配时，宜采用较大的扣件刚度与较低的微孔橡胶垫板刚度相匹配，以获取更好的减 振效果。
[0003] 目前，韩国高速铁路主要采用天然橡胶发泡垫板，日本主要采用丁苯橡胶发泡垫 板，我国大陆主要采用聚氨酯发泡垫板。其中主要存在以下几点不足： 1、 聚氨酯微孔橡胶垫板性能不稳定 聚氨酯材料耐水解性能差，产品性能波动大，静刚度和动静刚度比不稳定，造成列车行 驶不平稳，影响列车速度提升和舒适性； 2、 温度依存性大 微孔橡胶垫板在使用过程中频繁受到列车周期应力作用，导致橡胶材料受热老化缩短 使用寿命；且中国幅员辽阔，地域温度差异性大，四季温差大，橡胶材料因温度变化产生性 能波动，因此降低微孔橡胶垫板的温度依存性，可提高橡胶垫板的性能稳定性； 3、 整体性能有待进一步提尚 静刚度和动静刚度比是微孔橡胶垫板的两项重要技术指标。增加微孔橡胶材料的发泡 倍率、降低橡胶材料密度可降低垫板的静刚度，但是往往在增加发泡倍率的同时却降低了 材料的拉伸强度，使其不能满足使用需求。即降低微孔橡胶材料的密度且保证橡胶材料具 备较高的使用强度是急需解决的难题。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的第一个技术问题就是提供一种弹性支承块下使用的高强度、低密 度、低刚度和低温度依存性的微孔橡胶垫板。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：包括板体，所述的板体包括下列 重量份的组分： 三元乙丙橡胶 100重量份 聚乙二醇混合物 6 -18重量份 填充材料 60-100重量份 链烷烃油 30- 60重量份 发泡剂 6- 12重量份 硫化剂 2. 5 - 5. 5重量份 促进剂 2 - 5. 5重量份 活性剂 5- 9重量。
[0006] 其附加技术特征为：所述的三元乙丙橡胶为低门尼三元乙丙橡胶与高门尼三元乙 丙橡胶的混合物，低门尼三元乙丙橡胶的用量为60- 90重量份，高门尼三元乙丙橡胶的用 量10-40重量份，低门尼三元乙丙橡胶的门尼粘度为ML1+4 1(l(re 15-40,非充油；高门尼三 元乙丙橡胶的门尼粘度为ML1+415tre 60-100,非充油； 所述的聚乙二醇混合物为聚乙二醇1500与聚乙二醇4000的混合物，聚乙二醇1500用 量为1一3重量份，聚乙二醇4000的用量为5 -15重量份，聚乙二醇1500与聚乙二醇4000 的用量比为1:5; 所述板体的拉伸强度大于或等于3. 5MPa，板体的静刚度低于20KN/mm，-30°C时弹性模 量与KTC时弹性模量的比值在1. 3以下； 所述的填充材料为炭黑和硅藻土的混合物，炭黑用量为40- 60重量份，硅藻土的用量 为20-40重量份，所述的炭黑与硅藻土的用量比为1:1一3:1 ; 所述的发泡剂为4, 4-氧代双苯磺酰肼； 所述的硫化剂为硫磺和过氧化二异丙苯的混合物，硫磺用量为〇. 5 - 1. 5重量份，过氧 化二异丙苯用量为2- 4重量份； 所述的促进剂为二硫化四甲基秋兰姆和2, 2' -二硫代二苯并噻唑的混合物，二硫化四 甲基秋兰姆用量为1 一 2. 5重量份，2, 2' -二硫代二苯并噻挫用量为1 一3重量份； 所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，氧化锌用量为4一6重量份，硬脂酸用量为 1一 3重量份。
[0007] 本发明要解决的第二个技术问题就是提供一种微孔橡胶垫板的制备工艺。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括下述步骤： 第一步混炼 将100重量份三元乙丙橡胶在开炼机上薄通15次投入密炼机，依次投入5- 9重量份 活性剂、60-100重量份填充材料和30- 60重量份链烷烃油，混炼10 - 14min，密炼机转速 15- 25r/min，排胶温度130-150°C，冷却至室温后在开炼机上薄通4一6次，依次加入6- 18重量份聚乙二醇混合物、6 -12重量份发泡剂、2. 5-5. 5重量份硫化剂和2-5. 5重量份 促进剂，混合均匀后得到混炼胶； 第二步发泡和硫化 在155°C平板硫化机上硫化25- 40min，硫化压力4一8MPa。
[0009] 本发明提供的微孔橡胶垫板，采用低门尼三元乙丙橡胶与高门尼三元乙丙橡胶机 械共混技术，形成以低粘度橡胶为耗能主体及高粘度橡胶提供高强度和高回弹性的分散均 匀的多相结构。配合使用聚乙二醇混合物，利用聚乙二醇混合物的碱性中和发泡剂4, 4-氧 代双苯磺酰肼反应过程中形成的苯磺酸，推进硫化反应，增大发泡倍率。辅以补强性能良好 的炭黑和老化性能优异、质轻多孔的硅藻土填料。通过对橡胶材料组成的合理配合，赋予微 孔橡胶垫板高强度、低刚度和低温度依存优良性能。
[0010] 采用低门尼三元乙丙橡胶与高门尼三元乙丙橡胶机械共混技术，形成以低粘度橡 胶为耗能主体及高粘度橡胶提供高强度和高回弹性的分散均匀的多相结构。高弹性材料具 有储存能量作用，但不能耗散能量；高粘性材料具有耗散能量作用，但不能储存能量，将二 者合理配合能更好发挥橡胶的减振作用，且保持足够的变形恢复能力，延长使用寿命。且微 孔橡胶需要橡胶材料具备足够的可塑性才能促使其发出均匀的泡孔。综上，以低门尼三元 乙丙橡胶为主，形成耗散能量的主体结构，且橡胶基体粘度低，满足微孔橡胶易于发泡的需 求；高门尼三元乙丙橡胶的大分子分散在低粘度橡胶基体之间，起到支撑骨架作用，赋予橡 胶材料高强度和高回弹性能。两种三元乙丙橡胶相容性好，低门尼三元乙丙橡胶构成连续 相，高门尼三元乙丙橡胶成为分散相，形成分散均匀的多相结构。而且因低门尼橡胶的粘连 作用，这种多相结构不易分离，保证了橡胶基体的性能稳定性。
[0011] 聚乙二醇混合物为聚乙二醇1500和聚乙二醇4000混合物，聚乙二醇混合物起到 两个作用：一是硫化活性剂调节硫化速度。发泡剂在橡胶材料硫化过程中充分分解，才能形 成细小均匀的泡孔，这就需要在配方设计时做到橡胶起硫速度快，硫化速度慢；二是发泡活 性剂，本配方中使用的发泡剂为4, 4-氧代双苯磺酰肼，该发泡剂易形成闭孔结构，孔径细 小，弹性好，永久变形小。周所周知，一般情况下，发泡剂4, 4-氧代双苯磺酰肼单独使用，无 需助发泡剂，发泡过程中，4, 4-氧代双苯磺酰肼与硫磺、促进剂反应生成苯磺酸，即使进一 步增加4, 4-氧代双苯磺酰肼用量，但生成的苯磺酸使硫化延迟进一步增大，发泡先行于硫 化而引起溢气，从而导致发泡倍率不会增加。本发明专利中添加适量的聚乙二醇混合物，利 用聚乙二醇混合物的碱性中和4, 4-氧代双苯磺酰肼反应过程中形成的苯磺酸，推进硫化 反应，保证硫化反应先于发泡过程，增大发泡倍率，降低橡胶材料的密度。
[0012] 填充材料为炭黑和硅藻土，炭黑的性能要求为：CTAB法表面积为75- 90m2/g，DBP 吸收值为0.95 - I. 15cm3/g。此种炭黑具有良好的补强性能，用以增加橡胶基体力学性能。 娃藻土的性能要求为密度2. 0-2. 2g/cm3,孔体积0. 65-0. 75m,娃藻土具有多孔结构，孔隙 度大，体质轻软，可以减小橡胶基体的密度，但补强性能较差，仅作为填充材料使用。炭黑与 硅藻土的用量比需保持一定范围，用量比大于3:1，橡胶基体整体强度提高，发泡倍率降低； 用量比小于1:1时，橡胶基体具有较好的发泡性能，但是强度无法满足使用要求。硅藻土的 耐热、保温、抗老化性能优异，进一步降低微孔橡胶垫板的温度依存性，增加其性能稳定性。
[0013] 链烷烃油相对密度0