劉士鐸 ，趙旭魁 ，張明棟 ，楊春暉

(1.河北省騰躍鐵路裝備股份有限公司，河北 辛集 052360；2.青島泰洋圣化工有限公司，山東 青島 266045)

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），RSS3，泰國產(chǎn)品；順丁橡膠（BR）,牌號9000，北京燕山石化橡塑化工有限責(zé)任公司產(chǎn)品；炭黑N550，N774，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品；抗疲勞助劑Topfill?N98,青島泰聯(lián)新材料有限公司提供；均勻劑M50，上海深茂橡塑科技有限公司提供；抗硫化還原劑TDB680,3100G 環(huán)保型長效橡膠防老劑，安徽阜陽利普化工有限公司產(chǎn)品；其余原材料均為橡膠工業(yè)市售產(chǎn)品。

Topfill?N98 生產(chǎn)工藝類似氣相法白炭黑，主體成分為二氧化硅，外觀呈灰白色至灰黑色，屬無定型球狀結(jié)構(gòu)。Topfill?N98 因其特有的生產(chǎn)工藝及結(jié)構(gòu)，可以改善橡膠的分散，賦予橡膠更好的流動性，提高擠出和注射速度，能賦予硫化膠料高伸長率、低生熱、高彈性、良好的氣密性和耐疲勞老化性能。

1.2 主要儀器

XK-450 型開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；GT-7104 型電加熱平板、GT-M 型無轉(zhuǎn)子硫化儀、AI-7000S 型電子拉力機(jī)，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；WTB-0.5 回彈性測試儀，揚(yáng)州天發(fā)試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；UD3600XY 疲勞試驗(yàn)機(jī)，中國臺灣優(yōu)肯科技有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測試標(biāo)準(zhǔn)

橡膠膠料拉伸性能試驗(yàn)測試按GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變的測定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；橡膠膠料撕裂性能試驗(yàn)按GB/T 529—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強(qiáng)度的測定（褲形、直角形和新月形試樣）》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；橡膠膠料老化性能試驗(yàn)測試按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)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；橡膠膠料的壓縮永久變形性能試驗(yàn)測試按GB/T 7759.1—2015《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓縮永久變形的程度第1 部分：在常溫及高溫條件下》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；膠料蠕變測試按GB/T 19242《硫化橡膠 在壓縮或剪切狀態(tài)下蠕變的測定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；耐臭氧老化性能按GB/T 7762 試驗(yàn)方法進(jìn)行；產(chǎn)品動態(tài)疲勞試驗(yàn)按產(chǎn)品疲勞標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。

1.4 原來膠料配方

膠料配方（單位：份）橡膠，100；硫磺和促進(jìn)劑，3.5；活性劑，7；防老劑，4.0；炭黑及補(bǔ)強(qiáng)劑，85；古馬龍，3；流動助劑，2.5；增塑劑，5；其余；10；總計：220。

2 結(jié)果與討論

減震橡膠產(chǎn)品疲勞破壞的形式一般是產(chǎn)品疲勞變形和龜裂，龜裂一般是臭氧和紫外老化所致，添加一定數(shù)量的防護(hù)蠟、抗紫外助劑及橡膠防老劑，就可以改善和減少龜裂這種情況。產(chǎn)品疲勞變形是減弱減震產(chǎn)品作用的重要因素，會導(dǎo)致降低橡膠減震產(chǎn)品使用壽命的直接因素，改善橡膠減震產(chǎn)品疲勞變形就需要改善產(chǎn)品橡膠膠料配方，優(yōu)化橡膠膠料配方的硫化體系，選擇性能優(yōu)異的膠料抗疲勞助劑Topfill?N98，優(yōu)化抗疲勞助劑的用量，提高產(chǎn)品橡膠膠料耐疲勞性能和減少產(chǎn)品疲勞變形性能。通過在產(chǎn)品膠料中優(yōu)化抗疲勞助劑試驗(yàn)，對提高膠料疲勞性能，降低產(chǎn)品疲勞變形性能，改善膠料配方進(jìn)行一些探討。

2.1 硫化體系的優(yōu)化

原來膠料硫化體系為CZ 和TT，膠料疲勞性能一般，為了提高產(chǎn)品使用壽命，本試驗(yàn)采用CZ 和DM硫化體系。因膠料是天然橡膠為主，為了克服天然橡膠膠料的硫化還原性能，添加少量抗硫化還原劑作為膠料助硫化體系，提高膠料硫化程度和橡膠膠料性能穩(wěn)定性。采用的主體材料組合不變，不同優(yōu)化硫化體系的膠料性能對比如表1。

表1 采用不同硫化體系膠料性能對比結(jié)果

從表1可以看出添加抗硫化還原劑TDB680 /M50的膠料，膠料生產(chǎn)安全性能好，硫化的膠料疲勞性能和蠕變性能優(yōu)異，產(chǎn)品疲勞試驗(yàn)后剛度和產(chǎn)品厚度變化小，其余膠料性能基本相當(dāng)，故采用優(yōu)化膠料硫化體系的配方4。

2.2 產(chǎn)品膠料中抗疲勞劑的優(yōu)化

產(chǎn)品膠料性能決定產(chǎn)品的性能，為了提高產(chǎn)品膠料的耐疲勞性能、降低產(chǎn)品在使用過程中的生熱、變形性能、穩(wěn)定產(chǎn)品的剛度，提升橡膠彈性減震體的使用壽命，選擇不同的抗疲勞橡膠助劑進(jìn)行試驗(yàn)，將抗疲勞助劑標(biāo)記為R300、N98、PL600、HS 四種，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2膠料耐疲勞性能和產(chǎn)品疲勞變形性能試驗(yàn)測試結(jié)果可以看到，添加抗疲勞助劑Topfill?N98，膠料耐疲勞性能和產(chǎn)品疲勞后變形測試性能比較好。為了提高膠料的疲勞性能，在膠料基本配方的基礎(chǔ)上添加抗疲勞助劑Topfill?N98。

表2 添加不同抗疲勞助劑的膠料性能測試結(jié)果

2.3 抗疲勞助劑Topfill? N98 用量的優(yōu)化

采用添加抗疲勞助劑Topfill?N98，提升產(chǎn)品膠料的耐疲勞性能和產(chǎn)品疲勞后變形性能，通過試驗(yàn)不同的添加用量，測試產(chǎn)品膠料耐疲勞性能和產(chǎn)品疲勞后變形量，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 添加不同用量抗疲勞助劑Topfill? N98 的產(chǎn)品膠料性能和產(chǎn)品疲勞后變形測試結(jié)果

通過試驗(yàn)結(jié)果可以看到添加8.0 份抗疲勞助劑Topfill?N98，產(chǎn)品400 萬次疲勞后剛度變化率和產(chǎn)品變形量比較小，產(chǎn)品疲勞性能得到提升。

改善后產(chǎn)品配方如下（單位：份）橡膠，100；硫磺和促進(jìn)劑，4.0；活性劑，8；防老劑，5.0；炭黑及補(bǔ)強(qiáng)劑，87.5；抗疲勞助劑，8.0；防護(hù)蠟，2.5；其余；11；總計：226。

2.4 優(yōu)化膠料混煉和產(chǎn)品硫化工藝

在優(yōu)化產(chǎn)品膠料配方的基礎(chǔ)上，需要較好的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝配合。為了充分體現(xiàn)改善橡膠減震件疲勞變形性能和提高疲勞壽命的效果，在膠料混煉和硫化工藝進(jìn)行改變，進(jìn)一步提升膠料均勻性能和穩(wěn)定性，優(yōu)化的工藝如表4。

表4 膠料混煉和硫化工藝的優(yōu)化

改善膠料混煉和產(chǎn)品硫化工藝，使鐵路減震橡膠件膠料均勻性和穩(wěn)定性得到提高，提升了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，降低了產(chǎn)品疲勞變形。

3 結(jié)論

本工作通過試驗(yàn)優(yōu)化選擇抗疲勞助劑和采用不同的添加份數(shù)，提高了膠料的疲勞性能，改善了產(chǎn)品疲勞后的變形性能，提升了產(chǎn)品的使用壽命。