葉歡

摘要：為了開發(fā)出高性能軌道結(jié)構(gòu)用膠粘劑，研究了硅氫基/硅乙烯基摩爾比、甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)和催化劑/抑制劑比例對硅橡膠膠粘劑拉伸性能、硬度、交聯(lián)密度和固化性能的影響。結(jié)果表明，隨著 Si-H/ Si-Vi 摩爾比從0.8∶1增加至2.0∶1，拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率先增大后減小、邵氏硬度逐漸增大，在Si-H/Si-Vi 摩爾比=1.5：1時(shí)取得拉伸強(qiáng)度最大值，在Si-H/Si-Vi摩爾比=2.0∶1時(shí)取得z邵氏硬度最大值。甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增至80%，硅橡膠膠粘劑的拉伸強(qiáng)度先增大后減??；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%時(shí)取得抗拉強(qiáng)度最大值。在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，適宜的Si-H/Si-Vi摩爾比為1.5∶1、甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%、催化劑/抑制劑質(zhì)量比為3∶1。

關(guān)鍵詞：軌道結(jié)構(gòu)；硅橡膠膠粘劑；配方；制備；力學(xué)性能

中圖分類號：TQ433.4+2???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?????????????? 文章編號：1001-5922（2023）03-0009-04

Study? on preparation? and properties? of adhesives for track structure design

YE Huan

（Xinjiang Railway Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Urumqi 830011，China）

Abstract： In order to develop a high-performance adhesive for track structure design， the effects of the molar ratio of hydrosiloxane/vinyl siloxane， the content of methyl vinyl silicone rubber and the ratio of catalyst/inhibitor on the tensile properties， hardness， crosslinking density and curing properties of silicone rubber adhesive were studied. The results show that with the increase of Si-H/Si Vi molar ratio from 0.8∶1 to 2.0∶1， the tensile strength andelon- gation after fracture of silicone rubber adhesive first increase and then decrease， and the Shore hardness gradually increases. The maximum tensile strength is obtained when the Si-H/Si Vi molar ratio is 1.5：1， and the maximum Shore hardness is obtained when the Si-H/Si Vi molar ratio is 2.0∶1. With the content of methyl vinyl silicone rub- ber increasing from 0 to 80%， the tensile strength of silicone rubber adhesive first increases and then decreases， and the maximum tensile strength is obtained when the content of methyl vinyl silicone rubber is 70%. With the in- crease of catalyst/inhibitor mass ratio， the curing time of silicone rubber adhesive at 25℃ and 180℃ decreased gradually. In the actual production and application process， the appropriate Si-H/Si Vi molar ratio is 1.5：1， the con- tent of methyl vinyl silicone rubber is 70%， and the catalyst/inhibitor mass ratio is 3：1.

Keywords： track structure；silicone rubber adhesive；formula；preparation；mechanical property

國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和交通運(yùn)輸事業(yè)的快速進(jìn)步，中國鐵路營業(yè)里程在2021年已達(dá)15.6萬km，同比增長6.36%，年均復(fù)合增長率達(dá)4.92%，且呈現(xiàn)逐年遞增趨勢。在給普通民眾的生活出行帶來極大便利的同時(shí)，給鐵路軌道相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈也帶來了巨大發(fā)展機(jī)遇，與軌道結(jié)構(gòu)建設(shè)相關(guān)的鋼軌、軌枕、道床、聯(lián)結(jié)零件等都在不同程度得到飛速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完善，尤其是隨著近年來鐵路提速等需求的提升，膠粘劑作為軌道結(jié)構(gòu)中經(jīng)常使用的粘接材料[1]，其固化性能和粘接性能也變得愈發(fā)重要[2]。然而，實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，軌道結(jié)構(gòu)用硅橡膠膠粘劑硫化過程有一定副反應(yīng)[3]，如果配方不當(dāng)會造成最終硅橡膠膠粘劑的強(qiáng)度偏低、固化時(shí)間較長等問題[4]，且嚴(yán)重時(shí)還會產(chǎn)生內(nèi)聚破壞現(xiàn)象[5]影響使用性能。在調(diào)研國內(nèi)外軌道結(jié)構(gòu)用硅橡膠膠粘劑生產(chǎn)工藝和成分配方的基礎(chǔ)上，考察了硅氫基/硅乙烯基摩爾比、甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)和催化劑/抑制劑比例對硅橡膠膠粘劑拉伸性能、硬度、交聯(lián)密度和固化性能的影響，結(jié)果有助于優(yōu)化高性能軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用膠粘劑的配方設(shè)計(jì)，并推動(dòng)其在軌道結(jié)構(gòu)中的工業(yè)應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)原料包括工業(yè)用直鏈型乙烯基硅油（乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.17%）、支鏈型乙烯基硅油（乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.9%）、MQ 乙烯基硅樹脂（乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%）、含氫硅油（氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.485%）、甲基乙烯基硅橡膠、卡式催化劑（鉑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.28%）和環(huán)己基炔醇（質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.2%）。

1.2 試樣制備

用電子天平質(zhì)量基礎(chǔ)膠、填料、抑制劑等并加入溶劑在燒杯中攪拌，攪拌均勻后轉(zhuǎn)入干燥箱中去除氣泡等[6]，然后倒入聚四氟乙烯模具中，并置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行加熱固化[7]。不同硅氫基/硅乙烯基摩爾比的硅橡膠膠粘劑配方，具體如表1所示；不同甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅橡膠膠粘劑的配方，具體如表2所示；不同催化劑/抑制劑比例的硅橡膠膠粘劑的配方，具體如表3所示。

1.3 測試方法

根據(jù) GB/T 528—2009測試硅橡膠膠粘劑的拉伸性能，溫度為室溫，拉伸設(shè)備為MTS-810型液壓私服萬能材料試驗(yàn)機(jī)，拉伸速率為2 mm/min，結(jié)果為5組試樣平均值；硬度測試根據(jù)GB/T 531.1—2008進(jìn)行測試，設(shè)備為LA-X型邵氏硬度計(jì)，結(jié)果為5點(diǎn)平均值；交聯(lián)密度測試采用溶脹平衡法[8]進(jìn)行，測試溫度為室溫，取3根試樣平均值作為結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 硅氫基/硅乙烯摩爾比

圖1為不同硅氫基/硅乙烯摩爾比的硅橡膠膠粘劑的拉伸性能測試結(jié)果，分別列出了Si-H/Si-Vi摩爾比為0.8∶1、1.0∶1、1.2∶1、1.5∶1、1.8∶1和2.0∶1時(shí)硅橡膠膠粘劑的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率測試結(jié)果?？梢姡S著Si-H/Si-Vi摩爾比從0.8∶1增至2.0∶1，硅橡膠膠粘劑的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率先增大后減小，在 Si-H/Si-Vi摩爾比=1.5∶1時(shí)取得拉伸強(qiáng)度最大值，在 Si-H/Si-Vi 摩爾比=1.2∶1時(shí)取得斷后伸長率最大值。

圖2為不同硅氫基/硅乙烯摩爾比的硅橡膠膠粘劑的硬度測試結(jié)果，分別列出了Si-H/Si-Vi摩爾比為0.8∶1、1.0∶1、1.2∶1、1.5∶1、1.8∶1和2.0∶1時(shí)硅橡膠膠粘劑的邵氏硬度測試結(jié)果。可見，隨著Si-H/Si-Vi摩爾比從0.8∶1增加至2.0∶1，硅橡膠膠粘劑的邵氏硬度逐漸增大，在Si-H/Si-Vi摩爾比為2.0∶1時(shí)取得邵氏硬度最大值，且當(dāng)Si-H/Si-Vi摩爾比達(dá)到1.2∶1及以上時(shí)邵氏硬度增加幅度較緩。

圖3為不同硅氫基/硅乙烯摩爾比的硅橡膠膠粘劑的交聯(lián)密度測試結(jié)果，分別列出了Si-H/Si-Vi摩爾比為0.8∶1、1.0∶1、1.2∶1、1.5∶1、1.8∶1和2.0∶1時(shí)硅橡膠膠粘劑的交聯(lián)密度測試結(jié)果。可見，隨著 Si-H/ Si-Vi 摩爾比從0.8∶1增加至2.0∶1，硅橡膠膠粘劑的交聯(lián)密度逐漸減小，在 Si-H/Si-Vi 摩爾比為2.0∶1時(shí)取得交聯(lián)密度最小值，且當(dāng) Si-H/Si-Vi 摩爾比達(dá)到1.5∶1及以上時(shí)交聯(lián)密度基本不變或者略有減小。

整體而言，Si-H/Si-Vi摩爾比的變化會改變含氫硅油的加入量，使得硅橡膠膠粘劑制備過程中的硅氫加成反應(yīng)出現(xiàn)不完全現(xiàn)象[9]，交聯(lián)度會因此而降低并造成表面出現(xiàn)粘滯而降低拉伸強(qiáng)度，但是當(dāng)含氫硅油加入量增加時(shí)，硅橡膠膠粘劑中的交聯(lián)逐漸變得通暢，拉伸強(qiáng)度和硬度會有所增加；但是，如果含氫硅油過量時(shí)，硅橡膠膠粘劑中會出現(xiàn) Si—H鍵空閑，局部出現(xiàn)交聯(lián)密度降低的現(xiàn)象，且Si—H鍵還會在催化劑作用下發(fā)生脫氫反應(yīng)而出現(xiàn)氣泡[10]，交聯(lián)密度降低的同時(shí)影響力學(xué)性能。

2.2 甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖4為不同甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅橡膠膠粘劑的拉伸性能，分別列出了甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%～80%時(shí)硅橡膠膠粘劑的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率測試結(jié)果。

從圖4可以看出，隨著甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增至80%，硅橡膠膠粘劑的拉伸強(qiáng)度先增大后減小，在甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%時(shí)取得抗拉強(qiáng)度最大值；隨著甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增至80%，硅橡膠膠粘劑的斷后伸長率逐漸增大，在甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí)取得斷后伸長率最大值。

圖5為不同甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅橡膠膠粘劑的硬度測試結(jié)果。

從圖5可以看出，隨著甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增至80%，硅橡膠膠粘劑的硬度逐漸減小，在甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí)取得硬度最小值。不同甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅橡膠膠粘劑的硬度隨著甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢與拉伸強(qiáng)度變化趨勢相反，即隨著甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，拉伸強(qiáng)度增大而硬度減小。這主要是因?yàn)榧谆蚁┗柘鹉z質(zhì)量分?jǐn)?shù)自身具有較高的分子量[11]，在其質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí)硅橡膠膠粘劑的交聯(lián)密度較小，硬度較大；隨著甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，硅橡膠膠粘劑的交聯(lián)密度會增大而提高拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率，而硬度會有所減小。在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，為了保證軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用膠粘劑具有一定的硬度，應(yīng)該適當(dāng)控制甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)，避免出現(xiàn)硬度過低的現(xiàn)象，如甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在50%以下。

2.3 硅橡膠膠粘劑的固化性能

表4為不同催化劑/抑制劑質(zhì)量比的硅橡膠膠粘劑的固化性能，分別列出了催化劑/抑制劑質(zhì)量比為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1和5∶1時(shí)硅橡膠膠粘劑的固化性能測試結(jié)果。

由表4可知，當(dāng)催化劑/抑制劑質(zhì)量比為1∶1時(shí)，硅橡膠膠粘劑在固化溫度25℃時(shí)的固化時(shí)間為336 h ，在固化溫度180℃時(shí)的固化時(shí)間為16 min；隨著催化劑/抑制劑質(zhì)量比的增加，硅橡膠膠粘劑在固化溫度25℃時(shí)的固化時(shí)間逐漸減小，且在催化劑/抑制劑質(zhì)量比為5∶1時(shí)的固化時(shí)間減小至12 h。隨著催化劑/抑制劑質(zhì)量比的增加，硅橡膠膠粘劑在固化溫度180℃時(shí)的固化時(shí)間先減小而后不變，且在催化劑/抑制劑質(zhì)量比在3∶1及以上時(shí)的固化時(shí)間都為1 min。在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，控制催化劑/抑制劑質(zhì)量比為3∶1時(shí)可以取得快速固化的效果，這主要是因?yàn)榇藭r(shí)的催化劑/抑制劑可以形成配合物而降低硅橡膠膠粘劑的活性，在高溫下抑制劑會發(fā)生一定揮發(fā)而促進(jìn)硅氫加成反應(yīng)所致[12-13]。

3 結(jié)語

（1）隨著Si-H/Si-Vi摩爾比從0.8∶1增至2.0∶1，硅橡膠膠粘劑的拉伸強(qiáng)度和斷后伸長率先增大后減小，在Si-H/Si-Vi摩爾比為1.5∶1時(shí)取得拉伸強(qiáng)度最大值，在Si-H/Si-Vi摩爾比為1.2∶1時(shí)取得斷后伸長率最大值；

（2）隨著甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增至80%，硅橡膠膠粘劑的拉伸強(qiáng)度先增大后減小，在甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%時(shí)取得抗拉強(qiáng)度最大值。隨著甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增至80%，硅橡膠膠粘劑的斷后伸長率逐漸增大，在甲基乙烯基硅橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí)取得斷后伸長率最大值；

（3）隨著催化劑/抑制劑質(zhì)量比的增加，硅橡膠膠粘劑在固化溫度25℃時(shí)的固化時(shí)間逐漸減小，且在催化劑/抑制劑質(zhì)量比為5∶1時(shí)的固化時(shí)間減小至12 h。隨著催化劑/抑制劑質(zhì)量比的增加，硅橡膠膠粘劑在固化溫度180℃時(shí)的固化時(shí)間先減小而后不變，且在催化劑/抑制劑質(zhì)量比在3∶1及以上時(shí)的固化時(shí)間都為1 min。

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