轨道交通用橡胶减振材料及制品的应用

轨道交通用橡胶减振材料及制品的应用

内容摘要:摘要:本文概述了轨道交通用橡胶减振制品的材料技术和产品的应用

和发展情况。关键词:轨道交通减振橡胶制品橡胶橡胶材料具有以下特性［1]:(1）橡胶具有良好的阻尼特性,在弹性范围内的相对滞后值可以达到10~65%,动、静模数之比为１．5左右。(2）橡胶的弹性变形比金属大的多（可达10000倍以上)，而弹性模数比金属的小得多（为1/700到１/４000)。(３)橡胶的声速为40~200ｍ/ｓ，钢的声速却为5０00ｍ/s。

摘要:本文概述了轨道交通用橡胶减振制品的材料技术和产品的应用和发展情况。

关键词：轨道交通减振橡胶制品橡胶

ﻭ橡胶材料具有以下特性[1］:

ﻭ(１)橡胶具有良好的阻尼特性，在弹性范围内的相对滞后值可以达到１0~65%，动、静模数之比为１.5左右；

(2）橡胶的弹性变形比金属大的多(可达1000０倍以上)，而弹性模数比金属的小得多(为1／700到1/４0０0)；ﻭ(３)橡胶的声速为40~200m/ｓ，钢的声速却为50０0m/s。

ﻭ因此具有良好的减振、隔音和缓冲性能［2］。现代轨道交通为有效减少轮轨作用力和改善系统走行性能，降低高速重载所引起的机车车辆以及线路的系统振动和噪声问题,大量使用各种橡胶弹性元件用于牵引、驱动、连接、支承等,以达到

1．橡胶材料ﻭ

舒适、平稳、快速的更高要求［3]。ﻭﻭ

减振所用橡胶的品种很多,用量比较大的有:天然橡胶(NR）、丁苯橡胶（ＳBR)、顺丁橡胶(BR)、丁腈橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、丁基橡胶(IR)、乙丙橡胶(EPDM)等。通常针对不同的应用环境和使用要求，选用不同的橡胶材料或将几种橡胶共混以及采用某些改性方法来提高橡胶材料的某一项和几项性能。ﻭﻭ１.1 共混技术

ＮＲ是橡胶减振领域中用量最大的品种，许多共混的研究都是以其为主体进行的。如Yoshiｈaru等人［4］采用ＮR和ＢR共混制成减振橡胶,在１50℃硫化30min后,发现材料具有很好的衰减性能;他们还研究采用天然橡胶和氯丁橡胶共混制成减振橡胶,硫化促进剂只促进其中的天然橡胶硫化而不促进氯丁橡胶硫化，使得减振橡胶的减振特性由材料中的氯丁橡胶组份体现出来［5]；Nisｈiue Tａkeshi等人[6］使用天然橡胶、含有不饱和键的顺丁橡胶、以及碳原子数大

于4的含有OＨ基团有机酸的金属盐，和一些其他的添加剂制成的减振器具有较好的耐久性,在70℃压缩2２小时和在40℃压缩１４8小时的压缩永久变形分别是17.0和1１．7%;除ＮR外，以CR、SBR、EPＤM等为主体进行共混研究的实例也很多,此外其它材料的共混研究还有：Ｔoshiａkｉ等人[７，8]采用不能硫化的异戊二烯苯乙烯嵌段共聚物和可硫化的溴化对甲基苯乙烯－异丁烯共聚物的混合物以比例80：20到25:75配制成的共混橡胶材料,在应用到减振橡胶配方中时材料的损耗因子Tａnδ大于0．５，同时在30℃到２0℃的范围内损耗因子T ａｎδ的变化小于0．5,使材料不仅具有很好的减振性能,而且还具有很好的减振稳定性，同时材料还有很好的耐氧化和耐臭氧化性能;Masashi等人[9]采用溴化乙烯基共聚物橡胶(Br含量０．２~5%）和NR以及异丁烯橡胶制成的减振橡胶材料具有很好的耐热老化、拉伸疲劳性能和臭氧裂解性能,在９0℃条件下处理10０0小时后拉伸强度保持62％,压缩永久变形保持3９％；WangXiaｏrog等人［10]采用聚(芳香烯烃co马来酰亚胺)共聚物与马来酸化的烷基烯烃和烷基双胺在充分干燥的条件下形成聚烯烃接枝聚(芳香烯烃ｃｏ马来酰亚胺)共聚物,将这种材料和橡胶混合可以制备高阻尼材料;Kｅntarｏ等人［１1，1２]由芳香乙烯基单体和丁二烯共聚物形成的减振用绝缘橡胶材料具有很好的防止振动和防止噪音的特性；同时这种材料还具有很好的屈挠疲劳性能;Ｏｋada等人[1３]采用不饱和的乙烯、芳香族烯烃、非共轭烯烃以一定比例形成的不饱和共聚物制成的橡胶共混物使得减振橡胶在力学性能、耐热性、耐老化性能、减振性能、振动

1．2 纳米改性技术

性能消失和耐屈挠疲劳性能上都具有很好的性能。ﻭﻭ

利用少量的蒙脱土和炭黑共同补强天然橡胶,可使材料的综合性能改善。表1反映了10份蒙脱土替代１0份炭黑时对天然橡胶各项性能的影响，由表可见,材料的硬度减小，定伸强度、拉伸强度、断裂伸长率都明显提高,耐水、耐油、耐热氧老化、耐臭氧老化等性能较以前都明显提高。对于露天使用的轨道交通用橡胶减振器，蒙

脱土纳米复合橡胶技术显示出明显的优势。

表1 蒙脱土对天然橡胶性能的影响

1.3 炭黑(白炭黑)原位接枝橡胶技术ﻭﻭ炭黑与白炭黑是减振橡胶中的主要补

强填充剂，但是炭黑与白炭黑粒子间的自聚作用较大，难于在橡胶基体中分散,而且由于自身是强极性无机粒子,与天然橡胶等非极性有机物间的相互作用力较弱,影响了其应用效果。

ﻭ炭黑表面含有羧基、羟基等多种官能团,白炭黑的表面也有大量的羟基官能团，可以利用这些高活性的基团来改善炭黑与白炭黑对橡胶的作用。ﻭﻭ炭黑(白炭黑)原位接枝橡胶技术采用具有双亲化学活性的小分子偶联剂,在橡胶混炼过程中使其同时与炭黑(白炭黑)表面、橡胶大分子发生接枝反应，使炭黑（白炭黑）与橡胶间实现部分化学键作用力,可大大加强炭黑和橡胶间的界面作用力,同时增加

了橡胶对炭黑(白炭黑）附聚体的破坏作用,使分散水平也大幅度提高。这样不仅可以显著提高减振材料定伸应力、拉伸强度、撕裂强度等性能,而且能显著降低高结构炭黑的用量,改进交联网络的结构，由于界面化学作用强度高，从而使材料的疲劳生热显著降低,延缓疲劳破坏过程,提高弹性体结构材料与制品的承载

性能和使用寿命。此外，还能提高橡胶抵抗热氧、臭氧、光老化的能力(见图1)。

图1 原位接枝改性作用机理示意图

2．橡胶减振制品ﻭﻭ轨道交通控制振动的途径和其它领域相同［15］：1)降低振源的激发力;2)将振动与激发源离开(隔振）;3)缓和振动体的振动。橡胶减振主要用于后两个方面。

橡胶减振器具有许多优点[1］：1）可以通过设计结构、调整橡胶性能来满足对各个方向刚度的要求;２)兼具衰减和吸能两种能力，减振效果好，容易越过共振区;3)弹性模量比金属小得多,能够产生较大弹性形变;４)没有滑动部分,因此无磨耗,易于保养;5)重量轻,安装、拆卸方便。ﻭﻭ当然，橡胶减振器也有一些缺点：1)高温低温性能不如金属；耐油性能不如金属;2)对于直射日光需要注意用薄膜遮蔽等;3)长期用于大载荷时弹性减弱。

ﻭ2．１机车车辆用减振橡胶制品的应用及发展ﻭ

机车车辆用橡胶减振器主要应用在转向架上,按安装的部位可分为：一系悬挂装置、二系悬挂装置、牵引悬挂装置、牵引缓冲装置等[16]。

ﻭ2．1.1 一系悬挂用减振橡胶制品

1) Ｖ型弹簧

V型橡胶弹簧是一系悬挂橡胶减振器的代表产品之一，与金属悬挂相比,能有效地降低磨损,隔离噪音，并能提供所需的垂、横、纵三向刚度，控制横向、纵向摆动，提供适宜的牵引力。国外Dunｌｏp、phｏnex等公司已具有成熟技术。由于V型弹簧承受周向剪切和垂向压缩变形,因此橡胶的抗蠕变性能成为衡量该产品技术水平的主要标志。株洲时代新材料科技股份公司对提高产品的抗蠕变性能进行专题研究［17，18],实验室检测结果表明,新研制的V型橡胶弹簧抗蠕变性能优于国外同类产品。