轻轨减震密封胶的研究

姜海鹏，张靖宇，侯英彬，吴德勇，曲家良，董伟，常凤忱

(1.中国石油吉林石化公司 高碳醇厂,吉林 吉林 132022；2.中国石油吉林石化公司 乙二醇厂，吉林 吉林 132022)

近几年来，随着城市轨道交通设施建设的迅速发展，轻型轨道建设施工量越来越大，轻轨镶嵌在混凝土基础槽内，需要使用大量的减震密封材料，要求与钢轨及混凝土均有良好的粘接性能和减震效果以及电绝缘性，并且需要有良好的耐水性、耐老化性。多年来国内一直大量使用进口的密封材料，大部分为德国劳尔公司等国外的产品，价格较高。通过对进口产品的剖析和性能测试，笔者基本了解了进口同类产品的主要成分和性能。密封胶由A、B 2个组分配制而成；在浇注密封胶前在钢轨和混凝土基槽表面喷涂2种底涂料，起到保护基层和偶联作用[1]。为了满足国内轻轨建设的需要，开发代替进口产品，笔者开展了轻轨减震密封胶的研究工作，通过查阅文献[2-4]，进行了大量的实验研究，研制出聚氨酯型减震密封胶及环氧基偶联涂料，各项应用指标均达到或超过了进口同类产品的水平。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚醚多元醇预聚物：运动粘度为5 000 mm2/s，沈阳化工学院；聚酯多元醇：运动粘度为6 000 mm2/s，沈阳化工学院；粉末橡胶：粒度100～150 μm，中国石油北京化工研究院；气相法白炭黑：HN-300 型，扬州昊能化工有限公司；炭黑：120 μm，北京普林森科技有限公司；硅微粉：粒度60～80 μm，连云港万祥硅微粉厂；癸二酸二辛酯(DOS)、邻苯二甲酸丁基辛酯(BOP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)：盐城市双鸿化工科技有限公司；防老剂：BLE型，南通新长化学有限公司；硅偶联剂 KH-550：南京品宁偶联剂有限公司；环氧树脂：NPES901，台湾进口；碳钢及混凝土试件:自制。

1.2 设备仪器

高速混合机：SHR-100A型，张家港市永利机械有限公司；反应釜：KCF-100型，烟台科立化工设备有限公司；三辊研磨机：GKM-65型，上海易勒机电设备有限公司；电子拉力实验机：GT-700S型，高铁检测仪器有限公司；硬度测定仪：TH-200型，上海伦捷机电仪表有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 A组分的配制

称取一定量的聚醚多元醇预聚物，加入反应釜，再加入增塑剂、防老剂等，搅拌约2 h。将粉末橡胶、气相法白炭黑等放入到高速混合机中搅拌20 min左右[4]，取出后加到上述反应釜中，搅拌约2 h放到三辊研磨机上研磨2遍，然后密封包装。

1.3.2 B组分的配制

称取一定量的聚酯多元醇预聚物、果壳类炭黑、有机溶剂、偶联剂、抗氧剂等加到反应釜中搅拌约1 h放到三辊研磨机上研磨2遍，然后密封包装。

1.3.3 底涂料的配制

底涂料有2种，一种固含量较低，提前喷涂在除锈后的钢轨和混凝土表面，主要起表面防锈和保护作用；另一种固含量较高，是在施工时现场喷涂的偶联涂料，主要是起到增加密封胶与钢轨及混凝土粘接性能[4]的作用。2种涂料的主要成分基本相同，固含量和添加剂不同。

1.3.3.1 A组分的配制

称取一定量的环氧树脂、无水乙醇、惰性溶剂、增塑剂等加入到反应釜中，再加入硅微粉、气相法白炭黑、偶联剂等，搅拌2 h放料包装。

1.3.3.2 B组分的配制

称取一定量的树脂型环氧固化剂、无水乙醇、惰性溶剂等，加入到反应釜中搅拌1.5 h放料包装。

1.3.4 测试件预制

按照相关标准浇注混凝土试件和加工碳钢试件，混凝土件去掉表面浮灰，碳钢件除锈后涂上保护底涂料备用。

1.3.5 样片和粘接件的制作

1.3.5.1 样片的制作

称取密封胶料A、B组分按一定比例混合均匀后浇注在标准模具中，自然流平，24 h后起片，7 d后测试物理机械性能。

1.3.5.2 粘接件制作

将偶联涂料喷涂在涂完保护涂料的碳钢和混凝土试件表面，0.5 h后将配制好的密封胶涂在试件粘接表面，将2种相应的试件粘在一起，7 d后测试物理机械性能。

1.3.6 性能测试

拉伸强度、伸长率按GB/T 528—1998测定；撕裂强度按GB/T 528—1999测定；硬度按GB/T 531—1999测定。

2 结果与讨论

2.1 粉末橡胶对密封胶的影响

2.1.1 不同种类粉末橡胶的影响

在胶料配制中笔者试用了多种粉末橡胶，粒度均为100～150 μm，不同种类橡胶对密封胶性能的影响见表1。

从表1可以看出，羧基丁苯橡胶性能最好，主要是因为羧基可以和聚醚多元醇以及聚酯多元醇的活性基团发生交联反应[3]，增加了交联点。

表1 粉末橡胶种类对密封胶性能的影响

2.1.2 粉末橡胶用量的影响

通过筛选评价，羧基丁苯橡胶效果最好，利用羧基丁苯橡胶进行用量实验，羧基丁苯橡胶的用量对密封胶性能的影响见图1。

粉末橡胶用量/份图1 粉末橡胶用量对密封胶性能的影响

从图1可以看出，在一定范围内随着粉末橡胶用量的增加，除伸长率下降外，综合性能逐渐提高，当羧基橡胶用量超过12份后密封胶性能呈现下降趋势，故羧基橡胶最佳用量为10份左右。

2.2 增塑剂对密封胶性能的影响

2.2.1 增塑剂种类的影响

增塑剂种类对密封胶性能的影响见表2。由表2可以看出，所选择的3种增塑剂中综合性能最好的是DOS，BOP次之，DOP效果最差。

表2 不同种类的增塑剂对密封胶性能的影响

2.2.2 增塑剂用量的影响

选用综合性能最好的DOS进行用量实验，结果见图2。

增塑剂用量/份图2 增塑剂用量对密封胶性能的影响

从图2可以看出，随着增塑剂用量的提高，密封胶伸长率逐渐提高，硬度和强度逐渐下降，增塑剂最佳用量为10份左右。

2.3 偶联剂对密封胶性能的影响

为了提高密封胶与基层的粘接强度以及聚氨酯橡胶与补强材料的结合效果[4]，在胶料中加入硅偶联剂KH-550，实验结果见图3。

KH-550用量/份图3 偶联剂用量对密封胶性能的影响

从图3可以看出，在一定范围内随着偶联剂用量的增加，密封胶的综合性能逐渐提高，但用量超过0.35份后效果不明显，硬度提高，抗撕裂强度下降。偶联剂的最佳用量为0.25份左右。

2.4 气相法白炭黑用量对密封胶性能的影响

根据相关资料[5]介绍，气相法白炭黑对聚氨酯橡胶具有补强作用，气相法白炭黑用量对密封胶性能的影响见图4。

白炭黑用量/份图4 气相法白炭黑用量对密封胶性能的的影响

从图4可以看出，随着白炭黑用量的提高，密封胶的强度和硬度逐渐提高，伸长率逐渐下降，白炭黑的最佳用量为3.0份左右。

2.5 与进口密封胶的性能对比

在相同的条件下分别用研制的胶料和进口胶料同时做片和粘接件，用同样的仪器和方法进行性能测试,结果见表3。

从表3可看出，研制的产品各项物理机械性能指标均达到或超过进口产品水平。

表3 研制密封胶与进口密封胶性能对比

3 结 论

(1) 通过实验研究确定了轻轨减震密封胶的生产工艺和设备。

(2) 确定了密封胶、偶联涂料的配方以及使用方法。

(3) 研究的产品物理机械性能指标达到或超过进口产品的水平，产品可以在轻轨施工中试用。

参 考 文 献：

[1] 钟发春，傅依备，尚雷.聚氨酯弹性体的结构和性能[J].材料科学与工程学报，2003，21(2)：211-214.

[2] 付明源，孙酣经.聚氨酯弹性体及其应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3] 乔志超，胡晓玲，管萍.聚氨酯胶粘剂的研究进展[J].热固性树脂,2006，21(5)：44-48.

[4] 付青存，宋文生，阎宏永.聚氨酯弹性体/Mg(OH)2纳米复合材料的制备与表征[J].弹性体，2007,17(2)：10-13.

[5] 王世财，张晓东，楼涛，等.聚氨酯弹性体/纳米二氧化硅改性聚氯乙烯材料的研制[J].弹性体，2009，19(5)：37-40.