高铁用空气弹簧-橡胶囊配方优化

原晓城 李文博 姬燕飞 马义明 张景亮

（天津市橡胶工业研究所有限公司 天津 300384）

1.前言

随着我国高速铁路快速发展，对动车机组在高速运行品质、乘客的舒适度等方面提出了更高的要求。目前国内的动车组均采用空气弹簧铁作为车辆的减振部件。橡胶囊是空气弹簧的关键部件, 其使用寿命决定空气弹簧的使用寿命，橡胶囊主要由外层胶、帘布层橡胶、内层胶和钢丝圈等构成。

相比普通机车车辆，高铁系列动车组运行速度和转向速度快，乘客的舒适度要求高。动车组空气弹簧橡胶囊在动态室外环境下使用，在一定温度下仍能保持一定的弹性，外层胶常年暴露在大气中，经受太阳暴晒、酸碱溶液、油侵蚀等, 除了一般的力学性能之外，要求耐疲劳老化、耐热氧老化、耐臭氧老化等性能优异，与夹层胶具有良好的粘接能力。动车组空气弹簧内层胶在动态环境下使用，需要具有良好的密封性能，耐屈挠龟裂，与夹层橡胶粘着力良好。

2.实验部分

2.1 主要原材料

氯丁322，山西霍家长化合成橡胶有限公司；氯化丁基1066，美国埃克森；氢化丁腈HNBR，日本瑞翁公司；NR，泰国烟片胶；其它助剂均为橡胶工业常用工业级。

2.2 仪器与设备

XK-160 型开炼机，呼和浩特新生联合机械厂产品；XLB 平板硫化机，青岛第三橡胶机械厂；电子橡胶拉力机，台湾高铁科技有限公司；硬度计、热氧老化试验箱、臭氧老化试验箱均为江都明珠实验机械厂。

2.3 性能测试

硬度按照GB/T 531.1-2008 《硫化橡胶或热塑性橡胶 压入硬度试验方法第1 部分 邵氏硬度计发（邵尔硬度）》。

拉伸强度、拉断伸长率按照GB/T 528-2009 《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》。

热氧老化按照GB/T 3512-2014 硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验。

臭氧老化按照GB/T 7762-2014 硫化橡胶或热塑性橡胶 耐臭氧龟裂 静态拉伸试验。

2.4 试样制备

按常规在XK-160 型开炼机上进行混炼，在平板硫化机上硫化。无特别说明，硫化条件均为150℃×T90。

混炼加料顺序为：包辊→硬脂酸、DM→防老剂→炭黑→液体增塑剂→氧化锌、硫磺、TT→下片。

3.结果与讨论

3.1 外层胶料的选择

NR 橡胶作为外层胶，粘合力好，力学综合性能较佳；CR 橡胶、HNBR 橡胶作为外层胶，耐老化性能突出。分别采用NR 橡胶、CR/NR（70:30）并用胶、CR 橡胶、HNBR 进行对比试验。

表1 外层胶主体胶种变量表

测试结果如下表2：

表2 性能测试表

从上表可看到，1#天然橡胶的力学性能虽较好，但热老化性能较差，无法满足指标要求。3#氯丁橡胶、4#氢化丁腈橡胶，其耐老化性能较好，但是脆性温度不能满足指标要求，粘合强度也不达标。2# CR322/NR（70/30）各项性能均能满足指标设计要求。因此外胶采用CR322/NR（70/30）橡胶材料。

3.2 内层胶料的选择

NR 橡胶作为内层胶，粘合力好，耐曲挠性能优良；CIIR 作为内层胶，橡胶气密性好。分别采用NR 橡胶、CIIR/NR（70:30）并用胶、NR/ CIIR（70:30）并用胶、CIIR 橡胶进行对比试验。 变量如下表3 所示：

表3 内层胶主体胶种变量表

测试结果如下表4：

表4 性能测试表

从表中可以看出，内胶采用天然橡胶（5#），耐老化性能不能满足指标要求；内胶采用氯化丁基橡胶（8#），粘合强度太差，不能满足指标要求；内胶采用天然/氯化丁基橡胶并用时，综合性能明显改善，天然橡胶与氯化丁基橡胶（7#）比例为7:3 时，各项性能满足了指标要求。

4.结论

（1）在橡胶囊外胶配方设计中，采用CR322/NR（70/30）并用，粘合性能、耐老化性能满足指标要求。

（2）在橡胶囊内胶配方设计中，采用NR /CIIR（70/30）并用，粘合性能、耐老化性能满足指标要求。