輕軌減震密封膠的研究

姜海鵬，張靖宇，侯英彬，吳德勇，曲家良，董偉，常鳳忱

(1.中國(guó)石油吉林石化公司 高碳醇廠,吉林 吉林 132022；2.中國(guó)石油吉林石化公司 乙二醇廠，吉林 吉林 132022)

近幾年來，隨著城市軌道交通設(shè)施建設(shè)的迅速發(fā)展，輕型軌道建設(shè)施工量越來越大，輕軌鑲嵌在混凝土基礎(chǔ)槽內(nèi)，需要使用大量的減震密封材料，要求與鋼軌及混凝土均有良好的粘接性能和減震效果以及電絕緣性，并且需要有良好的耐水性、耐老化性。多年來國(guó)內(nèi)一直大量使用進(jìn)口的密封材料，大部分為德國(guó)勞爾公司等國(guó)外的產(chǎn)品，價(jià)格較高。通過對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的剖析和性能測(cè)試，筆者基本了解了進(jìn)口同類產(chǎn)品的主要成分和性能。密封膠由A、B 2個(gè)組分配制而成；在澆注密封膠前在鋼軌和混凝土基槽表面噴涂2種底涂料，起到保護(hù)基層和偶聯(lián)作用[1]。為了滿足國(guó)內(nèi)輕軌建設(shè)的需要，開發(fā)代替進(jìn)口產(chǎn)品，筆者開展了輕軌減震密封膠的研究工作，通過查閱文獻(xiàn)[2-4]，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，研制出聚氨酯型減震密封膠及環(huán)氧基偶聯(lián)涂料，各項(xiàng)應(yīng)用指標(biāo)均達(dá)到或超過了進(jìn)口同類產(chǎn)品的水平。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

聚醚多元醇預(yù)聚物：運(yùn)動(dòng)粘度為5 000 mm2/s，沈陽化工學(xué)院；聚酯多元醇：運(yùn)動(dòng)粘度為6 000 mm2/s，沈陽化工學(xué)院；粉末橡膠：粒度100～150 μm，中國(guó)石油北京化工研究院；氣相法白炭黑：HN-300 型，揚(yáng)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，連云港萬祥硅微粉廠；癸二酸二辛酯(DOS)、鄰苯二甲酸丁基辛酯(BOP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)：鹽城市雙鴻化工科技有限公司；防老劑：BLE型，南通新長(zhǎng)化學(xué)有限公司；硅偶聯(lián)劑 KH-550：南京品寧偶聯(lián)劑有限公司；環(huán)氧樹脂：NPES901，臺(tái)灣進(jìn)口；碳鋼及混凝土試件:自制。

1.2 設(shè)備儀器

高速混合機(jī)：SHR-100A型，張家港市永利機(jī)械有限公司；反應(yīng)釜：KCF-100型，煙臺(tái)科立化工設(shè)備有限公司；三輥研磨機(jī)：GKM-65型，上海易勒機(jī)電設(shè)備有限公司；電子拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)：GT-700S型，高鐵檢測(cè)儀器有限公司；硬度測(cè)定儀：TH-200型，上海倫捷機(jī)電儀表有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 A組分的配制

稱取一定量的聚醚多元醇預(yù)聚物，加入反應(yīng)釜，再加入增塑劑、防老劑等，攪拌約2 h。將粉末橡膠、氣相法白炭黑等放入到高速混合機(jī)中攪拌20 min左右[4]，取出后加到上述反應(yīng)釜中，攪拌約2 h放到三輥研磨機(jī)上研磨2遍，然后密封包裝。

1.3.2 B組分的配制

稱取一定量的聚酯多元醇預(yù)聚物、果殼類炭黑、有機(jī)溶劑、偶聯(lián)劑、抗氧劑等加到反應(yīng)釜中攪拌約1 h放到三輥研磨機(jī)上研磨2遍，然后密封包裝。

1.3.3 底涂料的配制

底涂料有2種，一種固含量較低，提前噴涂在除銹后的鋼軌和混凝土表面，主要起表面防銹和保護(hù)作用；另一種固含量較高，是在施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)噴涂的偶聯(lián)涂料，主要是起到增加密封膠與鋼軌及混凝土粘接性能[4]的作用。2種涂料的主要成分基本相同，固含量和添加劑不同。

1.3.3.1 A組分的配制

稱取一定量的環(huán)氧樹脂、無水乙醇、惰性溶劑、增塑劑等加入到反應(yīng)釜中，再加入硅微粉、氣相法白炭黑、偶聯(lián)劑等，攪拌2 h放料包裝。

1.3.3.2 B組分的配制

稱取一定量的樹脂型環(huán)氧固化劑、無水乙醇、惰性溶劑等，加入到反應(yīng)釜中攪拌1.5 h放料包裝。

1.3.4 測(cè)試件預(yù)制

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)澆注混凝土試件和加工碳鋼試件，混凝土件去掉表面浮灰，碳鋼件除銹后涂上保護(hù)底涂料備用。

1.3.5 樣片和粘接件的制作

1.3.5.1 樣片的制作

稱取密封膠料A、B組分按一定比例混合均勻后澆注在標(biāo)準(zhǔn)模具中，自然流平，24 h后起片，7 d后測(cè)試物理機(jī)械性能。

1.3.5.2 粘接件制作

將偶聯(lián)涂料噴涂在涂完保護(hù)涂料的碳鋼和混凝土試件表面，0.5 h后將配制好的密封膠涂在試件粘接表面，將2種相應(yīng)的試件粘在一起，7 d后測(cè)試物理機(jī)械性能。

1.3.6 性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率按GB/T 528—1998測(cè)定；撕裂強(qiáng)度按GB/T 528—1999測(cè)定；硬度按GB/T 531—1999測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉末橡膠對(duì)密封膠的影響

2.1.1 不同種類粉末橡膠的影響

在膠料配制中筆者試用了多種粉末橡膠，粒度均為100～150 μm，不同種類橡膠對(duì)密封膠性能的影響見表1。

從表1可以看出，羧基丁苯橡膠性能最好，主要是因?yàn)轸然梢院途勖讯嘣家约熬埘ザ嘣嫉幕钚曰鶊F(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)[3]，增加了交聯(lián)點(diǎn)。

表1 粉末橡膠種類對(duì)密封膠性能的影響

2.1.2 粉末橡膠用量的影響

通過篩選評(píng)價(jià)，羧基丁苯橡膠效果最好，利用羧基丁苯橡膠進(jìn)行用量實(shí)驗(yàn)，羧基丁苯橡膠的用量對(duì)密封膠性能的影響見圖1。

粉末橡膠用量/份圖1 粉末橡膠用量對(duì)密封膠性能的影響

從圖1可以看出，在一定范圍內(nèi)隨著粉末橡膠用量的增加，除伸長(zhǎng)率下降外，綜合性能逐漸提高，當(dāng)羧基橡膠用量超過12份后密封膠性能呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，故羧基橡膠最佳用量為10份左右。

2.2 增塑劑對(duì)密封膠性能的影響

2.2.1 增塑劑種類的影響

增塑劑種類對(duì)密封膠性能的影響見表2。由表2可以看出，所選擇的3種增塑劑中綜合性能最好的是DOS，BOP次之，DOP效果最差。

表2 不同種類的增塑劑對(duì)密封膠性能的影響

2.2.2 增塑劑用量的影響

選用綜合性能最好的DOS進(jìn)行用量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖2。

增塑劑用量/份圖2 增塑劑用量對(duì)密封膠性能的影響

從圖2可以看出，隨著增塑劑用量的提高，密封膠伸長(zhǎng)率逐漸提高，硬度和強(qiáng)度逐漸下降，增塑劑最佳用量為10份左右。

2.3 偶聯(lián)劑對(duì)密封膠性能的影響

為了提高密封膠與基層的粘接強(qiáng)度以及聚氨酯橡膠與補(bǔ)強(qiáng)材料的結(jié)合效果[4]，在膠料中加入硅偶聯(lián)劑KH-550，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

KH-550用量/份圖3 偶聯(lián)劑用量對(duì)密封膠性能的影響

從圖3可以看出，在一定范圍內(nèi)隨著偶聯(lián)劑用量的增加，密封膠的綜合性能逐漸提高，但用量超過0.35份后效果不明顯，硬度提高，抗撕裂強(qiáng)度下降。偶聯(lián)劑的最佳用量為0.25份左右。

2.4 氣相法白炭黑用量對(duì)密封膠性能的影響

根據(jù)相關(guān)資料[5]介紹，氣相法白炭黑對(duì)聚氨酯橡膠具有補(bǔ)強(qiáng)作用，氣相法白炭黑用量對(duì)密封膠性能的影響見圖4。

白炭黑用量/份圖4 氣相法白炭黑用量對(duì)密封膠性能的的影響

從圖4可以看出，隨著白炭黑用量的提高，密封膠的強(qiáng)度和硬度逐漸提高，伸長(zhǎng)率逐漸下降，白炭黑的最佳用量為3.0份左右。

2.5 與進(jìn)口密封膠的性能對(duì)比

在相同的條件下分別用研制的膠料和進(jìn)口膠料同時(shí)做片和粘接件，用同樣的儀器和方法進(jìn)行性能測(cè)試,結(jié)果見表3。

從表3可看出，研制的產(chǎn)品各項(xiàng)物理機(jī)械性能指標(biāo)均達(dá)到或超過進(jìn)口產(chǎn)品水平。

表3 研制密封膠與進(jìn)口密封膠性能對(duì)比

3 結(jié) 論

(1) 通過實(shí)驗(yàn)研究確定了輕軌減震密封膠的生產(chǎn)工藝和設(shè)備。

(2) 確定了密封膠、偶聯(lián)涂料的配方以及使用方法。

(3) 研究的產(chǎn)品物理機(jī)械性能指標(biāo)達(dá)到或超過進(jìn)口產(chǎn)品的水平，產(chǎn)品可以在輕軌施工中試用。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 鐘發(fā)春，傅依備，尚雷.聚氨酯彈性體的結(jié)構(gòu)和性能[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，21(2)：211-214.

[2] 付明源，孫酣經(jīng).聚氨酯彈性體及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 喬志超，胡曉玲，管萍.聚氨酯膠粘劑的研究進(jìn)展[J].熱固性樹脂,2006，21(5)：44-48.

[4] 付青存，宋文生，閻宏永.聚氨酯彈性體/Mg(OH)2納米復(fù)合材料的制備與表征[J].彈性體，2007,17(2)：10-13.

[5] 王世財(cái)，張曉東，樓濤，等.聚氨酯彈性體/納米二氧化硅改性聚氯乙烯材料的研制[J].彈性體，2009，19(5)：37-40.