一种用于动车制动装置的护管及其制备方法与流程

本申请涉及橡胶管领域，更具体地说，它涉及一种用于动车制动装置的护管及其制备方法。

背景技术：

动车，是指轨道交通系统中装有动力装置的车辆。动车制动装置是保证列车安全运行所必需的装置，因此高速动车组对制动装置提出了更高的要求。由于动车组的动能与速度的平方成正比，而在一定的制动条件下，列车的制动功率是速度的三次函数，因此动车制动常采用空气制动与再生制动复合的制动模式。护管是列车空气制动系统的重要组成部件之一，一般安装于列车底部，主要作用是传递列车操纵时的空气压力信号以及压力空气，通过列车空气压力的变化实现列车的制动和缓解等功能。

目前动车制动系统中使用的护管大多是橡胶软管外包覆防火护套组成，防火护套由编制的无碱玻璃纤维、外壁涂覆液态阻燃硅橡胶后经硫化处理而成，具有防火阻燃性能。

针对上述中的相关技术，发明人认为动车制动过程中，受到环境因素及动车行驶线路的影响，会有一些细小的砂石颗粒积聚在橡胶软管与防火护套之间，砂石会磨损橡胶软管。动车运行过程中受到气流冲击，导致防火护套破损。橡胶软管与防火护套均会发生不同程度的破损，从而影响行车安全。

技术实现要素：

为了增强护管的强度，本申请提供一种用于动车制动装置的护管及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种用于动车制动装置的护管，采用如下的技术方案：一种用于动车制动装置的护管，包括以下重量份的原料：三元乙丙橡胶50-65份、天然橡胶15-25份、氧化硼8-12份、玻璃粉4-6份、增塑剂3-5份、填料5-10份、阻燃剂2-4份、润滑剂2-4份、抗老化剂1-3份、羟基硅油1-2份、促进剂0.2-0.8份以及硫磺1-2份。

通过采用上述技术方案，由于采用三元乙丙橡胶和天然橡胶作为护管的主要原料，三元乙丙橡胶是一种饱和橡胶，主链由饱和烃组成，侧链中引入有不饱和双键，分子内无极性取代基，分子间内聚能低，分子链可在较宽范围内保持柔顺性，具有极高的化学稳定性和优异的弹性。天然橡胶在常温下具有非常好的弹性和机械强度，作为护管的原料，能够提高护管的机械强度。

加入增塑剂的作用主要是增塑剂分子插进到聚合物分子链之间，削弱了聚合物分子链之间的应力，增加聚合物分子链的移动性，降低聚合物分子链的结晶度，从而使聚合物的塑性增加。增塑剂通过降低分子间作用力，使得加入的其它组分更好的与生胶浸润并分散均匀，从而能够改善混炼工艺，并且能够提高橡胶的机械性能。

由于三元乙丙橡胶没有自补强性，力学性能偏弱，加入填料使橡胶分子链端直接固定在填料粒子的附近或沿着填料表面定向或被填料聚集体滞留，从而能够增强三元乙丙橡胶的力学性能，提高护管的强度。

氧化硼分散在橡胶与填料，橡胶与增塑剂之间的空隙内，用于连接橡胶与填料或橡胶与增塑剂，起到中间桥梁连接的作用，使原料之间不是简单的物理混合，而是能够连为一个整体，从而提高护管的强度。

由于三元乙丙橡胶和天然橡胶表面均有氧原子，原料中其它含有羟基的组分易与氧原子结合，形成氢键，导致原料分散不均。羟基硅油属于有机硅氧烷低聚物，能够与橡胶分子表面的氧原子结合，减少氢键的生成。

硫磺用于橡胶的硫化步骤，加入促进剂能够促进硫化作用、缩短硫化时间、减少硫化剂用量和提高橡胶的机械性能。

由于护管暴露在外使用，受外部光照、温度及制动装置内部温度的影响，护管易老化，老化后的护管强度降低，使用过程更易磨损，加入抗老化剂，能够减缓护管的老化，保证护管的机械性能。

优选的，所述原料中还包括3-5份碱性氧化物。

通过采用上述技术方案，氧化硼属于酸性氧化物，橡胶硫化时，会减少自由基的生成，影响橡胶的交联反应，降低橡胶的硫化速率，加入碱性氧化物与氧化硼反应，能够降低氧化硼的酸性对橡胶硫化过程的影响。

优选的，所述碱性氧化物为氧化钠、氧化钙、氧化镁中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，氧化钠、氧化钙、氧化镁能够与氧化硼发生反应，中和部分的氧化硼。

优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛脂、硬脂酸中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，温度升高时，邻苯二甲酸二辛脂插入到橡胶分子链间，邻苯二甲酸二辛脂的极性酯基与橡胶分子的极性基团相互作用，相容性好，不会排斥，从而使橡胶大分子之间的作用力减弱，塑性增加；另外邻苯二甲酸二辛脂的非极性烷基夹在橡胶分子链间，覆盖住橡胶的极性基团，也削弱了橡胶分子链间的作用力，增加橡胶分子链的移动性，降低橡胶分子链的结晶性，从而使护管整体的塑性增加。硬脂酸与橡胶分子之间的相容性好，能够降低橡胶分子之间的作用力，提高橡胶的塑性。

优选的，所述填料至少包括白炭黑、高岭土、云母、硅灰石中的一种。

通过采用上述技术方案，白炭黑粒子表面的活性羟基与橡胶分子形成物理或化学的结合，通过白炭黑的均匀分散，在白炭黑表面形成了橡胶大分子的吸附层，相邻填料粒子间的距离比粒子的直径小，这些粒子的结晶化效果使吸附层内的分子间引力增大而补强。原料中的羟基硅油与橡胶分子链上的氧原子结合，减少白炭黑表面的羟基与橡胶分子表面的氧原子发生反应而生成氢键。高岭土、云母和硅灰石都属于层状硅酸盐，特殊的层状结构及稳固的骨架结构，均赋予高岭土、云母、硅灰石优异的力学性能，将它们作为原料用于生产护管，能够提高护管的机械性能。

优选的，所述阻燃剂至少包括氢氧化镁、氢氧化铝、十溴二苯乙烷、次磷酸铝中的一种。

通过采用上述技术方案，氢氧化镁和氢氧化铝的阻燃机理是燃烧时会释放出结合水，起到冷却、减缓燃烧速率的效果。十溴二苯乙烷中溴含量高，热稳定性好，抗紫外性能佳，其阻燃机理是当高聚物分解时，十溴二苯乙烷也开始分解，产生溴化氢，溴化氢消耗高分子讲解产生的自由基，延缓或中断燃烧的链反应，而且溴化氢是一种难燃的气体，密度比空气大，可在高分子材料表面形成屏障，降低可燃性气体的密度，从而起到阻燃效果。次磷酸铝在一定温度下产生新的隔离物质，形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，覆盖在高聚物表面隔绝氧气，防止可燃气体向外溢出，从而达到阻燃目的。

优选的，所述润滑剂至少包括滑石粉、氧化聚乙烯蜡中的一种。

通过采用上述技术方案，滑石粉的摩擦系数低，在摩擦界面上形成边界膜，以降低原料之间以及原料和设备之间接触表面的磨损和摩擦系数，从而起到润滑的作用。氧化聚乙烯蜡具有粘度低、软化点高、硬度高、热稳定性好、高温挥发性低的优点，既有极优的外部润滑性，又有较强的内部润滑作用，氧化聚乙烯蜡的分子结构中含有羟基和羧基，与橡胶之间的相容性好，因此氧化聚乙烯蜡能够均匀分布在原料中，制备出的护管，各处的阻燃性能均一、稳定。

优选的，所述抗老化剂为n-苯基-n’-环己基对苯二胺。

通过采用上述技术方案，护管在动车制动装置中使用，受外部环境因素及使用条件因素的影响，导致护管易发生老化。n-苯基-n’-环己基对苯二胺对热、氧、臭氧、光等老化因素均有良好的防护作用，同时对高能辐射也有一定的防护作用。

第二方面，本申请提供一种用于动车制动装置的护管的制备方法，采用如下的技术方案：

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、按照配方量称取三元乙丙橡胶和天然橡胶混炼均匀，然后加入氧化硼、玻璃粉、阻燃剂、润滑剂、抗老化剂、羟基硅油混炼均匀；

s2、然后加入增塑剂、填料，再次混炼均匀；

s3、再加入硫磺、促进剂混炼均匀，薄通2-5次后，下片停放，晾胶10-20h；

s4、晾胶结束后，继续返炼，薄通3-5次后，下片停放得到混炼胶，下片停放的时间为20-25h；

s5、将步骤s4制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

通过采用上述技术方案，由于先将三元乙丙橡胶与天然橡胶混炼均匀，再添加原料中的其它物质混炼，能够保证各原料均匀混合，晾胶后，再次进行返炼，能够保证各原料之间进行充分的反应后再次混合，提高混炼的程度，保证混炼胶的性能。混炼胶经过螺杆挤出机成型后、经过冷却、定型、切割即可制备出机械强度优异的护管。因此，采用该制备方法制备出的护管，获得机械性能优异的效果。

优选的，所述步骤s1中再加入碱性氧化物混炼均匀。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用三元乙丙橡胶和天然橡胶作为主料，由于加入增塑剂和填料用于提高护管的机械性能，为了进一步提高增塑剂与填料的补强作用，加入氧化硼用于提高橡胶与增塑剂以及橡胶与填料之间的连接强度，达到提高护管强度的效果；

2、本申请中优选采用碱性氧化物，由于氧化硼属于酸性氧化物，橡胶硫化时，会减少自由基的生成，影响橡胶的交联反应，降低橡胶的硫化速率，加入碱性氧化物与氧化硼反应，能够降低氧化硼的酸性对橡胶硫化过程的影响；

3、本申请的方法，通过先将三元乙丙橡胶与天然橡胶混炼均匀，再添加原料中的其它物质混炼，能够保证各原料均匀混合，晾胶后，再次进行返炼，能够保证各原料之间进行充分的反应后再次混合，提高混炼的程度，保证混炼胶的性能。混炼胶经过螺杆挤出机成型后、经过冷却、定型、切割即可制备出机械强度优异的护管。因此，采用该制备方法制备出的护管，获得机械性能优异的效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

实施例1

表1为实施例1的一种用于动车制动装置的护管的各原料及质量

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、密炼机开机，以40℃预热15min，按照表1中的配方量称取三元乙丙橡胶和天然橡胶置于密炼机中混炼均匀，密炼温度为120℃，密炼时间为3min，然后向密炼机中依次加入氧化硼、玻璃粉、阻燃剂、润滑剂、抗老化剂、羟基硅油混炼5min；

s2、然后将增塑剂、填料加入到密炼机中，再次混炼5min；

s3、再加入硫磺、促进剂混炼5min，薄通2次后，下片停放，晾胶10h；

s4、晾胶结束后，继续返炼5min，薄通3次后，下片停放得到混炼胶，下片停放的时间为20h；

s5、将步骤s4制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，挤出温度控制在200℃，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

实施例2

表2为实施例2的一种用于动车制动装置的护管的各原料及质量

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、密炼机开机，以40℃预热15min，按照表2中的配方量称取三元乙丙橡胶和天然橡胶置于密炼机中混炼均匀，密炼温度为120℃，密炼时间为3min，然后向密炼机中依次加入氧化硼、玻璃粉、阻燃剂、润滑剂、抗老化剂、羟基硅油、氧化钙混炼5min；

s2、然后将增塑剂、填料加入到密炼机中，再次混炼5min；

s3、再加入硫磺、促进剂混炼5min，薄通2次后，下片停放，晾胶10h；

s4、晾胶结束后，继续返炼5min，薄通3次后，下片停放得到混炼胶，下片停放的时间为20h；

s5、将步骤s4制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，挤出温度控制在200℃，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

实施例3

表3为实施例3的一种用于动车制动装置的护管的各原料及质量

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、密炼机开机，以40℃预热15min，按照表3中的配方量称取三元乙丙橡胶和天然橡胶置于密炼机中混炼均匀，密炼温度为120℃，密炼时间为3min，然后向密炼机中依次加入氧化硼、玻璃粉、阻燃剂、润滑剂、抗老化剂、羟基硅油、氧化钠混炼5min；

s2、然后将增塑剂、填料加入到密炼机中，再次混炼5min；

s3、再加入硫磺、促进剂混炼5min，薄通3次后，下片停放，晾胶15h；

s4、晾胶结束后，继续返炼5min，薄通3次后，下片停放得到混炼胶，下片停放的时间为25h；

s5、将步骤s4制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，挤出温度控制在210℃，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

实施例4

表4为实施例4的一种用于动车制动装置的护管的各原料及质量

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、密炼机开机，以40℃预热15min，按照表4中的配方量称取三元乙丙橡胶和天然橡胶置于密炼机中混炼均匀，密炼温度为120℃，密炼时间为3min，然后向密炼机中依次加入氧化硼、玻璃粉、阻燃剂、润滑剂、抗老化剂、羟基硅油、氧化镁混炼5min；

s2、然后将增塑剂、填料加入到密炼机中，再次混炼5min；

s3、再加入硫磺、促进剂混炼5min，薄通5次后，下片停放，晾胶20h；

s4、晾胶结束后，继续返炼5min，薄通2次后，下片停放得到混炼胶，下片停放的时间为20h；

s5、将步骤s4制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，挤出温度控制在200℃，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

实施例5

表5为实施例5的一种用于动车制动装置的护管的各原料及质量

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、密炼机开机，以40℃预热15min，按照表5中的配方量称取三元乙丙橡胶和天然橡胶置于密炼机中混炼均匀，密炼温度为120℃，密炼时间为3min，然后向密炼机中依次加入氧化硼、玻璃粉、阻燃剂、润滑剂、抗老化剂、羟基硅油、氧化钙混炼5min；

s2、然后将增塑剂、填料加入到密炼机中，再次混炼5min；

s3、再加入硫磺、促进剂混炼5min，薄通3次后，下片停放，晾胶15h；

s4、晾胶结束后，继续返炼5min，薄通3次后，下片停放得到混炼胶，下片停放的时间为20h；

s5、将步骤s4制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，挤出温度控制在230℃，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

实施例6

表6为实施例6的一种用于动车制动装置的护管的各原料及质量

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、密炼机开机，以40℃预热15min，按照表3中的配方量称取三元乙丙橡胶和天然橡胶置于密炼机中混炼均匀，密炼温度为120℃，密炼时间为3min，然后向密炼机中依次加入氧化硼、玻璃粉、阻燃剂、润滑剂、抗老化剂、羟基硅油、氧化钙混炼5min；

s2、然后将增塑剂、填料加入到密炼机中，再次混炼5min；

s3、再加入硫磺、促进剂混炼5min，薄通3次后，下片停放，晾胶15h；

s4、晾胶结束后，继续返炼5min，薄通3次后，下片停放得到混炼胶，下片停放的时间为25h；

s5、将步骤s4制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，挤出温度控制在220℃，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

实施例7，本实施例与实施例1的区别之处在于：氧化硼的加入量为8kg，其它同实施例6。

实施例8，本实施例与实施例1的区别之处在于：氧化硼的加入量为12kg，其它同实施例6。

对比例

对比例1

一种用于动车制动装置的护管，与实施例6的区别之处在于：原料中不包括氧化硼，其它同实施例6。

对比例2

一种用于动车制动装置的护管，与实施例6的区别之处在于：原料中氧化硼的质量为6kg，其它同实施例6。

对比例3

一种用于动车制动装置的护管，与实施例6的区别之处在于：原料中氧化硼的质量为15kg，其它同实施例6。

对比例4

一种用于动车制动装置的护管，与实施例6的区别之处在于：原料中不包括羟基硅油，其它同实施例6。

对比例5

一种用于动车制动装置的护管，与实施例6的区别之处在于：原料中不包括氧化硼和羟基硅油，其它同实施例6。

对比例6

一种用于动车制动装置的护管，各原料及各原料的质量均与实施例6相同。

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、密炼机在40℃下预热15min，然后将各原料同时加入到密炼机中，密炼机温度设定为120℃，混炼10min，薄通3次后，下片停放，晾胶15h；

s2、晾胶结束后，继续返炼5min，薄通3次后，下片停放得到混炼胶，下片停放的时间为25h；

s3、将步骤s2制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，挤出温度控制在220℃，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

对比例7

一种用于动车制动装置的护管，各原料及各原料的质量均与实施例6相同。

一种用于动车制动装置的护管的制备方法，具体包括如下步骤：

s1、密炼机在40℃下预热15min，然后将各原料同时加入到密炼机中，密炼机温度设定为120℃，混炼10min，得到混炼胶；

s2、将步骤s1制得的混炼胶加入到螺杆挤出机中，挤出温度控制在220℃，经过螺杆挤出机挤出成型，再经过冷却、定型、切割即可制备出用于动车制动装置的护管。

性能检测试验

一、风压试验

将制备的护管安装在保压试验台上，要求连接处密封，并将护管完全浸入在水槽内，打开试验台电磁阀按钮，使用880kpa压缩空气对护管进行保压试验，保压时间5min，观察护管有无漏气，若水面有气泡说明漏气，护管风压试验不合格；若无漏气情况，则说明护管风压试验合格。

二、膨胀率、长度变化率测试

参照gb16897-2010《制动软管的结构、性能要求及试验方法》进行测试。

三、机械性能测试

拉伸强度：参照gb/t528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》在万能试验机上进行测试；

断裂伸长率：参照gb/t529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》在万能试验机上进行测试。

表7为性能测试的结果

结合实施例1、实施例并结合表7可以看出，原料中加入碱性氧化物制备出的护管，各方面性能均比未加入碱性氧化物制备出的护管更优异，说明制备过程中，碱性氧化物能够减缓氧化硼的酸性对橡胶硫化过程的影响。

结合实施例6-8，对比例1-3并结合表7可以看出，加入氧化硼对护管机械性能的提高更明显，说明氧化硼能够加强填料与增塑剂的补强作用。随着氧化硼含量的增加，护管各方面性能也逐渐提高，再继续增加时，性能反而下降，说明氧化硼的酸性严重影响了橡胶的硫化过程。

结合实施例6、对比例4并结合表7可以看出，羟基硅油的加入，也能提高护管的力学性能，羟基硅油与橡胶分子链上的氧原子结合，减少白炭黑表面的羟基与橡胶分子表面的氧原子发生反应而生成氢键。

结合实施例6，对比例1，对比例4-5并结合表7可以看出，羟基硅油和氧化硼之间具有协同效应。

结合实施例6，对比例6-7并结合表7可以看出，原料分步混炼并进行返炼，制备出的护管性能更优异，说明原料分步混炼并返炼能够将各原料混合的更均匀且各原料之间会进行充分的反应。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

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