橡胶桥梁支座胶料配方的设计

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摘要: 以天然橡胶桥梁支座为例, 介绍了橡胶桥梁支座胶料配方的设计原则及试验过程。以该胶料配方制作的橡胶桥梁分别通过了铁道部、交通部检测, 并获得了两部颁发的质量认证, 经过实际应用与考察, 也获得了用户的好评。
　　国外从50 年代末开始使用橡胶支座, 至60 年代已有许多国家采用。我国于1965 年在上海枫泾及广东、肇庆公路桥安装使用了板式橡胶支座。铁道部门根据使用要求, 经过进一步测定性能后, 于1969年在安徽固镇、京包线也开始使用橡胶支座。近年来, 公路、铁路橡胶支座以其工作性能可靠、结构简单、材料来源充足、加工制造容易、造价低、用钢量少
" b) ?/ T) M6 c8 a以及吸收部分振动、减少活载对桥梁结构和墩台的冲击作用等优点, 不仅在中小跨径公路、城市桥梁及铁路桥梁上得到了广泛的应用, 而且在大跨径的桥梁上也得到大量应用。有关设计计算数据已分别列入公路和铁路桥梁设计规范, 并制订了产品系列规格和产品标准, 是铸钢支座的替代产品。橡胶桥梁支座是由不同厚度的橡胶层和加劲钢板平行交替叠加组成。由于加劲钢板的约束, 使橡胶层侧向膨胀受到限制, 从而提高了橡胶支座抗压强度, 使它在承载荷重时有所需的强度, 而在受剪时仍然保持柔性, 以适应桥梁冷热变化及外力所引起的水平移动, 同时在不同载荷下高度变化甚微。支座加劲钢板与橡胶层完全包覆在橡胶中, 使橡胶支座获
得长期的耐天候老化作用, 同时橡胶包覆层还起到弥补桥梁下表面和桥墩凹凸不平的作用等。在使用中, 要求橡胶层材料具有较强的抗拉强度、优良的耐环境老化(热氧、臭氧、低温、外照射等) 性能、较好的抗压缩永久变形能力、与钢板良好的粘合及耐剥离性能。现以天然橡胶支座胶料配方设计为例, 介绍橡胶桥梁支座的胶层配方设计的原则及设计过程(以下“制品”均指橡胶支座)。
9 D8 D$ `6 f! Q# @2 T+ @2 M1　配方设计
1. 1　生胶的选择
根据产品的综合性能要求, 生胶选定性能优良
的国标1# 天然胶。
1. 2　防护体系的选择
按照制品的要求, 该产品应具有优良的耐热氧、耐臭氧、耐天候老化能力, 因此, 防护体系应采用物理防老化剂加化学防老化剂协同防护。化学防老化剂选择优良的抗氧化剂RD 及抗臭氧剂4010 协同进行, 总量在2 份～ 3 份为宜。物理防老化剂选择适应温度范围较宽的混合蜡, 用量在0. 5 份～ 1 份。
) O- E" W5 s0 [0 c! E/ H1. 3　补强填充体系的选择
根据天然橡胶的特性及制品力学性能的要求,同时兼顾胶料金属骨架材料的粘合要求, 补强剂的品种选择炭黑, 用量选定40 份。另外, 为满足粘合的要求, 另填充10 份氧化铁红。
1. 4　软化体系的选择
根据天然橡胶的特点及加工性能的要求, 同时兼顾低温使用对脆性温度的要求, 软化剂品种选择松焦油, 用量在5 份～ 7 份为宜。
5 a1 T1 X& H+ {硫化体系的选择要综合考虑以下几点:
a) 天然橡胶本身硫化体系的要求;
b) 制品物理力学性能的要求;
+ k( \  L, b  j8 }5 N3 M4 Gc) 胶料与金属骨架粘合性能的要求;
d) 厚制品硫化工艺性能的要求。
) R: g7 ]% [" e  j/ S7 ?0 A9 z* E根据天然橡胶本身硫化特点, 一般宜选用常规硫化体系, 硫磺的常规用量为2. 5 份～ 3 份, 考虑到与骨架材料的粘合需求, 可适量增加用量; 兼顾到厚制品硫化工艺的要求, 促进剂选用迟效促进剂CZ,以平衡整个硫化体系; 氧化锌选定常规用量5 份, 而
硬脂酸的易喷出性使其必定对橡胶与金属骨架材料的粘合有负作用, 适当减少用量, 选定0. 5 份。综合各方面的要求, 该产品的硫化体系应按下列配方进行变量试验: 氧化锌5 份, 硬脂酸0. 5 份,硫磺2 份～ 4. 5 份, 促进剂CZ 与硫磺配合使用。根据上述思路, 拟定如表1 有代表性的配方进行试验。
表1　        不同的配方组成(重量份)
材料名称        1#      2#        3#        4#
天然橡胶     100. 00  100. 00   100. 00   100. 00
  R3 }" u4 o* B& K7 G6 {! e氧化锌        10. 00  10. 00     10. 00    10. 00
0 ?# l- ?. S. Z. }7 p* K: ^0 k& q; J: [硬脂酸          0. 5    0. 5       0. 5      0. 5
硫磺           2. 00    2. 5      3. 00     3. 50
促进剂CZ       1. 0   0. 80      0. 80     0. 80
防老化剂RD    2. 00   2. 00      2. 00     2. 00
$ [( U" V" c2 e7 J. X) F4 ]2 `防老化剂4010NA   2       2           2        2
防护蜡        0. 50    0. 50      0. 50     0. 50
炭黑         40. 00   40. 00     40. 00     40. 00
$ g' _3 s2 k- `& Z+ D* P& g& f8 t氧化铁红     10. 00   10. 00     10. 00     10. 00
, O7 H* ?9 v' l: `1 q; i松焦油        6. 00    5. 00      5. 00      5. 00
- F9 P6 ?8 ]8 z# V9 a5 _合计            174    173. 3     173. 8     174. 3
2　试验
2. 1　试验仪器
拉力试验机; 硬度计; 厚度计; 切片机; 脆性温度仪; 老化箱; 硫化仪; 压力试验机。
2. 2　试验结果(见表2)
& I7 w& I; D) @* E  B表2　不同配方试验结果
项目标准                 1#       2#        3#        4#
  Y. R$ d  x1 b) y- U硫化(条件154℃)ts2ös   152      146       145       140
　　            t90 s   445      406       403       335
0 \" ~9 {" e, g+ i硬度ö邵尔A60±5         60       62        64        65
; B/ G2 x$ ^5 ?: \( h# _6 B8 t9 O拉伸强度öM Pa ≥17. 5   22. 60  23. 41   23. 60     22. 80
& W( x- j3 U: E扯断伸长率ö% ≥400       540     534       516       535
脆性温度ö℃ ≤- 50      - 53    - 54       - 53     - 54
  t9 o3 d& R% D$ u橡胶与钢板的粘接剥离强度ö kN ·m - 1 > 7 5. 2 6. 8 11. 0 17. 6
' b7 o2 f# M+ S7 F- u" x/ ?橡胶与四氟的粘接剥离强度ö kN ·m - 1 > 4 3. 5 4. 0 4. 5 7. 0
1 m$ c% c; m/ \9 G; o5 G3 u& v耐臭氧老化(试验条件: 20×10- 6～ 50×10- 6,
20 % 伸长, 40 ℃×96 h) 无龟裂无龟裂无龟裂无龟裂无龟裂
* @( \" B- h/ I4 S. i) H7 g& m: v& ]热空气老化试验(试验条件: 70 ℃×168 h)
6 g- Y7 `. k/ N  D　　拉伸强度降低率% < 15 6 9 7 11
! G& d" z; y" b　　扯断伸长率降低率% < 20 11 12 9 16
% B! x6 E, o- ^+ B6 Q　　硬度变化&ouml;邵尔A + 10 + 1 + 2 0 + 2
: P2 _0 C) a) ^) K9 {3 R3　分析与讨论
a) 试验结果表明, 橡胶强伸性能满足要求。
% m. [; F2 q# h" v, `: v% qb) 从胶料与金属骨架材料粘接强度来看, 3# 、
/ Y. ~& j# u+ I4# 符合标准要求。
: g( p2 v( i& @! X4 i" rc) 从热氧、臭氧老化来看, 均符合性能要求。
  n9 f: p' ~" S) Y1 I# Sd) 从脆性温度来看, 均符合性能要求。
: r: f" L& {+ K0 f& Ze) 从以上分析得出, 3# 、4# 是合格配方。综合物
: }) l8 \$ X0 f( x1 O. R理性能、加工性能及成本情况, 最优配方是4# 。
6 A! X3 n& h7 {, G4　成品制作
a) 胶料的制备根据4# 配方在密炼机里进行混炼。
b) 用此配方制作制品时, 必须清除附着在加劲钢板骨架材料表面的油、锈、水、污等。
c) 在加劲钢板骨架材料表面涂刷胶粘剂时, 西德技术生产的胶粘剂、美国技术生产的开姆洛克胶粘剂CH250 和CH220 及国产胶粘剂列可钠21 均有很强的适应性。应选择成本最低的列。
5 S. h) j* Q: r! r0 q0 @0 H2 N! Id) 按照上述优选配方4# , 我们选定硫化条件进行了成品试验, 同时考察了生产工艺性能, 表明成品制作顺利, 工艺性能良好, 满足批量生产要求。
e) 产品分别送到铁道部、交通部进行检验, 均通过两部认证, 并取得合格证。
5　结论
该天然橡胶配方制作的减震制品具有成本低、性能优良的特点, 实际应用表明, 具有良好的社会、经济效益。

MDS

好资料、谢楼主！分享了。

海伯龙

LZ成本太高了.您的售价?

橡胶052

隔震支座都是用天然胶做吧，研究支座的胶友都发表点意见吧！
' S" W* s8 z5 G  Q这个我收藏啦！

caisenqun

好文章大家学习.

小城故事

作铅芯橡胶支座的。。。大家做的时候，硫化体系是什么？工艺如何确定？

hsxjltz

桥梁工程橡胶是我衡水的支柱产业

信步悠哉

不错的文章，有个初步的了解

HK110

这种铁路密封和减震好象都是垄断性的吧,无锡美峰橡胶是铁路密封件的唯一指定商,减震就不知道是哪个大公司了,都是有关系滴

liyoncai

谢谢资料，我仔细看了好像你的臭氧达不到吧，20*10-6是20ppm吧，就是说2000pphm