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。
+ A0 l" y' H1 i  z. _9 y( N　　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
2 s, h1 ~! y4 E) C% o+ N$ ?& d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
8 _( e: \  f& _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)。
1　配方设计
! Y+ B! x9 Z$ a% z$ U3 ]' b# J1. 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
6 Q+ n- |( t7 M的国标1# 天然胶。
# {& X! p2 \* X* I, j1. 2　防护体系的选择
8 S5 G4 u) V+ M$ `2 l* d( n  P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。
& y1 K& |: y  {- w4 t1. 3　补强填充体系的选择
; p/ z# J3 H& c: p2 y! k, E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。
6 w- r2 n8 ]3 n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;
. k4 C- v' `/ E8 s8 S3 \- C. v% Oc) 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。
# e  A8 _9 E. D0 o+ @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)
2 C& s. K# J& m2 S1 F) M) s: f材料名称        1#      2#        3#        4#
天然橡胶     100. 00  100. 00   100. 00   100. 00
- }2 P  Y: H8 S# y9 [/ V氧化锌        10. 00  10. 00     10. 00    10. 00
, e& b2 i2 G: V1 u2 Q& _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
4 G. Y0 a0 E8 d6 U6 z! V) r0 h防老化剂RD    2. 00   2. 00      2. 00     2. 00
, h0 r; }0 t8 j  G; d2 Z防老化剂4010NA   2       2           2        2
) \; E4 [" y' Y' L: P1 O防护蜡        0. 50    0. 50      0. 50     0. 50
炭黑         40. 00   40. 00     40. 00     40. 00
氧化铁红     10. 00   10. 00     10. 00     10. 00
松焦油        6. 00    5. 00      5. 00      5. 00
合计            174    173. 3     173. 8     174. 3
$ r" D  S) K9 O* J) b2　试验
) X' s" h& P; {, g$ L/ r2. 1　试验仪器
/ F$ q- H( t3 q1 K7 ^  z2 k. t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)
表2　不同配方试验结果
  Y9 f8 d0 p+ ^% a8 A$ L: n  @0 P项目标准                 1#       2#        3#        4#
硫化(条件154℃)ts2ös   152      146       145       140
　　            t90 s   445      406       403       335
硬度ö邵尔A60±5         60       62        64        65
& F# E5 N3 ^0 }) y9 o拉伸强度öM Pa ≥17. 5   22. 60  23. 41   23. 60     22. 80
扯断伸长率ö% ≥400       540     534       516       535
" D& R6 D. G$ `脆性温度ö℃ ≤- 50      - 53    - 54       - 53     - 54
3 L2 y/ l6 a# Q4 z- T% n6 W  ?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
. P6 c4 F+ |; p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
" \# J8 c; O/ K  [: f, i耐臭氧老化(试验条件: 20×10- 6～ 50×10- 6,
/ s  q1 Z1 I; F/ _20 % 伸长, 40 ℃×96 h) 无龟裂无龟裂无龟裂无龟裂无龟裂
" V7 G' Q$ M+ S( G& E7 E8 v热空气老化试验(试验条件: 70 ℃×168 h)
, s/ x( b& Y0 W: {8 k/ F　　拉伸强度降低率% < 15 6 9 7 11
) f0 w1 y- n) q; w4 W　　扯断伸长率降低率% < 20 11 12 9 16
2 E7 N7 j* S+ ?! @　　硬度变化&ouml;邵尔A + 10 + 1 + 2 0 + 2
$ L0 I2 d7 T0 Q4 U0 G' |3　分析与讨论
a) 试验结果表明, 橡胶强伸性能满足要求。
b) 从胶料与金属骨架材料粘接强度来看, 3# 、
/ G; G0 s7 x8 Z4# 符合标准要求。
c) 从热氧、臭氧老化来看, 均符合性能要求。
8 x1 O; I2 ~7 f- O6 n; pd) 从脆性温度来看, 均符合性能要求。
. v2 O$ K& v6 c8 V" I5 R$ C9 ze) 从以上分析得出, 3# 、4# 是合格配方。综合物
理性能、加工性能及成本情况, 最优配方是4# 。
4　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。
* b  G- d2 C+ @' j5 [9 C4 _# U% Oc) 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。
1 n' m. s5 ~3 l/ K! x7 H8 hd) 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。
1 ]& c( h" i8 F" ?: L4 B: Ge) 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。
4 U! P. y, D9 Z$ b# Z5　结论
' ^9 t% C& h7 L' x1 y& ?8 \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！
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