摘要： 制动缸作为铁路货车的关键部件，其使用的密封圈尤为重要。通过对制动缸结构及密封原理的分析，通过优选橡胶原料、优化增塑剂研究出耐低温耐油橡胶的密封圈.
关键词：耐低温；耐油；密封圈；制动缸
1.国内外研究现状
单元制动缸是铁道车辆的关键零部件之一，其性能关系到铁道车辆的运行安全。单元制动缸利用Y型密封的弹性密封作用，在压缩空气的推动下实现制动和缓解，因此保持Y型密封的弹性是单元制动缸实现其制动功能的关键。橡胶的性能受温度的影响较大，在低温环境下Y型密封的弹性会降低，其密封性能会下降。我国东北地区冬季室外温度可达-40 ℃，部分地区极端情况下可达 -50 ℃，如果Y型密封不能通过 -50 ℃低温气密性试验，单元制动缸在-50 ℃环境中将会失去制动性能，影响行车安全。为此，中车青岛四方车辆研究所有限公司研究开发了耐低温橡胶Y型密封胶料配方，以大幅提高橡胶皮碗胶料的耐低温性能，解决单元制动缸 -50℃ 低温漏风问题[1-3]。基于对橡胶耐低温机理的分析和配方因素对其低温性能的影响情况，装有耐低温Y型密封的单元制动缸于2014年5月进行了装车运用验证，结果表明，耐低温Y型密封经受住了低温下的实际应用考验，各项性能稳定可靠。但在密封圈的耐油方面还有待提高[4-6]。目前各厂生产的Y型密封只能耐-40 —-42℃的低温，超过了这个温度，Y型密封就失去弹性，车辆就大量发生制动失灵故障。试验结果表明，用浇冷水解冻方法处理低温条件下车辆制动失灵的故障，是一种简便有效的方法 [7]。但这种方法只能做为应急措施，对这个铁路运输来说，可操作性不强，关键还是要解决制动缸密封的耐低温问题。本文就通过优选橡胶原料和优化增塑剂这两个方面，完成耐低温耐油的橡胶的研制。
2.耐低温耐油橡胶的研究
2.1 优选橡胶原料
所用实验设备：邵氏硬度计、电子拉力试验机、无转子硫化试验仪、橡胶低温脆性试验仪、橡胶压缩耐寒系数测定仪。
1）硬度的测量：依据GB/T 531标准，将试样放在坚固的平面上，试样相距至少6mm的不同位置测量硬度值5次，取中位数为最终实验数值。如表2所示。
2）拉伸强度：依据标准GB/T 529-2008，将试样安装在拉力试验机上，在下列夹持器的移动速度下：新月形试样为500mm/min，对试样进行拉伸，直至试样断裂，记录新月形试样的最大力值，然后根据T=F/d，其中d为试样的厚度，单位为mm，从而计算出试样的拉伸强度，如表2所示。
3）扯断伸长率：依据标准GB/T 528-2009，根据拉断永久变形计算公式：S=100（L-l）/L，通过试验数值从而计算出扯断伸长率，如表2所示。
4）压缩耐寒系数的测量：依据标准GB/T 6034，根据公式：K=（h2- h1）/（h0-h1），其中h0为试样压缩前的高度，mm；h1为试样压缩高度，mm；h2为试样除去压缩负荷后恢复的高度，mm；根据试验数值计算出压缩耐寒系数的值，如表2所示。
5）耐介质质量变化率：依据标准GB/T 1690-2006，△m=（m0- m1）/A，其中A为试样与液体接触的圆面积，根据试验数值计算出耐介质质量变化率，如表2所示。
6）恒定压缩永久变形：根据标准GB/T 1683-81，压缩永久变形率K（%）按下列公式计算：K=（h0- h2）*100/（h0-h1），如表2所示。
表2 三种丁腈胶性能对比
从表2中可知，在其他材料相同，不同牌号的原胶得到不用的数据，从结果中可以发现，日本N250S和南帝NBR3365的拉伸强度都大于13Mpa，均可满足试验要求，德国朗盛的NBR1846在拉伸强度方面比其他两种稍差一些，而日本株式会社的N250S，压缩耐寒系数0.51，均高于德国朗盛NBR1846的0.46和南帝NBR3365的0.45，耐介质质量变化率为6.2%，也优于德国朗盛NBR1846的7.2和南帝NBR3365的6.8，因而日本N250S无论耐油性能还是耐低温性能均高于德国朗盛NBR1846和南帝NBR3365，所以生胶首选日本株式会社丁腈橡胶N250S。
2.2 优化增塑剂
根据增塑剂的极性、分子链结构、分子量等选择合适的耐低温耐油增塑剂，并采用正交实验法对所选的耐低温耐油增塑剂进行优化组合试验，优选出最佳的增塑剂组合，提高胶料的耐低温性能。选用癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸烷基醚酯（TP-95）、己二酸二辛酯（DOA）/己二酸烷基醚酯（TP-95）和癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸二辛酯（DOA）进行组合试验。
用和2.1相同的设备和试验方法，得出的试验数据如表3
表3 三种组合增塑剂对橡胶的性能指标数据
注：生胶，120g；氧化锌，6g；硬脂酸，2g；炭黑，100份；硫化剂，10份
试验结果分析
从表3的试验结果和数据可以分析，在橡胶原料相同的情况下，癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸烷基醚酯（TP-95）、己二酸二辛酯（DOA）/己二酸烷基醚酯（TP-95）和癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸二辛酯（DOA）三种组合对拉伸强度的影响几乎相同，在耐油方面，耐介质质量变化率都在6.4%左右，有很好的耐油效果，但在耐低温耐寒方面己二酸二辛酯（DOA）/己二酸烷基醚酯（TP-95）的压缩耐寒系数为0.65，明显高于癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸烷基醚酯（TP-95）和癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸二辛酯（DOA）两种组合，通过优化组合的试验结果可知：选择己二酸二辛酯（DOA）/己二酸烷基醚酯（TP-95）两种增塑剂的组合可以对原胶的耐寒性有很大的提高，因而选择此组合为最佳的增塑剂.
3.结束语
1.通过实验数据分析，日本N250S和南帝NBR3365的拉伸强度均可满足试验要求，德国朗盛的NBR1846在拉伸强度方面稍差，而日本株式会社的N250S，在压缩耐寒系数方面，均高于德国朗盛NBR1846和南帝NBR3365；耐介质质量变化率也优于德国朗盛NBR1846的和南帝NBR3365，因而日本N250S无论耐油性能还是耐低温性能均高于德国朗盛NBR1846和南帝NBR3365，所以生胶首选日本株式会社丁腈橡胶N250S。
2.在橡胶原料相同的情况下，癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸烷基醚酯（TP-95）、己二酸二辛酯（DOA）/己二酸烷基醚酯（TP-95）和癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸二辛酯（DOA）三种组合对拉伸强度的影响几乎相同，在耐油方面，耐介质质量变化率也几乎相同，有很好的耐油效果，但在耐低温耐寒方面己二酸二辛酯（DOA）/己二酸烷基醚酯（TP-95）组合，明显高于癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸烷基醚酯（TP-95）和癸二酸二辛酯（DOS）/己二酸二辛酯（DOA）两种组合，通过试验结果可知：选择己二酸二辛酯（DOA）/己二酸烷基醚酯（TP-95）两种增塑剂的组合可以提高原胶的耐寒性，因而增塑剂选择此组合。
参考文献：
[1] 游长江，贾德民，等译．橡胶技术配合和性能测试［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2005．
[2] 翁国文．实用橡胶配方技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，2008．
论文作者:关瑞科,林宋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/17
标签：二酸论文; 橡胶论文; 试样论文; 烷基论文; 增塑剂论文; 组合论文; 耐寒论文; 《基层建设》2018年第31期论文;