Page 105 - 《橡塑技术与装备》2024年12期
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测试与分析 吴结义·填料种类及粒径对轨道减振橡胶垫板动静刚度比的影响
明显，黏弹滞后效应增强，力学损耗增大，所以动静 刚度比也较大。陶土和碳酸钙一方面作为填充型填料
刚度比也增大。 本身具有亲水性，与橡胶亲和性不好，另一方面填料
表 2 炭黑和白炭黑垫板动静刚度比 粒径较大比表面积小，同橡胶分子链之间相互作用较
项目 炭黑 白炭黑 小，当受外力作用时黏弹滞后效应弱，滞后损失少，
平均粒径 /nm 29 42 62 15 30 60
静刚度 /kN·mm -1 78 71 65 83 88 98 从而动静刚度比相对补强型填料更低。
动刚度 /kN·mm -1 143 122 103 176 194 252
动静刚度比 1.83 1.72 1.58 2.12 2.20 2.57
有研究表明 [5] ，白炭黑粒径越小，越容易在橡胶
中形成填料网络团聚体，而团聚体与橡胶基体的结合
较差，在外力作用下橡胶摩擦内耗现象越弱，滞后损
耗小，内耗损耗减小，动静刚度比低。当白炭黑粒径
增大至 60 nm 时，填料网络结构减少，与橡胶结合作
用增大，黏弹滞后效应增强，动静刚度比也增大。
2.3 陶土和碳酸钙粒径对垫板动静刚度比的
影响
由表 3 可以看出，使用填充型填料陶土和碳酸钙
的垫板动静刚度比，没有随粒径的变化呈现明显变化 图 1 不同填料和粒径的垫板动静刚度比对比
规律，粒径增大，动静刚度比有升有降，这是因为 ：
陶土和碳酸钙属无机填料，本身粒径较大，与橡 3 结论
胶分子链之间相互作用较小，主要起填充剂起增容、 （1）使用补强填料能赋予垫板更高的物理力学性
增硬的作用，粒径变化对填料与橡胶的相互作用的影 能，使用填充填料时物理性能较差，仅仅起到填充的
响不明显，此时影响填料粒子与橡胶的结合主要因素 作用。
为粒子结构、表面活性及粒子形状，不同粒径的无机 （2）使用补强填料时垫板动静刚度比整体高于填
填料粒子性质不同，所以动静刚度比变化呈现不规律 充填料。且随着炭黑粒径增大，减振垫板动静刚度比
变化，总体变化幅度较小。 降低 ；而随着白炭黑粒径增大，减振垫板动静刚度比
表 3 陶土和碳酸钙垫板动静刚度比 升高。针对填充型填料，填料粒径对减振垫板动静刚
项目 陶土 碳酸钙 度比的影响无明显规律。
平均粒径 /μm 0.03 2.0 10.0 0.05 1.0 5.0
静刚度 /kN·mm -1 56 53 53 45 48 46 （3）在设计低动静刚度比减振橡胶制品配方时，
动刚度 /kN·mm -1 84 77 78 61 69 61 可选择合适的填料及粒径或搭配使用，以满足制品物
动静刚度比 1.50 1.45 1.47 1.36 1.44 1.33
理性能和使用要求。
2.4 不同种类填料及粒径对动静刚度比影响
横向对比 参考文献 ：
由图 1 可以看出，使用白炭黑补强时垫板动静刚 [1] 王强 . 橡塑填料市场分析 [J]. 化工管理，2017,(14):135-
136,139.
度比最高，使用碳酸钙填充时动静刚度比最低，且明
[2] 朱万超，贺春江，陈传志，等 . 铁路减振橡胶制品动静刚度比
显使用炭黑和白炭黑时动静刚度比整体要高出很多。 研究进展 [J] 合成材料老化与应用，2021,50(6):117-120.
分析认为，由于白炭黑表面使用硅烷偶联剂处理，提 [3] 王巧玲，季承远，于世长，等 . 炭黑及硫化体系对三元乙丙
橡胶发泡减震制品硬度与动静刚度比的影响 [J] 橡胶工业，
高了白炭黑同橡胶的亲和力、湿润性和相容性，与橡
2018(65):678-680.
胶大分子的界面作用增强，结合胶增多，也就越易形 [4] 张宪清，贺春江，维坚 . 填料对客运专线橡胶垫板性能的影响
成网状结构，这些因素将导致更为强烈的黏弹滞后效 研究 [J] 铁道建筑，2012(10):117-119.
[5] 张鹏宇，王娜，戴采云，等 . 纳米二氧化硅粒径对橡胶复合
应，增大滞后损失，最终导致垫板的动静刚度比较大。
材料力学性能的影响 [J] 功能材料，2014,23(45):23 086-23
炭黑因可以与橡胶分子链产生化学吸附和物理吸附而
089.
生成结合胶，所以黏弹滞后效应也比较强烈，故动静
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