第３８卷
ＶＯ Ｊ．３８
第１２期
Ｎ（】．１２
铁道技术监督
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质量检验
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热空气加速老化对合成闸瓦性能的影响
陈传志 ，党佳
（１．铁道部产品质量监督检验中心金属化学检验站，北京１０００８１：
２．中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京１０００８１）
摘要：对铁路货车合成闸瓦进行热空气加速老化试验，研究合成闸瓦在老化过程中的力学性能和摩擦
性能变化规律。结合热失重及溶胀实验结果，认为热氧老化使闸瓦中丁腈橡胶交联密度增大是闸瓦材料脆性
增加、韧性变差的本质原因。
关键词：合成闸瓦；热空气；老化试验
中图分类号：Ｕ２７０．３５１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—９１７８（２０１０）１２—００１４—０２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｏｔ ａｉｒ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ａｇｉｎｇ ｔｅｓｔ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒａｋｅ ｓｈｏｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｏｔ ａｉｒ ａｇｉｎｇ
ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒａｋｅ ｓｈｏｅ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．ＴＧ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｓｗｅｌｌｉｎｇ ｔｅｓｔ
ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｄｕｅ ｔｏ ｈｏｔ ａｉｒ ａｇｉｎｇ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｌｉｎｋｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｎｉｔｒｉｌｅ ｒｕｂｂｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｎｄ ｔｈｉｓ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｒｅａｓｏｎ
ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒａｇｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｒａｋｅ ｓｈｏｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｂｒａｋｅ Ｓｈｏｅ；Ｈｏｔ Ａｉｒ；Ａｇｉｎｇ Ｔｅｓｔ
０引言
铁路货车合成闸瓦一般由胶粘剂、纤维、填料
等组成。除胶粘剂为有机材料外，其余组分多为无 机材料。相对于有机材料，无机材料的物理化学性 质较为稳定，材质不易氧化，各种性能几乎不随时 间变化。胶粘剂属于有机材料，受氧化、光照、温 度、时间的影响，其物理化学性质会出现不同程度 的变化．从而导致合成闸瓦的性能也随环境因素发 生变化。合成闸瓦在使用过程中暴露在空气中、阳 光下，并且随着货车制动而间断性地受热升温。这 种情况势必对闸瓦造成影响。使其物理力学性能和 摩擦性能发生变化。为此，在人工加速热空气老化 条件下．对闸瓦的力学性能和摩擦性能的变化规律 进行研究。探讨其内在机理。 １实验部分 １．１原材料 丁腈橡胶，牌号为１０４３，南帝化学工业公司 产品。热塑性酚醛树脂，牌号为６８１８，山东圣泉 化工股份有限公司产品。还原铁粉，细度为３２５ 收稿日期：２０１０—１０—２２ 作者简介：陈伟志．助理研究员 ・１４・ 目，河北大正公司产品。鳞片状石墨，碳含量大于 ８５％，细度为１００目，山东即墨石墨厂产品。纤 维，牌号为ＮＦ一１，石家庄天源矿业有限公司产品。 其他为市售。
１．２配方（重量比）
ＮＢＲ占２０％，纤维占２８％，铁粉占６％，石墨
占６％，其他占４０％。
１．３成型工艺
成型压力为２０ ＭＰａ。温度为１６０℃。一段硫
化时间为２０ ｍｉｎ，二段硫化时间为１２０ ｍｉｎ。
１．４热空气老化实验条件
实验温度为１００℃．老化时间为０—１６８ ｈ。
１．５主要实验仪器及测试参照标准
（１）压缩强度及模量的测试采用ＴＹ８０００型万
能材料试验机，参照标准为ＧＢ／Ｔ １０４１－－２００８《塑
料压缩性能的测定》。
（２）冲击强度的测试采用ＸＣＪ－－３９２３／９８１ＭＪ
型简支梁冲击试验机，参照标准为ＧＢ／Ｔ １０４３．１ｍ
２００８《塑料简支梁冲击性能的测定第１部分：非
仪器化冲击试验》。
（３）洛氏硬度的测试采用ＸＨＲ一１５０塑料洛氏
硬度计，参照标准为ＧＢ／Ｔ ３３９８．２—２００８《塑料硬
度测定第２部分：洛氏硬度》。
铁道技术监督 第３８卷第ｌ２期
（４）摩擦性能的测试采用Ｍ２００型摩擦磨损试
验机，参照标准为ＧＢ／Ｔ ３９６０－－１９８３《塑料滑动摩
擦磨损试验方法》。
（５）测试溶胀体积变化率时，将试样在甲苯中
室温下浸泡２４ ｈ，参照标准为ＧＢ／Ｔ １６９０－－２００６
《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》。
（６）热空气老化，用ＬＲ０１６热老化试验箱，
参照标准为ＧＢ／Ｔ ３５ １２—２００１《硫化橡胶或热塑性
橡胶热空气加速老化和耐热试验》。
（７）利用热失重ＴＧＳ一２型热失重分析仪，分
析氮气气氛，升温速度为２０￣Ｃ／ｍｉｎ。
２结果与分析
２．１热空气老化对闸瓦物理机械性能及摩擦性能
的影响
系统研究了热空气老化时问对闸瓦物理机械性
能的影响，测试结果见表１。
表１热空气老化对闸瓦物理机械・眭能及摩擦性能的影响
从表１可见，随着老化时问的延长，冲击强度
逐渐减小，摩擦系数、压缩弹性模量和硬度逐渐增
大，磨耗量无明显变化。
分析认为，产生上述性能变化是由于随着热空
气老化时问延长，橡胶部分的交联密度逐渐增大，
进而使闸瓦材料的硬度、压缩弹性模量和摩擦系数
增大。也正是由于交联密度增大，导致材料的脆性
增加，所以闸瓦的冲击强度逐渐减小。
２．２合成闸瓦材料热失重分析
为了证实上述推断，取４个不同热空气老化时
间对应的试样，在氮气气氛中以２０ ／ｍｉｎ的升温
速度加热试样，得到热失重曲线，如图１所示。取
８个不同热空气老化时问对应的试样，得到在甲苯
中溶胀体积变化率．如图２所示
９５．００
９０．Ｏ０
１ Ｏ０．ＯＯ ２ｏｏ．００ ３ｏ０．０Ｏ ４００．０Ｏ ５００．００
温度，℃
ｒ１老化０ ｄ；ｒ４一老化４ ｄ；ｒ６一老化６ ｄ；ｒ８一老化８ ｄ
图１热失重曲线
褂
图２老化时间对试样溶胀体积的影响
从图１中可以看出，ｒｌ、ｒ４、ｒ６、ｒ８的试样初
始热分解温度和最大热分解温度依次提高，说明随
着老化时间的延长，闸瓦材料的热稳定性依次提
高。考虑到闸瓦材料中纤维、填料部分都是无机材
料，热稳定性高。因此，认为热稳定性提高主要是
因为老化过程中橡胶部分交联密度逐渐增大的缘
故。结合图２可知，随着老化时间的延长，溶胀体
积变化率逐渐减小。这进一步说明上面的推断是正
确的，即随着老化时间的延长，交联密度逐渐增
大，因而，溶胀体积逐渐减小
由此可以证实，热空气老化使闸瓦材料中橡胶
的交联密度增大，这是闸瓦材料老化后硬度和摩擦
系数增大、冲击强度逐渐减小的本质原因。
３结论
热空气加速老化条件下，合成闸瓦的力学性能
和摩擦性能随着老化时间的延长，逐渐降低；压缩
弹性模量、摩擦系数和硬度逐渐增大，磨耗量无明
显变化。这些变化的本质原因是热空气老化使橡胶
的交联密度增大。
・
１５・