阅读说明：本技术 一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料及其制备方法 (Pavement material with gradient composite structure for drum test machine and preparation method thereof ) 是由 李培耀 马连湘 宋国君 谷正 王立 王泽鹏 潘佳莹 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料及其制备方法,属于模拟路面材料技术领域,所述路面材料为六层结构,其构成自外向内依次为保护层-磨耗层-承重层-基层-底基层-垫层,所述路面材料各层结构均由以下重量份的原料组成：塑料10.0-90.0份,橡胶10.0-90.0份,油1.0-20.0份,普通填充材料1.0-70.0份,功能性填充材料1.0-30.0份,硫化剂0.5-3.0份,防老剂0.1-5.0份,偶联剂0.1-5.0份。本发明采用熔融共混法复合制得橡塑复合材料,将具有不同性能指标的复合材料使用分层逐步注射法制备出模拟实际路面中不同结构部分的梯度复合材料,可以更好的模拟实际路面结构和作用力,贴近了实际路面,提高了模拟路面的符合度,减少测试过程的作用力失真问题。(The invention discloses a pavement material for a drum tester with a gradient composite structure and a preparation method thereof, belonging to the technical field of simulated pavement materials, wherein the pavement material is of a six-layer structure and sequentially comprises a protective layer, an abrasion layer, a bearing layer, a base layer, a bottom base layer and a cushion layer from outside to inside, and each layer of the pavement material consists of the following raw materials in parts by weight: 10.0-90.0 parts of plastic, 10.0-90.0 parts of rubber, 1.0-20.0 parts of oil, 1.0-70.0 parts of common filling material, 1.0-30.0 parts of functional filling material, 0.5-3.0 parts of vulcanizing agent, 0.1-5.0 parts of anti-aging agent and 0.1-5.0 parts of coupling agent. The invention adopts a melt blending method to prepare the rubber-plastic composite material, and prepares the composite material with different performance indexes into the gradient composite material simulating different structural parts in the actual pavement by using a layered gradual injection method, so that the structure and the acting force of the actual pavement can be better simulated, the actual pavement is close to the actual pavement, the conformity of the simulated pavement is improved, and the problem of acting force distortion in the test process is reduced.)

一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及模拟路面材料技术领域，具体涉及一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料及其制备方法。

背景技术

汽车轮胎完成生产后，需要进行性能的试验，其中在测试过程中室内测试设备上路面材料对于测试具有关键的影响。在性能试验中，为了模拟多种路面状况和侧偏、侧倾等驾驶条件，一般使用转鼓实验台模拟路面进行试验。转鼓试验台是一种常用的轮胎路试设备。转鼓表面的模拟路面带动车轮旋转，还有车轮会有模拟转弯动作时的侧偏和侧倾力的测试。试验台靠转鼓与车轮间的摩擦力和反作用力，给车轮提供直线行驶和侧偏、侧倾作用力。因此，转鼓材料及其表面对提供试验载荷起着关键性的作用。

在现有技术中，通常采用在转鼓上刻画金属花纹模拟路面结构。例如在发明专利《一种用于模拟路面的转鼓》(CN201510075011.0)中，转鼓的外表面上平行于转鼓截面的周期性波纹，是由首尾相切的等直径下凹圆弧线和上凸圆弧线所组成的，该转鼓容易加工，降低了成本，并且提高了转鼓的摩擦力，适合于模拟多种路面。而在实际应用中，此类模拟路面只是具有其形，难包其性能，包括摩擦系数、侧偏、侧倾力等，使得轮胎性能的测试失真度大大增加。

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。橡塑共混复合材料是通过使用不同塑料和橡胶的种类、含量以及不同硫化度或者填料含量，制备出具有不同性能要求的复合材料。

梯度复合材料称作“梯度功能复合材料”(简称FGM)，又称倾斜功能材料，是指采用先进的材料复合技术、通过控制构成材料的要素(组成、结构等)由一侧向另一侧呈连续梯度变化的非均质材料。其内部可达到界面消失，性质和功能相应于组成和结构的变化而呈现梯度变化，可减小和克服结合部位的性能不匹配因素。

发明内容

本发明提供一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料及其制备方法，克服现有转鼓路面仿真材料只具其形，缺乏实际路面作用力的缺点，同时提高实验过程与实际行车时的接近度，提供侧向摩擦力比如侧倾、侧偏等实际路况，较原转鼓路面材料测试精度能够进一步提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料，所述路面材料为六层结构，其构成自外向内依次为保护层-磨耗层-承重层-基层-底基层-垫层，所述路面材料各层结构均由以下重量份的原料组成：塑料10.0-90.0份，橡胶10.0-90.0份，油1.0-20.0份，普通填充材料1.0-70.0份，功能性填充材料1.0-30.0份，硫化剂0.5-3.0份，防老剂0.1-5.0份，偶联剂0.1-5.0份。

优选的，所述路面材料各层结构均由以下重量份的原料组成：塑料50.0份，橡胶50.0份，油10.0份，普通填充材料30.0份，功能性填充材料15.0份，硫化剂1.5份，防老剂1.5份，偶联剂3.0份。

优选的，所述塑料包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚醚中的任意一种或多种的混合物；所述橡胶包括乙丙橡胶、顺丁橡胶、乙烯辛烯共聚物、乙烯醋酸乙烯共聚物、丁苯橡胶、硅橡胶中的任意一种或多种的混合物。

优选的，所述油为非挥发性油类，包括芳烃油、操作油、环烷油、机油、白油中的任意一种或多种的混合物。

优选的，所述普通填充材料包括碳黑、白炭黑、碳酸钙、滑石粉、高岭土、重晶石中的任意一种或多种的混合物；所述功能性填充材料包括导热无机绝缘类和导热非绝缘类，所述导热无机绝缘类包括氧化锌、氧化镁、氧化铝、碳化硅、石英中的任意一种或多种的混合物，所述导热非绝缘类包括导电碳黑、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中的任意一种或多种的混合物。

优选的，所述防老剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、防老剂4010、防老剂4020、防老剂RD、防老剂MB中的任意一种或多种的混合物。

优选的，所述偶联剂包括硅烷、钛酸酯中的任意一种或两种的混合物。

本发明还提供一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将普通填充材料、功能性填充材料、油、部分硫化剂、偶联剂、防老剂、塑料和橡胶按照一定比例加入到密闭式炼胶机或双螺杆挤出机中进行熔融混合捏炼；

(2)将上述混合物经过熔融混合捏炼后，通过挤出、造粒、干燥即得到梯度复合结构的路面材料的其中一层结构的材料，根据需要，调整比例，持续制备其它各层结构的材料；

(3)将上述制备得到的各层结构的材料在低温下加入密炼机中，加入剩余的硫化剂，混炼后收集，然后分别模拟实际路面的保护层-磨耗层-承重层-基层-底基层-垫层的六层结构，逐层分布注射成型，制备出初步定型的模拟路面；

(4)将初步定型的模拟路面经过带模转移，然后根据不同体系的硫化剂选择不同的二次硫化时间，带模硫化，冷却开模，即得到具有梯度复合结构的模拟路面镶片。

优选的，所述步骤(1)中熔融混合捏炼的温度为160-220℃。

优选的，所述步骤(4)中的模具温度为140-180℃，带模硫化2.0-20.0min。

本发明的有益效果表现在：

(1)本发明采用熔融共混法复合制得橡塑复合材料，将具有不同性能指标的复合材料使用分层逐步注射法制备出模拟实际路面中不同结构部分的梯度复合材料，可以更好的模拟实际路面结构和作用力，贴近了实际路面，提高了模拟路面的符合度，减少测试过程的作用力失真问题；

(2)本发明的橡塑共混复合材料的力学性能优异，具有不同硬度，导静电、导热、耐磨性能优异，梯度复合材料的主基体材料的一致性，使得复合材料界面结合紧密，有效的解决界面问题，可以解决不同的物理机械性能的需求和特殊功能性的要求，最后采用原位挤出成型、带模硫化的成型工艺可以完全解决不同梯度的界面问题，完美的形成梯度复合材料结构；

(3)本发明的方法工艺简单，符合度高、可拆卸性强，生产废品率低，利于推广应用。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1：

一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料，所述路面材料为六层结构，其构成自外向内依次为保护层-磨耗层-承重层-基层-底基层-垫层，所述路面材料各层结构均由以下重量份的原料组成：塑料50.0份，橡胶50.0份，油10.0份，普通填充材料30.0份，功能性填充材料15.0份，硫化剂1.5份，防老剂1.5份，偶联剂3.0份。

所述塑料为均聚聚丙烯；所述橡胶包括乙丙橡胶。所述油为芳烃油。所述普通填充材料为碳黑；所述功能性填充材料为氧化铝。所述防老剂为抗氧剂1010。所述偶联剂为硅烷。

实施例2

一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料，所述路面材料为六层结构，其构成自外向内依次为保护层-磨耗层-承重层-基层-底基层-垫层，所述路面材料各层结构均由以下重量份的原料组成：塑料10.0份，橡胶90.0份，油1.0份，普通填充材料1.0份，功能性填充材料1.0份，硫化剂0.5份，防老剂0.1份，偶联剂0.1份。

所述塑料为共聚聚丙烯；所述橡胶为顺丁橡胶。所述油为环烷油。所述普通填充材料为白炭黑；所述功能性填充材料为导电碳黑。所述防老剂为防老剂4020。所述偶联剂为钛酸酯。

实施例3

一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料，所述路面材料为六层结构，其构成自外向内依次为保护层-磨耗层-承重层-基层-底基层-垫层，所述路面材料各层结构均由以下重量份的原料组成：塑料90.0份，橡胶10.0份，油20.0份，普通填充材料70.0份，功能性填充材料30.0份，硫化剂3.0份，防老剂5.0份，偶联剂5.0份。

所述塑料为聚乙烯；所述橡胶为硅橡胶。所述油为白油。所述普通填充材料为重晶石；所述功能性填充材料为膨胀石墨。所述防老剂为防老剂RD。所述偶联剂为硅烷。

上述实施例1-3所述的一种梯度复合结构的转鼓试验机用路面材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将普通填充材料、功能性填充材料、油、部分硫化剂、偶联剂、防老剂、塑料和橡胶按照一定比例加入到密闭式炼胶机或双螺杆挤出机中进行熔融混合捏炼；

(2)将上述混合物经过熔融混合捏炼后，通过挤出、造粒、干燥即得到梯度复合结构的路面材料的其中一层结构的材料，根据需要，调整比例，持续制备其它各层结构的材料；

(3)将上述制备得到的各层结构的材料在低温下加入密炼机中，加入剩余的硫化剂，混炼后收集，然后分别模拟实际路面的保护层-磨耗层-承重层-基层-底基层-垫层的六层结构，逐层分布注射成型，制备出初步定型的模拟路面；

(4)将初步定型的模拟路面经过带模转移，然后根据不同体系的硫化剂选择不同的二次硫化时间，带模硫化，冷却开模，即得到具有梯度复合结构的模拟路面镶片。

所述步骤(1)中熔融混合捏炼的温度为160-220℃。所述步骤(4)中的模具温度为140-180℃，带模硫化2.0-20.0min。

对比例：对比例1，在转鼓表面镶嵌长度为500mm，宽度为100mm的普通碳钢镶片；对比例2，在转鼓表面镶嵌长度为500mm，宽度为100mm的普通碳钢镶片，用电弧喷涂工艺均匀涂覆0.2mm的含镍的碳化钨耐磨涂层；对比例3，在转鼓表面镶嵌长度为500mm，宽度为100mm的普通碳钢镶片，用电弧喷涂工艺均匀涂覆0.2mm的7Cr13合金钢耐磨涂层。

将上述实施例1-3与对比例1-3的转鼓表面安装在车轮道路模拟台架上，以转鼓表面模拟路面来进行摩擦力试验，工作条件为：接触面压力设定:16000N；速度设定为:60km/h；车轮转向角设定50。测量车轮所受的轴向力大小，如表1所示：

表1:转鼓的摩擦力(N)和附着系数实验结果

通过表1说明本发明制备的转鼓表面摩擦力和附着系数明显提高，了提高车轮与转鼓之间的附着性能，使模拟路面附着系数接近路试情况，模拟仿真度高，同时具有可拆卸、可回收等优点。此外，通过设计制备的梯度复合材料结构提高了模拟路面与实际路况的拟合度，能够提高室内测试的准确度。

以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。