不同防老劑對(duì)水膠漿粘附V帶包布膠附著性能的影響

公維穎，薛斌，鄧濤

(青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042)

廣義上，傳遞動(dòng)能與動(dòng)力的柔性帶或者條在帶傳動(dòng)中叫做傳動(dòng)帶，又被叫做動(dòng)力帶。摩擦傳送帶與嚙和傳動(dòng)帶的機(jī)理不同，傳動(dòng)帶的材質(zhì)有橡膠、PU和TPE。包布V帶（三角帶）是V帶傳動(dòng)帶的主要類型。包布V帶骨架層可以使用簾布或線繩，而其組成形式與部件一般包括壓縮膠、強(qiáng)力層、緩沖膠、伸張膠、包布層組成。

V帶有兩層包布，內(nèi)層包布制作方法多為壓延法掛膠，外層包布為汽油、甲苯等有機(jī)溶劑浸漬，包布膠被溶解之后，將包布浸漬于其中來完成，而這種汽油、甲苯等有機(jī)溶劑溶解包布膠之后所得的溶劑，就叫做汽油膠漿，也叫油性膠漿[2]。但汽油、甲苯等有機(jī)溶劑存在嚴(yán)重的揮發(fā)問題及毒性，不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而且對(duì)操作人員的身體健康存在著巨大的隱患，同時(shí)汽油、甲苯等有機(jī)溶劑均為分子量較低的有機(jī)小分子，易燃易爆，企業(yè)對(duì)其儲(chǔ)存使用應(yīng)嚴(yán)格要求，但即使是這樣，每年仍會(huì)有一些相關(guān)企業(yè)因?yàn)楦鞣N各樣的原因發(fā)生安全事故。此外，隨著石油資源的不斷減少，汽油、甲苯等有機(jī)溶劑的使用成本將不斷增加。為了改善V帶包布膠中汽油膠漿的使用現(xiàn)狀，依據(jù)水性膠漿的理念，以水為分散體基體通過添加各種表面活性劑，在混煉膠的基礎(chǔ)上，來實(shí)現(xiàn)制成水膠漿的目的。

橡膠制品在使用過程中不可避免要經(jīng)受反復(fù)摩擦生熱以及空氣中氧氣的侵蝕進(jìn)攻，V帶包布膠也不例外。橡膠制品中的防老體系的使用可有效緩解橡膠制品的老化，本文選用幾種防老劑單獨(dú)使用或進(jìn)行并用，研究不同防老體系對(duì)硫化膠的物理機(jī)械性能及包布膠附著性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

NR：3#煙片膠；SBR：牌號(hào)1502；V帶包布用廣角布；自來水；成漿體系為市面所售產(chǎn)品；其他配合劑均為常用工業(yè)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

開煉機(jī)，X（S）K-160，上海雙翼橡塑機(jī)械有限公司；密煉機(jī)，XSM-1/20-80，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；平板硫化機(jī)，LCM-3C2-G03-LM，深圳佳鑫電子設(shè)備科技有限公司；GT-7017-M型老化箱，臺(tái)灣高鐵有限公司；無轉(zhuǎn)子硫化儀，M-3000A，臺(tái)灣高鐵有限公司；電子拉力機(jī)，JDL-2500N，天發(fā)試驗(yàn)機(jī)械有限公司；硬度計(jì)，上海險(xiǎn)峰電影機(jī)械廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)配方

主要實(shí)驗(yàn)配方見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)配方 /份

配方其他成分（份）： NR3#煙片膠70；SBR150 2 30；補(bǔ)強(qiáng)體系50；配合促進(jìn)劑16.8；ZnO5；成漿體系15。

1.4 試樣制備

按照試驗(yàn)配方，用電子天平準(zhǔn)確稱量各物料。先將生膠分別塑煉，下片待用。投入薄通好的生膠，分別打3次三角包，讓其包輥，隨后，依次加入小料、炭黑、硫化體系及成漿體系，每次加料之后左右割刀3次，打3次三角包，確保吃料完全，加入成漿體系后多打2次三角包，之后調(diào)大輥距，下片。

用無轉(zhuǎn)子硫化儀在測(cè)試膠料的硫化特性，使用平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化，硫化條件：150 ℃，壓力為10 MPa。硫化后停放6 h以上，裁片、制備試樣，進(jìn)行測(cè)試。

取混煉膠一部分，投入開煉機(jī)中，待其包輥后，在上方加水，繼續(xù)開煉，同時(shí)不斷加水保證堆積膠上有少量水，直至成糊狀，移至瓶中，配置成25%濃度備用。

將上述膠漿涂至裁剪好的布條上，烘干，4 h后將其與下好片的一層緩沖膠硫化在一起，停放6 h之后，測(cè)試布條與該層緩沖膠之間的剝離強(qiáng)度。

1.5 分析測(cè)試

硫化特性：按GB/T 16584—1996，采用無轉(zhuǎn)子硫化儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為155 ℃，轉(zhuǎn)動(dòng)角度均為±1°；

力學(xué)性能：拉伸性能采用電子拉力試驗(yàn)機(jī)按照GB/T 528—2008進(jìn)行測(cè)試，拉伸速度為500 mm/min；測(cè)試溫度為室溫。

剝離強(qiáng)度測(cè)試，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2792—1998測(cè)試，剝離速度為50 mm/min，測(cè)試溫度為室溫。

熱氧老化性能：按GB/T 3512—2001.

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

對(duì)上述5個(gè)編號(hào)的混煉膠分別進(jìn)行測(cè)定硫化特性，結(jié)果如表2所示。

表2 硫化特性數(shù)據(jù)

由表2可知，不同種類的防老劑加入混煉膠中之后，混煉膠的流動(dòng)性基本沒有差異，所以最低轉(zhuǎn)矩相近，同時(shí)因?yàn)閷?duì)硫化交聯(lián)程度影響很小，最高轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩的差值也很接近。但不同種類的防老劑對(duì)混煉膠的硫化速度有較大的影響。其中使用胺類防老劑RD與雜環(huán)類防老劑MB并用的1#混煉膠硫化速度慢，t90達(dá)到了11.93 min；而使用胺類防老劑RD和4010 NA并用的3#混煉膠硫化速度最快，t90達(dá)到了6.72 min。

2.2 熱氧老化前后包布硫化膠物理機(jī)械性能

考察了不同防老體系的使用對(duì)包布硫化膠物理機(jī)械性能的影響，見表3。

表3 熱氧老化前包布硫化膠物理機(jī)械性能

對(duì)表3的數(shù)據(jù)分析可知，不同的防老體系加入后，對(duì)包布硫化膠硫化之后的物理機(jī)械性能并沒有產(chǎn)生很大的影響，各組試樣的拉斷強(qiáng)度、扯斷伸長率、定伸應(yīng)力以及硬度比較接近。

對(duì)各試樣進(jìn)行100 ℃，24 h的熱氧老化試驗(yàn)后，各試樣物理機(jī)械性能見表4。

表4 熱氧老化后包布硫化膠物理機(jī)械性能

由表4可知，在經(jīng)過了24 h，100 ℃條件的熱氧老化后，物理機(jī)械性能出現(xiàn)了明顯的差異：1#實(shí)驗(yàn)性能下降最低，拉斷強(qiáng)度和扯斷伸長率下降幅度比較小；而4#實(shí)驗(yàn)性能下降最大，拉斷強(qiáng)度下降了5 MPa以上，扯斷伸長率也下降了接近一半，達(dá)到47.88%，其它幾組實(shí)驗(yàn)老化后性能下降程度均在這兩組之間。是因?yàn)榉览蟿㏑D是一種胺類防老劑，作用機(jī)理屬于自由基終止型防老劑，而MB是一種破壞氫過氧化物型防老劑，所以RD/MB并用屬于自由基終止型/分解過氧化氫物型的防老劑并用，兩者作用機(jī)理不同，可以在老化過程的不同階段發(fā)揮作用，整體起到協(xié)同作用；而防老劑264屬于一種受阻酚類防老劑，此類防老劑對(duì)熱氧老化具有中等程度的防護(hù)作用，與胺類防老劑相比防護(hù)作用差，所以4#實(shí)驗(yàn)老化后性能下降程度最大，2#和5#實(shí)驗(yàn)因?yàn)榧尤肓朔览蟿?64，下降幅度也較大；3#實(shí)驗(yàn)由于采用防老劑RD和防老劑4010NA并用，兩種胺類防老劑，兩者并用發(fā)生加和效應(yīng)，所以耐老化程度比其他幾組好，但是耐老化效果與1#實(shí)驗(yàn)相比較差。

由圖1和圖2可以更加直觀地看出不同防老體系下熱空氣老化前后硫化膠的拉斷強(qiáng)度和扯斷伸長率的變化，1#實(shí)驗(yàn)防老效果最好，而4#實(shí)驗(yàn)防老效果最差。

圖1 不同防老體系熱空氣老化前后拉斷強(qiáng)度的變化

圖2 不同防老體系熱空氣老化前后扯斷伸長率的變化

2.3 熱氧老化前后膠漿粘合性能

將上述5個(gè)編號(hào)混煉膠分別取一部分制備膠漿，并涂布，制備試樣，進(jìn)行剝離強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，附膠量相同時(shí)，各組實(shí)驗(yàn)的剝離強(qiáng)度相接近，因此防老體系的變化并未對(duì)膠漿的粘合性能造成影響，隨著附膠量的增加，試樣的剝離強(qiáng)度明顯降低。

對(duì)1#剝離實(shí)驗(yàn)后的三種附膠量100 g/m2、150 g/m2、200 g/m2的布條進(jìn)行光學(xué)顯微鏡下的觀察，觀察后的圖像如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 剝離后附膠量為100 g/m2的布條

圖4 剝離后附膠量為150 g/m2的布條

圖5 剝離后附膠量為200 g/m2的布條

在放大倍數(shù)為500倍的光學(xué)顯微鏡放大圖可以觀察到，隨著附膠量的增加，剝離實(shí)驗(yàn)后，布條上殘留的硫化膠越多。在剝離實(shí)驗(yàn)過程中，首先受到撕裂的并不是包布膠與布條之間的粘合，反而是包布膠自身受到外力發(fā)生的破壞，即橡膠自身物理機(jī)械性能較低，導(dǎo)致的粘合失效。也就意味著包布膠自身強(qiáng)度與包布膠與布條之間的粘合強(qiáng)度相比更小，所以隨著附膠量的增大，剝離強(qiáng)度逐漸降低。

對(duì)不同附膠量的不同防老體系的粘合試樣進(jìn)行70℃×24 h的熱氧老化試樣，剝離強(qiáng)度見表6。

由表6及圖6、圖7以及圖8可知，熱氧老化后剝離強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)；隨著附膠量的增加，同組試樣間的剝離強(qiáng)度降低；而各組試樣之間相比，1#試樣下降程度最低，4#試樣下降程度最大，其余幾組試樣剝離強(qiáng)度下降程度均在這兩組之間；結(jié)合表4熱氧老化后包布膠的物理機(jī)械性能可以發(fā)現(xiàn)，熱氧老化后，包布膠物理機(jī)械性能的高低與其膠漿剝離強(qiáng)度的高低相一一對(duì)應(yīng)，這個(gè)現(xiàn)象也能證明之前的結(jié)論：包布膠自身強(qiáng)度與包布膠和布條之間的粘合強(qiáng)度相比更小，所以當(dāng)老化后硫化膠的物理機(jī)械性能下降，導(dǎo)致剝離強(qiáng)度降低。

圖6 熱氧老化前后100g/m2附膠量下剝離強(qiáng)度

圖7 熱氧老化前后150g/m2附膠量下剝離強(qiáng)度

圖8 熱氧老化前后200 g/m2附膠量下剝離強(qiáng)度

3 結(jié)論

（1）不同的防老體系對(duì)硫化膠的硫化程度并沒有造成影響，但影響了硫化膠的硫化速度；

（2）防老劑RD/MB并用體系，發(fā)揮了協(xié)同效應(yīng)，有效的防止硫化膠的熱氧老化；防老劑RD/4010NA并用具有加成效應(yīng)，相比于其他幾種并用體系，耐熱氧老化效果較好；防老劑264僅能對(duì)于熱氧老化起到中等程度的防護(hù)作用，效果與防老劑RD相比較差；

（3）包布膠自身強(qiáng)度與包布膠和布條之間的粘合強(qiáng)度相比更小，剝離實(shí)驗(yàn)中，發(fā)生破壞的是包布膠，可通過改善包布膠的強(qiáng)度，來提高水膠漿的附著強(qiáng)度。