環(huán)氧樹脂/金屬氧化物硫化體系對氯丁橡膠性能的影響

趙桂英，王忠光

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

氯丁橡膠（CR）作為一種通用特種橡膠，不僅具有良好的物理性能，還具有優(yōu)良的耐候、耐熱和耐化學(xué)腐蝕性能，廣泛用于電線電纜、輸送帶、耐油膠管、耐油膠板、耐油膠靴、耐油橡膠密封制品等中。由于CR分子含有氯，雙鍵部位活性下降，因此CR不能用硫黃硫化體系硫化。 CR一般用氧化鎂/氧化鋅硫化體系硫化（金屬氧化物與CR中的烯丙基氯反應(yīng)），形成以C—O—C結(jié)構(gòu)為主的醚交聯(lián)鍵；CR用過氧化物硫化體系硫化，形成C—C單鍵，鍵能較高，膠料具有較好的耐水性能；CR用樹脂硫化的研究報(bào)道極少[1]。

由于CR硫化膠的橡膠分子中殘存不穩(wěn)定的烯丙基氯，導(dǎo)致CR硫化膠易脫氯化氫且對其耐熱老化性能產(chǎn)生不良影響。而環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基和羥基活性基團(tuán)，因此環(huán)氧樹脂可作為CR的硫化劑：通過環(huán)氧樹脂與活潑烯丙基氯作用，可以降低CR中不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)比率，提高CR的耐熱老化性能[2]。

本課題以金屬氧化物硫化體系作對比，研究環(huán)氧樹脂/金屬氧化物硫化體系對CR性能的影響，為CR制品生產(chǎn)提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

CR，重慶長壽化工有限責(zé)任公司產(chǎn)品；炭黑N660，天津億博瑞化工有限公司產(chǎn)品；氧化鎂、氧化鋅和硬脂酸，中國石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；環(huán)氧樹脂E44，江蘇三木化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

CR，100；炭黑N660，40；硬脂酸，1.5；防老劑，2；促進(jìn)劑DM，1，環(huán)氧樹脂和金屬氧化物用量見表1。

表1 試驗(yàn)配方環(huán)氧樹脂和金屬氧化物用量 份

1.3 主要設(shè)備與儀器

XK-160型開煉機(jī)和QLB-50D/Q型平板硫化機(jī)，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GTM2000-A型無轉(zhuǎn)子硫化儀和GT-AI-7000-GD型拉力試驗(yàn)機(jī)，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；沖擊彈性儀，江都市試驗(yàn)機(jī)械廠產(chǎn)品；401-B型熱空氣老化試驗(yàn)箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

將開煉機(jī)輥距調(diào)至0.5 mm，加入CR塑煉，薄通6次[3]，下片冷卻至室溫；輥距略調(diào)大，CR包輥后保留少量堆積膠，先加入氧化鎂、硬脂酸、防老劑，然后加入炭黑、環(huán)氧樹脂，最后加入氧化鋅、促進(jìn)劑；吃料完畢后將輥距調(diào)至1 mm左右，打三角包5次；調(diào)大輥距至2.5 mm，膠料包輥、壓光后下片。

混煉膠在室溫下放置24 h后用平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為160 ℃/15 MPa×t90。硫化膠片在室溫下停放12～36 h后用沖片機(jī)沖裁試樣。

1.5 性能測試

膠料性能按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性和門尼粘度

硫化體系對CR硫化特性和門尼粘度的影響如圖1和表2所示。

表2 CR的硫化特性參數(shù)和門尼粘度

從圖1可以看出：6個(gè)配方膠料的焦燒時(shí)間均較短，操作安全性不太好，易焦燒；環(huán)氧樹脂用量過大（8份），膠料無明顯的硫化平坦期。

圖1 CR的硫化曲線（160 ℃）

從表2可以看出：隨著環(huán)氧樹脂用量增大，環(huán)氧樹脂/氧化鎂/氧化鋅膠料的焦燒時(shí)間t10稍有延長，硫化時(shí)間t90明顯延長，說明環(huán)氧樹脂可改善膠料的抗焦燒性能，同時(shí)有延長硫化時(shí)間的作用；6#配方膠料的硫化時(shí)間明顯比4#配方膠料短，說明在環(huán)氧樹脂/金屬氧化物硫化體系中不加氧化鋅可縮短膠料的硫化時(shí)間；環(huán)氧樹脂用量過大（8份）的5#配方膠料硫化時(shí)間過長。

門尼粘度可以表征膠料塑性，膠料的門尼粘度小，塑性大，反之亦然。從表2可以看出，隨著環(huán)氧樹脂用量增大，環(huán)氧樹脂/氧化鎂/氧化鋅膠料的門尼粘度逐漸減小，塑性增大，說明環(huán)氧樹脂具有增塑作用。

2.2 物理性能

硫化體系對CR物理性能的影響如表3所示。

從表3可以看出：與金屬氧化物硫化體系膠料相比，環(huán)氧樹脂/金屬氧化物硫化體系膠料的300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度較小，拉斷永久變形較大，彈性較好；隨著環(huán)氧樹脂用量增大，環(huán)氧樹脂/氧化鎂/氧化鋅硫化體系膠料的硬度增大，300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度變化不大，拉斷伸長率和撕裂強(qiáng)度減小，彈性提高（這可能是環(huán)氧樹脂的相對分子質(zhì)量較小，環(huán)氧樹脂分子夾雜在橡膠分子鏈間起潤滑作用，易于鏈的伸展和運(yùn)動(dòng)[4]）；不加氧化鋅的6#配方膠料拉斷伸長率最大；環(huán)氧樹脂用量小于6份時(shí)，環(huán)氧樹脂/金屬氧化物硫化體系膠料的撕裂強(qiáng)度大于金屬氧化物硫化體系膠料。綜合得出，環(huán)氧樹脂用量為2～6份的膠料物理性能較好。

表3 CR的物理性能

2.3 耐熱老化性能

硫化體系對CR耐熱老化性能的影響如表4所示。

表4 CR的耐熱老化（120 ℃×48 h）性能

從表4可以看出：與金屬氧化物硫化體系膠料相比，環(huán)氧樹脂/金屬氧化物硫化體系膠料的拉伸強(qiáng)度下降率小，拉斷伸長率下降率大；隨著環(huán)氧樹脂用量增大，環(huán)氧樹脂/氧化鎂/氧化鋅硫化體系膠料老化后的硬度變化值和拉伸強(qiáng)度下降率呈減小趨勢，拉斷永久變形呈增大趨勢；不加氧化鋅的6#配方膠料的拉伸強(qiáng)度下降率最小，僅為0.3%。綜合得出，環(huán)氧樹脂用量為4～6份的膠料耐熱老化性能較好。

3 結(jié)論

（1）與金屬氧化物硫化體系膠料相比，環(huán)氧樹脂/金屬氧化物硫化體系膠料的門尼粘度較小，焦燒時(shí)間略長；300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度較小，拉斷永久變形較大，彈性較好；老化后拉伸強(qiáng)度下降率較小，拉斷伸長率下降率較大。

（2）隨著環(huán)氧樹脂用量增大，環(huán)氧樹脂/氧化鎂/氧化鋅硫化體系膠料的門尼粘度減小，焦燒時(shí)間和硫化時(shí)間延長；硬度增大，300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度變化不大，拉斷伸長率和撕裂強(qiáng)度減小，彈性提高。

（3）環(huán)氧樹脂用量為4～6份的環(huán)氧樹脂/金屬氧化物硫化體系膠料綜合性能較好。