新型異戊橡膠用量對(duì)并用膠性能的影響

鞠龍生，趙偉松（天津七二九體育器材開發(fā)有限公司，天津 300384）

新型異戊橡膠用量對(duì)并用膠性能的影響

鞠龍生，趙偉松
（天津七二九體育器材開發(fā)有限公司，天津 300384）

新型異戊橡膠（TPIR）既保持了反式-1,4-聚異戊二烯（TPI）滾動(dòng)阻力小、壓縮生熱低、耐疲勞性能優(yōu)異的特點(diǎn)，又大大改善了它的耐屈撓龜裂產(chǎn)生性能和耐裂口增長(zhǎng)性能，預(yù)計(jì)是發(fā)展高性能輪胎的理想膠料。本文初步研究了TPIR用量對(duì)TPIR/NR/BR并用膠在硫化特性、物理機(jī)械性能、動(dòng)態(tài)性能、老化性能的影響，以及TPIR并用膠與TPI并用膠性能對(duì)比。

新型反式-1,4-聚異戊二烯橡膠；TPI；并用膠

1、前言

反式-1，4-聚異戊二烯（TPI）是一種動(dòng)態(tài)生熱低、滾動(dòng)阻力小、耐磨性能及動(dòng)態(tài)疲勞性能優(yōu)良的新型合成材料；新型 TPI基異戊橡膠（TPIR）是一種硬度相對(duì)較低、交聯(lián)密度高、耐屈撓疲勞性好的改進(jìn)合成材料。本文初步研究了TPIR用量對(duì)TPIR/NR/BR并用膠在硫化特性、物理機(jī)械性能、動(dòng)態(tài)性能、老化性能的影響，以及TPIR并用膠與TPI并用膠性能對(duì)比。

2、實(shí)驗(yàn)部分

2.1主要原材料

天然橡膠（NR），SVR 3L，越南產(chǎn)品；TPI，青島科大方泰材料工程有限公司，反式-1，4-結(jié)構(gòu)摩爾分?jǐn)?shù)大于 98%，門尼粘度（ML，1+4，100℃）為80；TPIR，青島科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室制備；炭黑N330，青島德固薩化學(xué)有限公司產(chǎn)品；芳烴油，濟(jì)南煉油廠產(chǎn)品，芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為 0.67；其它原材料均為市售工業(yè)品。

2.2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

SK-160B雙輥筒開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠；MZ-4016B門尼粘度儀，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司；GT-M2000-A型無轉(zhuǎn)子硫化儀，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；HS-100T-FTMO-2RT硫化機(jī)，佳鑫電子設(shè)備科技（深圳）有限公司；LX-A橡膠硬度計(jì)，上海六中量?jī)x廠；Zwick/Roell Z005電子拉力試驗(yàn)機(jī)，德國(guó) Zwick/Roell集團(tuán)；GT-RH-2000型壓縮生熱儀，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；老化實(shí)驗(yàn)箱（401A），上海市實(shí)驗(yàn)一七四總廠。

2.3基本配方

合成膠 100，炭黑N330 50，氧化鋅 5，硬脂酸 2.5，防老劑4010 2，防老劑4020 1，防老劑RD 1，芳烴油 7，促進(jìn)劑CZ 0.9，防焦劑CTF 0.2，不溶性硫黃 2

2.4試樣制備

TPIR塑煉：TPIR粉末在雙輥筒開煉機(jī)（輥溫120℃）上塑煉均勻，下片。

膠料混煉：膠料在開煉機(jī)上混煉，加料順序：TPIR包輥→氧化鋅→硬脂酸→防老劑→炭黑→芳烴油→促進(jìn)劑、硫黃→下片。

試片硫化：150℃×（t90+5）min，12～15MPa。

2.5性能測(cè)試

所有測(cè)試均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或橡膠行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3、結(jié)果與討論

3.1硫化特性

表1、TPIR用量對(duì)TPIR/NR/BR門尼粘度及硫化特性的影響

從表1可以看到，隨著TPIR用量增大，膠料的門尼粘度、扭矩值明顯增大，說明加入TPIR后，膠料有更高的交聯(lián)密度，原因是單位分子量有更多的雙鍵；焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間呈減小趨勢(shì)，說明對(duì)膠料的加工安全性影響較大。相同比例的TPIR并用膠與TPI并用膠相比，TPIR并用膠交聯(lián)密度更高，加工安全性更好。

表2　不同TPIR用量對(duì)TPIR/NR/BR并用膠的物理機(jī)械性能影響

3.2物理機(jī)械性能

TPIR與NR、BR有良好的相容性，當(dāng)TPIR取代一部分NR、BR與之并用時(shí)，能保持或提高膠料的力學(xué)性能。由表2可知，隨TPIR用量的增加，硫化膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸永久變形值均有所下降，這是由于TPIR交聯(lián)達(dá)到一定程度才能由硬質(zhì)材料變?yōu)檐涃|(zhì)材料，隨著TPIR用量的增加，TPIR/NR/BR并用硫化膠的交聯(lián)程度逐漸降低，相對(duì)較低交聯(lián)程度硫化膠中的TPIR仍存在部分微晶，TPIR結(jié)晶特性造成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)局部應(yīng)力集中，不利于鏈運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力傳遞，使得承擔(dān)負(fù)荷的有效鏈太少，造成撕裂強(qiáng)度下降。而100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力呈上升趨勢(shì)，這是由于在TPIR/NR/BR并用體系中，膠料硫化后，存在少量殘余結(jié)晶，故膠料 100%、300%定伸應(yīng)力增大，同時(shí)硬度也較不加TPIR的試樣大，且隨TPIR用量增加而增大。23℃、70℃回彈均變化不大。相同比例的TPIR并用膠與TPI并用膠物理機(jī)械性能相差不大。

表3　 TPIR用量對(duì)TPIR/NR/BR并用膠動(dòng)態(tài)性能的影響

3.3動(dòng)態(tài)性能

橡膠疲勞破壞過程由多次拉伸所施加的能量，初期消耗于微破壞的形成及其周邊部位集中應(yīng)力的松弛，經(jīng)一定時(shí)間后，則消耗于以破壞中心為起點(diǎn)的微破壞的擴(kuò)展，最后達(dá)到疲勞破壞。由表3可知，隨著TPIR用量的增加，并用膠的壓縮疲勞溫升先上升后降低，壓縮永久變形呈降低趨勢(shì)。這可能是較低交聯(lián)程度的TPIR/NR/BR并用膠中TPIR仍存在部分微晶，TPIR結(jié)晶點(diǎn)能阻礙微破壞的發(fā)展。相同比例的TPIR并用膠與TPI并用膠相比，TPIR并用膠的壓縮溫升和壓縮永久變形均低于TPI并用膠，說明TPIR并用膠的生熱性能好于TPI并用膠。

3.4老化性能

表4　不同TPIR用量對(duì)TPIR/NR/BR并用膠的老化性能對(duì)比

由表4可知，熱空氣老化48h后，隨著TPIR用量的增加，TPIR/NR/BR并用膠的定伸應(yīng)力逐漸增加。但由于過度交聯(lián)后交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)變形能力下降，扯斷伸長(zhǎng)率減小，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的均勻承載應(yīng)力能力下降，因而老化后拉伸強(qiáng)度降幅較大。隨著TPIR用量增加，TPIR/NR/BR并用膠的拉伸強(qiáng)度降低，100%保持率增加，40份時(shí)100%保持率降低。TPIR并用膠的老化性能與TPI并用膠老化性能一樣，TPIR份數(shù)增加老化性能變好，但是性能不如NR/BR并用膠。

4、結(jié)論

（1）TPIR/NR/BR并用膠有更高的交聯(lián)密度，隨著TPIR用量增加ts1，t90縮短，硫化指數(shù)升高，硫化效率提高。與TPI并用膠相比，TPIR并用膠交聯(lián)密度更高，加工安全性更好。

（2）隨TPIR用量的增加，硫化膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸永久變形值均有所下降，但 100%、300%定伸應(yīng)力增大，彈性變化不大。相同份數(shù)的TPI與TPIR并用膠物理機(jī)械性能相差不大。

（3）隨著TPIR用量的增加，并用膠的壓縮疲勞溫升先上升后降低，壓縮永久變形呈降低趨勢(shì)。相同份數(shù)的TPIR并用膠的生熱性能好于TPI并用膠。

（4）加入TPIR后老化性能變差，但隨著TPIR用量的增加，老化性能變好。相同份數(shù)的TPI與TPIR并用膠老化性能一樣。

［1］ 姚薇， 宋景社，賀愛華. 合成反式-1，4-聚異戊二烯的硫化與性能［J］. 彈性體， 1995，4（5）：1～7.

［2］ 杜愛華，黃寶琛，王炎等，TPI/BR/NR胎側(cè)膠的混料回歸設(shè)計(jì)［J］，合成橡膠工業(yè)，2002，25（3）：158～160.

［3］賀愛華，姚薇，黃寶琛，焦書科. 高反式-1，4-丁二烯-異戊二烯共聚橡膠的性能. 合成橡膠工業(yè)，2001，24（3）：174.

鞠龍生（1989～），男，山東人，畢業(yè)于青島科技大學(xué)，主要從事乒乓膠皮，海綿的配方和工藝研究。