氯丁橡膠鞋底耐磨性能研究

焦占磊

氯丁橡膠自發(fā)明應(yīng)用以來，以其強(qiáng)度高、耐油耐介質(zhì)性能好、阻燃性能好、耐候性優(yōu)良等性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于膠帶、膠管、護(hù)罩、膠輥、襯墊、密封材料等工業(yè)制品領(lǐng)域。為了達(dá)到阻燃、耐油性能，也經(jīng)常用于橡膠鞋底材料生產(chǎn)中。

在鞋底生產(chǎn)中，作為鞋靴外底一個重要的性能是耐磨性能，即鞋底抵抗日常穿用過程中的磨損能力。氯丁橡膠的磨耗性能較天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠等常用鞋底橡膠品種要稍差，因此，研究改進(jìn)氯丁橡膠的耐磨性能更為必要。

1 研究方案

檢測項(xiàng)目 A B C氯丁橡膠類型 1221 2322 3221抗張強(qiáng)度（MPa） 17.1 15.9 18.8扯斷伸長率（%） 450 560 520阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.27 0.28 0.26檢測項(xiàng)目 炭黑N330 白炭黑175 陶土 輕質(zhì)碳酸鈣阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.27 0.31 0.64 0.62檢測項(xiàng)目 20 30 40 50 60阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.54 0.43 0.27 0.18 0.24

1.1 試驗(yàn)方案

由于氯丁橡膠在操作中粘輥嚴(yán)重，日常使用中都摻用部分天然橡膠改善加工性能。為了更加貼近現(xiàn)實(shí)情況，本試驗(yàn)中也添加10%天然橡膠。

首先將天然橡膠利用開煉機(jī)薄通塑煉到塑性0.40～0.45，再加入氯丁橡膠，混合均勻后，依次加入活化劑、促進(jìn)劑、硫化劑、防老劑、補(bǔ)強(qiáng)填充劑、軟化劑等材料，混煉均勻?；鞜捘z放置24 h以后，硫化制做阿克隆磨耗試片（硫化時間為90 min×2，硫化溫度150℃）。試片室溫放置24 h后，進(jìn)行阿克隆磨耗檢測。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

150mm試驗(yàn)用開放式煉膠機(jī)，阿克隆磨耗測試儀，密度儀。

1.3 氯丁橡膠品種對比

氯丁橡膠是使用氯丁二烯單體材料聚合反應(yīng)得到的高分子材料。根據(jù)分子量調(diào)節(jié)方式，分為硫磺調(diào)節(jié)型、非硫磺調(diào)節(jié)型和混合調(diào)節(jié)型；根據(jù)橡膠結(jié)晶度分為高、中等、微結(jié)晶型或結(jié)晶速度快、中等和慢三類；根據(jù)用途分為通用型和專用型。

基于鞋底生產(chǎn)工藝和鞋底質(zhì)量要求，排除硫磺調(diào)節(jié)型（原料橡膠貯存穩(wěn)定性差，混煉膠料容易焦燒），基本是選用非硫磺調(diào)節(jié)型、混合調(diào)節(jié)型或兩種類型配合使用；由于非硫磺調(diào)節(jié)型氯丁橡膠無法塑解，因此為了保證鞋底加工過程中膠料流動充模性能，一般選用中低粘度、中低等結(jié)晶速度的氯丁橡膠品種。

同樣基于鞋底生產(chǎn)成本要求，一般選用國產(chǎn)橡膠。本研究以長壽公司生產(chǎn)的CR1221、CR2322、CR3221 型非污染氯丁橡膠進(jìn)行對比研究。

1.4 補(bǔ)強(qiáng)填充體系對氯丁橡膠耐磨性能對比

由于氯丁橡膠屬于自結(jié)晶類型材料，補(bǔ)強(qiáng)填充體系對氯丁橡膠的強(qiáng)度一般沒有正面影響；但是補(bǔ)強(qiáng)填充體系是降低鞋底成本的有效途徑，研究其對氯丁橡膠的耐磨性能影響是非常必要的。

氯丁橡膠使用的補(bǔ)強(qiáng)材料和填充材料，一般通用的補(bǔ)強(qiáng)材料如炭黑、白炭黑、陶土、碳酸鈣等均可。

另外，補(bǔ)強(qiáng)填充劑用量對膠料耐磨性能也是考察的一個方面。

1.5 軟化劑用量對氯丁橡膠耐磨性能影響

軟化劑是保證膠料加工性能和調(diào)節(jié)鞋底硬度的材料，使用軟化劑對氯丁橡膠耐磨性能一般是單向劣化影響。

1.6 防老化品種對氯丁橡膠耐磨性能對比

氯丁橡膠本身耐老化性能較好，但是在鞋底使用中，仍然存在隨著時間延長性能劣化的問題，因此，防老化材料使用是必要的。選用幾種鞋底生產(chǎn)常用防老劑對比其對耐磨性能影響進(jìn)行了試驗(yàn)。

1.7 專用材料對氯丁橡膠耐磨性能對比

添加助劑也能對提高氯丁橡膠耐磨性能有一定作用，如偶聯(lián)劑材料、二硫化鉬等。其中二硫化鉬成本偏高，會降低鞋底產(chǎn)品的性能價格比，并不適合使用；偶聯(lián)劑材料，尤其是使用偶聯(lián)劑對補(bǔ)強(qiáng)填充材料進(jìn)行預(yù)處理，對橡膠耐磨性能作用較好。本研究以硅烷材料為代表對氯丁橡膠的耐磨性能影響進(jìn)行了對比。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 三種不同型號的氯丁橡膠耐磨試驗(yàn)結(jié)果對比

基本配方：氯丁橡膠85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質(zhì)氧化鎂 3，硬脂酸 1.5，硫磺粉 0.3，促進(jìn)劑M 0.5，炭黑N330 40，DBP 8，防老劑 D 1。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，可以看出：三種類型的氯丁橡膠膠料耐磨性能比較接近，沒有出現(xiàn)明顯規(guī)律。因此，可以根據(jù)鞋底配方需求選用合適的規(guī)格氯丁橡膠。

按照鞋底生產(chǎn)要求，一般采用混合型氯丁橡膠，以同時兼顧煉膠生產(chǎn)安全性和硫化生產(chǎn)效率。因此，以下研究均采用混合型CR3221。

檢測項(xiàng)目 4 8 12 16阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.16 0.17 0.21 0.29檢測項(xiàng)目 防老劑D 防老劑RD 防老劑4010NA 防老劑MB阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.26 0.15 0.13 0.25檢測項(xiàng)目 不加Si-69 加入Si-69阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.31 0.22

2.2 補(bǔ)強(qiáng)填充材料對氯丁橡膠鞋底耐磨性能影響

2.2.1 補(bǔ)強(qiáng)填充劑品種對氯丁橡膠鞋底耐磨性能影響

基本配方：氯丁橡膠CR3221 85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質(zhì)氧化鎂 3，硬脂酸1.5，硫磺粉 0.3，促進(jìn)劑 M 0.5，DBP 8，防老劑D 1。補(bǔ)強(qiáng)填充劑40份，品種見下表。

2.2.2 炭黑N330用量對氯丁橡膠鞋底耐磨性能影響

基本配方：氯丁橡膠CR3221 85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質(zhì)氧化鎂 3，硬脂酸 1.5，硫磺粉 0.3，促進(jìn)劑 M 0.5，DBP 8，防老劑D 1。炭黑N330用量見下表。

2.3 軟化劑用量對氯丁橡膠鞋底耐磨性能影響

基本配方：氯丁橡膠85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質(zhì)氧化鎂 3，硬脂酸1.5，硫磺粉 0.3，促進(jìn)劑M 0.5，炭黑N330 50，防老劑D 1。

2.4 防老劑品種對氯丁橡膠鞋底耐磨性能的影響

基本配方：氯丁橡膠85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質(zhì)氧化鎂 3，硬脂酸1.5，硫磺粉 0.3，促進(jìn)劑M 0.5，炭黑N330 50，DBP 8。防老劑用量2，具體品種見下表。

2.5 專用耐磨材料對氯丁橡膠鞋底耐磨性能的影響

基本配方：氯丁橡膠85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質(zhì)氧化鎂 3，硬脂酸1.5，硫磺粉 0.3，促進(jìn)劑 M 0.5，白炭黑 175 40，DBP 8，防老劑D 1?？鼓ゲ牧喜捎肧i-69（雙（3-三乙氧基硅烷丙基）四硫化物）2份。

3 結(jié)果討論

橡膠材料磨耗原理迄今并未形成統(tǒng)一理論解釋，大概認(rèn)為有三種磨耗形式。氯丁橡膠鞋底的磨耗性能與其它橡膠材料一樣，與橡膠制品的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、彈性、耐疲勞性能有關(guān)。

以上5個方面的對比試驗(yàn)表明，3類不同品種的氯丁橡膠對鞋底耐磨性能影響不明顯。補(bǔ)強(qiáng)填充材料的品種對鞋底耐磨性能的影響主要由于補(bǔ)強(qiáng)材料對鞋底拉伸強(qiáng)度影響不同，呈現(xiàn)正向相關(guān)；炭黑材料的用量有一個峰值存在，應(yīng)為炭黑用量過大時對鞋底彈性有不良影響造成。軟化劑用量越大，鞋底強(qiáng)度越低，從而耐磨性能越差。防老劑品種差異，主要由于其對鞋底耐疲勞老化的作用不同造成，根據(jù)對比結(jié)果，防老劑RD和4010NA較為理想。使用白炭黑時，偶聯(lián)劑作用主要是提高了鞋底強(qiáng)度，從而提高了鞋底耐磨性能。