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    不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠性能的影響

    2018-11-13 01:35:52李旭萬紀君鄧濤
    橡塑技術(shù)與裝備 2018年21期
    關(guān)鍵詞:牌號機械性能伸長率

    李旭,萬紀君,鄧濤

    (青島科技大學高分子科學與工程學院,山東 青島 266042)

    國外普通V帶壓縮膠大多為丁苯橡膠/天然橡膠主體并用部分氯丁橡膠。傳動帶是動態(tài)使用的橡膠制品,配方應考慮動態(tài)曲擾性能、生熱,包布膠還應考慮耐磨性,含膠率不應太低。高級傳動帶如窄V帶、農(nóng)機V帶、切邊V帶、多楔帶和同步帶氯丁橡膠應用廣泛。氯丁橡膠強度高、耐熱、耐老化、耐臭氧、耐磨,屈撓疲勞性好,與其他材料黏合好。適用溫度范圍一般為-30~100℃。 國外傳動帶大多使用低結(jié)晶性通用型氯丁橡膠。以下為本研究使用的兩種牌號的氯丁膠的性能指標,見表1、表2所示。

    CR232:本品是以二硫化二異丙基黃原酸酯為調(diào)節(jié)劑的氯丁二烯聚合物。結(jié)晶速度中等,密度1.23,米黃色塊狀物,非污染型。具有較好的耐熱性和高溫穩(wěn)定性??捎糜诟黝悳\色橡膠制品如密封件、防塵罩、膠輥、襯里、膠管外層護套等橡膠雜件。本品類似于美國杜邦公司W(wǎng)型、日本電化公司M-40型氯丁橡膠。

    表1 CR232氯丁膠性能指標

    CR322:本品是以硫磺和二硫化二異丙基黃原酸酯為混合調(diào)節(jié)劑的氯丁二烯聚合物。結(jié)晶速度中等,密度1.23,米黃色或棕色塊狀物,非污染型??顾毫褟姸雀撸庸ば阅軆?yōu)于硫磺調(diào)節(jié)型膠??捎糜谥圃祀娎|護套、輸送帶及其他橡膠制品等。本品類似于美國杜邦公司GW型膠。

    表2 CR322氯丁膠性能指標

    1 實驗部分

    1.1 原材料

    NR,越南3L標準膠;BR9000,中國石化;CR3222、CR2322,重慶長壽化工;其他均為市售品。

    1.2 設備與儀器

    SK-160B型雙輥開煉機,上海橡膠機械廠;LCM-3C2-G03-LM平板硫化機;深圳佳鑫電子設備科技有限公司;GT-7017-M型老化箱,臺灣高鐵公司;M-3000A硫化儀,臺灣高鐵公司;JDL-2500N電子拉力機,天發(fā)試驗機械有限公司;RPA2000橡膠加工分析儀,ALPHA公司。

    1.3 分析與測試

    硫化性能:按GB/T 16584—1996測試,硫化溫度150℃。

    力學性能:拉伸性能采用電子拉力試驗機按照GB/T 528—2008進行測試,拉伸速度為500 mm/min,測試溫度為室溫;壓縮Mullins效應采用電子拉力機壓縮模式,壓縮速度為50 mm/min,壓縮30%,待變形回位后反復3次;邵爾A硬度按GB/T531.1—2008測定。

    熱空氣老化性能:按GB/T 3512—2001測試,在100℃下老化12、24、36、48 h。

    動態(tài)力學性能:采用美國Alpha科技公司生產(chǎn)的RPA2000型橡膠加工分析儀,溫度掃描:頻率1 Hz,轉(zhuǎn)動角度0.5°,溫度范圍60~140℃。

    1.4 試樣制備

    按表3所示配方制備試樣。

    表3 實驗配方

    1.4.1 混煉

    開煉機調(diào)整輥距,將塑煉好的NR、BR、CR、再生膠放入輥隙,使之包輥產(chǎn)生適量堆積膠,加入小料、補強填充體系、硫化體系,切割翻煉,薄通后打三角包5~6次,調(diào)整輥距及擋膠板至合適距離后下片,停放8 h以上待用。

    1.4.2 硫化

    膠料的硫化條件:采用平板硫化機硫化,硫化溫度為150℃,硫化壓力不小于10 MPa,硫化時間為各膠料的硫化曲線tc90對應的時間。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能及門尼黏度的影響

    由于硫化特性、門尼黏度是壓縮膠硫化、加工的重要保障,因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能及門尼黏度的影響。

    表4為不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能的影響。

    表4 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能的影響

    由表4可看出,隨著CR2322用量增加,t10、t90先縮短后延長,這是由于CR2322為非硫調(diào)型,ZnO、MgO作為CR2322硫化劑用量固定,CR2322用量越多相當于每一份CR的相對硫化劑越少,因此CR2322用量越大t10、t90越長。且MH-ML變化不大。此外隨著CR3222用量增加,t10、t90縮短。這是由于CR3222為混合調(diào)節(jié)型,ZnO、MgO、S共同作為硫化劑,又因為CR本身比NR/BR焦燒時間短、速度快,因此隨著CR3222用量增加,硫化速度變快,且MH-ML逐漸增大。最后,在當前硫化體系下CR3222相比于CR2322焦燒時間更短、硫化速度更快且硫化程度更高。

    圖1為不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠門尼黏度的影響。

    圖1 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠門尼黏度的影響

    由圖1可知,隨著CR用量增加門尼黏度均有明顯增大。隨著CR用量增加CR2322增大幅度要大于CR3222,但使用相同份數(shù)時數(shù)值上CR3222要更大。

    2.2 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響

    硫化膠的物理機械性能直接影響V帶的使用,因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響。

    不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響見圖2、3。

    圖2 CR2322用量對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

    圖3 CR3222用量對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

    由圖2可知,未老化時隨著CR2322用量增加,拉斷強度總體變化不大,扯斷伸長率有所減小,100%定伸應力、硬度有所增大。且在100℃環(huán)境下隨著老化時間延長,拉斷強度、扯斷伸長率下降且CR2322用量越多,拉伸強度、扯斷伸長率下降幅度越?。浑S著老化時間延長100%定伸、硬度均增大,且不同用量CR2322的100%定伸、硬度增大幅度相差不大,但均小于不使用CR2322的配方。

    由圖3可知,未老化時隨著CR3222用量增加,拉斷強度變化不大,扯斷伸長率有所減小,100%定伸應力先減小后增大,硬度變化不大。且在100℃環(huán)境下隨著老化時間延長,拉斷強度、扯斷伸長率下降且不同用量CR3222的拉斷強度、扯斷伸長率下降幅度相差不大,但均小于不使用CR3222的配方;隨著老化時間延長100%定伸、硬度均增大,且不同用量CR3222的100%定伸、硬度增大幅度相差不大。

    不同牌號CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響見圖4。

    圖4 不同牌號CR對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

    由圖4可知,相同用量的CR在100℃不同老化時間下,隨著老化時間延長,CR3222的拉伸強度變化率要小于CR2322;CR3222與CR2322的扯斷伸長率變化率、100%定伸變化率、邵爾A硬度變化率相差不大。

    由圖5可知,在當前硫化體系下,80℃環(huán)境下CR2322的耐屈撓性能要遠好于CR3222。且隨著CR2322用量增加,在CR2322用量為20份時耐屈撓性能最好;隨著CR3222用量增加,耐屈撓性能不斷變差。

    2.3 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠Mullins效應的影響

    由于壓縮膠在正常使用時受到往復的壓縮應力,而壓縮條件下的Mullins效應表征了硫化膠往復壓縮條件下的應力軟化,壓縮膠要求在周期性的壓縮應力下挺性好、應力軟化盡可能小,因此通過壓縮條件下的Mullins效應來表征壓縮膠的應力軟化狀態(tài)。且普通V帶的正常使用溫度約為80℃,因此為模擬壓縮膠正常使用狀態(tài),因此測試了80℃時的Mullins效應以反映真實使用狀態(tài)。

    CR2322用量對V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖 6~9。

    圖5 不同牌號及用量CR對壓縮膠80℃下屈撓性能的影響

    圖6 CR2322用量為0份時的Mullins效應

    圖7 CR2322用量為10份時的Mullins效應

    圖8 CR2322用量為20份時的Mullins效應

    圖9 CR2322用量為30份時的Mullins效應

    CR2322用量對100℃×24 h老化后V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖10~13。

    圖10 CR2322用量為0份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

    圖11 CR2322用量為10份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

    圖12 CR2322用量為20份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

    圖13 CR2322用量為30份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

    為直觀的表現(xiàn)不同CR用量的Mullins效應的變化,故將數(shù)據(jù)中第一次壓縮力值數(shù)值與第三次壓縮力值數(shù)值差值作圖,以差值大小來反映Mullins效應的強弱狀況。CR2322用量對100℃×24 h老化前后V帶壓縮膠Mullins效應強弱的影響見圖14、15。

    圖14 CR2322用量對100℃×24 h老化前壓縮膠Mullins效應程度的影響

    圖15 CR2322用量對100℃×24 h老化后壓縮膠Mullins效應程度的影響

    由圖6~15可知,隨著CR2322用量的增加,100℃×24 h老化前后,壓縮最大力值均增大。當CR2322使用份數(shù)相同時,100℃×24 h老化后,壓縮最大力值增大明顯。因為第一次壓縮與第三次壓縮力值差值越小說明Mullins效應越弱,因此隨著CR2322用量的增加Mullins效應明顯減弱,且100℃×24 h老化后CR2322用量的增加Mullins效應依舊減弱。但與未老化之前相比,100℃×24 h老化后Mullins效應程度加強,隨著CR2322用量的增加Mullins效應加大程度減弱。

    CR3222用量對V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖 16~19。

    圖16 CR3222用量為0份時的Mullins效應

    圖17 CR3222用量為10份時的Mullins效應

    圖18 CR3222用量為20份時的Mullins效應

    圖19 CR3222用量為30份時的Mullins效應

    圖20 CR3222用量為0份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

    圖21 CR3222用量為10份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

    CR3222用量對100℃×24 h老化后V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖20~23。

    CR3222用量對100℃×24 h老化前后V帶壓縮膠Mullins效應強弱的影響見圖24、25。

    圖22 CR3222用量為20份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

    圖25 CR3222用量對100℃×24 h老化后壓縮膠Mullins效應程度的影響

    由圖16~25可知 ,CR3222在Mullins效應方面與CR2322有相似的規(guī)律。

    圖23 CR3222用量為30份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

    縱向比較CR3222與CR2322可知:在最大力值方面,相同CR用量時,CR3222要明顯的大于CR2322,且100℃×24 h老化后亦然;在Mullins效應方面,100℃×24 h老化前,相同CR用量時,CR3222與CR2322的Mullins效應程度相差不大,但100℃×24 h老化后,相同CR用量時,CR3222比CR2322的Mullins效應程度要弱。

    2.4 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠動態(tài)生熱的影響

    損耗因子(tanδ)即黏彈性材料在交變力場作用下應變與應力周期相位差角的正切,也等于該材料的損耗模量與儲能模量之比,是衡量橡膠制品動態(tài)生熱的重要指標。因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠tanδ的影響。

    由圖26、27可知,測試溫度越高硫化膠tanδ越小,且CR的使用均使的硫化膠tanδ增大,這與CR分子結(jié)構(gòu)中帶有的Cl側(cè)基有關(guān)。隨著CR2322用量越大,硫化膠tanδ越小但小于100℃時區(qū)別不明顯。此外隨著CR3222用量越大,硫化膠tanδ在CR3222用量為20份時最小。且縱向比較來看,相同測試溫度相同CR用量下,CR3222的tanδ要低于CR2322,造成這樣的原因一方面可能是分子結(jié)構(gòu)及所需硫化體系差異所造成的硫化膠tanδ差異,另一方面可能由于交聯(lián)密度差異導致的硫化膠tanδ差異。

    3 結(jié)論

    (1)隨著CR2322用量增加,t10、t90先縮短后延長,MH-ML變化不大。

    圖26 不同CR2322用量對溫度與tanδ關(guān)系的影響

    圖27 不同CR3222用量對溫度與tanδ關(guān)系的影響

    隨著CR3222用量增加,t10、t90縮短,MH-ML逐漸增大。CR用量增加門尼黏度均有明顯增大,增大幅度方面CR2322要大于CR3222,但使用相同份數(shù)時數(shù)值上CR3222要更大。

    (2)隨著CR2322用量增加,拉斷強度總體變化不大,扯斷伸長率有所減小,100%定伸應力、硬度有所增大。隨著CR3222用量增加,拉斷強度變化不大,扯斷伸長率有所減小,100%定伸應力先減小后增大,硬度變化不大。100℃×24 h老化后兩種CR均使的物理機械性能保持率提高。且在當前硫化體系下,80℃環(huán)境下CR2322的耐屈撓性能要遠好于CR3222。

    (3)隨著CR用量增加,Mullins效應減弱,最大力值提高。且在最大力值方面,相同CR用量時,CR3222要明顯的大于CR2322,且100℃×24 h老化后亦然;在Mullins效應方面,100℃×24 h老化前,相同CR用量時,CR3222與CR2322的Mullins效應程度相差不大,但100℃×24 h老化后,相同CR用量時,CR3222比CR2322的Mullins效應程度要弱。

    (4)隨著CR2322用量越大,硫化膠tanδ越小但小于100℃時區(qū)別不明顯。此外隨著CR3222用量越大,硫化膠tanδ在CR3222用量為20份時最小。且相同測試溫度相同CR用量下,CR3222的tanδ要低于CR2322。

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