模壓法和卷蒸法制備膠布制品對比研究

原曉城 姬燕飛 馬義明 張景亮

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津，300384）

1 前言

在傳統(tǒng)橡膠行業(yè)中，膠布制品的成型工藝主要有卷蒸和模壓兩種方式。

卷蒸工藝是指骨架材料經(jīng)覆膠后放入硫化罐中，在一定的壓力、溫度條件下，硫化一定的時(shí)間。在卷蒸工藝條件下，膠布制品成型工藝按如下過程進(jìn)行：首先將生膠布按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行裁剪，再搭接成所需要的尺寸，然后將其放入硫化罐中硫化。由于生膠布的幅寬在1.0～1.2m之間，因此搭接硫化是大型膠布制品制造工藝的必要環(huán)節(jié)之一。

與卷蒸工藝相對應(yīng)，模壓法是指骨架材料經(jīng)覆膠后，用硫化平板或模具加壓，在一定的溫度條件下，硫化一定的時(shí)間。在模壓工藝條件下，膠布制品成型過程按如下過程進(jìn)行：首先將生膠布在硫化平板中加熱、加壓硫化，然后將膠布按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行裁剪，并進(jìn)行搭接。其搭接過程同樣是在硫化平板裝置中一定壓力下進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原材料

天然橡膠，泰國進(jìn)口；順丁橡膠，中石化齊魯石油化工公司；尼龍骨架材料，沈陽富達(dá)紡織品有限公司，其它助劑均為橡膠工業(yè)常用工業(yè)級。

2.2 儀器與設(shè)備

XK-160型開煉機(jī)，呼和浩特新生聯(lián)合機(jī)械廠；XLB平板硫化機(jī)，青島第三橡膠機(jī)械廠；電子橡膠拉力機(jī)，臺灣高鐵科技有限公司；硬度計(jì)，江都明珠實(shí)驗(yàn)機(jī)械廠。

2.3 性能測試

橡膠硬度測試按照GB/T 531.1-2008 《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分邵氏硬度計(jì)發(fā)（邵爾硬度）》進(jìn)行。

橡膠拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率測試按照GB/T 528-2009 《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》進(jìn)行。

橡膠密度測試按照GB/T 533-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 密度的測定》進(jìn)行。

橡膠撕裂強(qiáng)度測試按照GB/T 529-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 撕裂強(qiáng)度的測定(褲形、直角形和新月形試樣)》進(jìn)行。

橡膠阿克隆磨耗測試按照GB/T 1689-2014《硫化橡膠 耐磨性能的測定(用阿克隆磨耗機(jī))》進(jìn)行。

膠布厚度測試按照HG/T 3050.3-2001《橡膠或塑料涂覆織物 整卷特性的測定 第三部分：測定厚度的方法》進(jìn)行。

膠布尺寸收縮率測試按照FZ/T 13010-1998《橡膠工業(yè)用合成纖維帆布》進(jìn)行。

膠布剝離強(qiáng)度測試按照GB/T 532-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠與織物粘合強(qiáng)度的測定》進(jìn)行。

膠布拉伸強(qiáng)度測試按照HG/T 2580-2008《橡膠或塑料涂覆骨架材料拉斷強(qiáng)度和扯斷伸長率的測定》

臭氧老化測試按照H/GT 2716-2008《橡膠或塑料涂覆織物 靜態(tài)耐臭氧龜裂性能的測定》進(jìn)行。

紫外老化測試按照GB/T 16585-1996《硫化橡膠人工氣候老化（熒光紫外燈）試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

耐海水老化測試按照GB/T 24136-2009《橡膠或塑料涂覆織物 耐液體性能的測定》進(jìn)行。

2.4 試樣制備

橡膠制備：按常規(guī)方法在XK-160型開煉機(jī)上進(jìn)行混煉，在平板硫化機(jī)上硫化。無特別說明，硫化條件均為145℃×10MPa×t90。混煉加料順序?yàn)椋荷z包輥→硬脂酸、古馬隆、氧化鋅→防老劑→1/2炭黑/白炭黑→液體增塑劑→1/2炭黑/白炭黑→硫化劑/粘合劑→下片。

膠布制備：首先在壓延機(jī)上進(jìn)行膠布壓延，再將壓延好的膠布按照不同的硫化方式進(jìn)行硫化。卷蒸硫化條件：硫化罐硫化，0.5MPa×1h；模壓硫化條件：平板硫化，145℃×10MPa×30min。

3 結(jié)果與討論

骨架材料采用尼龍66，覆膠層采用天然/順丁并用膠，骨架材料經(jīng)壓延后，分別進(jìn)行卷蒸和模壓硫化成型工藝，制備膠布，并進(jìn)行性能對比。天然/順丁并用膠配方見表1。

表1 天然/順丁配方表

3.1 橡膠性能

從表2中看出，采用卷蒸工藝的膠料硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率、撕裂強(qiáng)度和阿克隆磨耗比模壓工藝的膠料都低，這會影響膠布性能的拉伸強(qiáng)度和磨耗值，導(dǎo)致膠布性能降低。

表2 橡膠性能對比

3.2 膠布外觀

如下圖1所示，采用卷蒸工藝的硫化膠布因硫化時(shí)壓力較低，膠料滲透性差，硫化膠布表面凹凸點(diǎn)明顯；硫化膠布表面粗糙、不光滑，模壓工藝硫化膠布受較大壓力的作用，膠料致密度高，膠布表面平整光滑。

圖1 -1卷蒸硫化膠布外觀

圖1 -2模壓硫化膠布外觀

3.3 膠布初始物理性能

如上表3中所示，卷蒸工藝膠布厚度超出模壓硫化膠布0.2～0.6mm，由于模壓工藝硫化壓力較大，膠料流動性好，厚度均勻一致性好，且可以滲透到骨架縫隙中，與骨架的結(jié)合力好；采用卷蒸工藝硫化的膠布，尺寸收縮率較大，尤其是經(jīng)向尺寸收縮率；采用模壓工藝硫化的膠布，由于采用牽引冷定型的原因，經(jīng)向尺寸收縮率變化較??；不同成型工藝的膠布經(jīng)緯向拉伸強(qiáng)度雖然變化不大，但是采用卷蒸工藝膠布的緯向拉伸強(qiáng)度分散程度較大，均一性較差；卷蒸工藝膠布的撕裂強(qiáng)力略低于模壓工藝的膠布；卷蒸工藝膠布的粘合強(qiáng)度明顯低于模壓工藝的膠布。

表3 膠布物理性能

3.4 膠布搭接部位性能

從表4中看到，由于搭接硫化時(shí)壓力的差異，采用模壓工藝搭接的膠布，其搭接性能高于卷蒸工藝，尤其是模壓法搭接剝離強(qiáng)度采用了二次表面處理，超出卷蒸工藝4kN/m以上。

表4 搭接性能

3.5 耐老化性能

3.5.1 臭氧老化

臭氧老化條件：40℃×50pphm

兩種工藝的膠布經(jīng)4小時(shí)臭氧老化后同時(shí)出現(xiàn)龜裂，如圖2所示。卷蒸工藝的膠布表面凹凸不平，龜裂裂紋均出現(xiàn)在凸點(diǎn)上，裂紋長且深；模壓工藝膠布龜裂裂紋分布較為均勻，裂紋短且淺。

圖2 膠布臭氧老化外觀對比

3.5.2 熱氧老化

熱氧老化條件：70℃×168h。經(jīng)熱氧老化后，模壓工藝膠布的性能優(yōu)于卷蒸工藝。

表5 熱氧老化性能

3.5.3 耐海水性能

海水浸泡條件：常溫下，海水浸泡一個(gè)月。經(jīng)海水浸泡后，卷蒸工藝成型的膠布與模壓工藝成型的膠布相比，其膠布重量變化率、經(jīng)緯向拉伸強(qiáng)度變化率都較大。

表6 海水浸泡性能

4 研究結(jié)論及其應(yīng)用

通過以上模壓工藝與卷蒸工藝比較研究，模壓成型工藝由于硫化溫度、壓力可控，硫化過程中可以采取模具、拉伸定型工裝等多種手段對膠布制品尺寸、外觀進(jìn)行控制，制備的膠布綜合性能及部件搭接口的拼接性能較為優(yōu)異，其工藝技術(shù)含量較高，但同時(shí)由于工裝、設(shè)備較多，造成了成型制造周期長、成本較高。

具體來說，卷蒸工藝特點(diǎn)如下：

I 膠布外觀：硫化膠布表面粗糙、不光滑，膠料滲透性差。

II 膠布基本性能：膠布在硫化罐內(nèi)高溫硫化時(shí)，基本無壓力約束，硫化完畢也沒有定伸裝置，因此骨架材料尺寸收縮無規(guī)律，呈各向異性，導(dǎo)致膠布外形尺寸變化明顯，也可能導(dǎo)致其力學(xué)性能均一性變差。

III 膠布粘合強(qiáng)度：由于硫化罐的硫化壓力較低，導(dǎo)致覆膠層與骨架材料的粘合強(qiáng)度較低。

IV 膠布耐老化性能：由于膠料硫化時(shí)壓力較低，初始強(qiáng)伸性能差，且膠布表面凹凸明顯，對于同一種覆膠層，膠布凸出點(diǎn)為薄弱區(qū)域，耐老化性能（熱氧、臭氧）會較差。

V 膠布耐海水性能：由于膠料與骨架密實(shí)性較差，耐水性下降，導(dǎo)致骨架材料吸水后強(qiáng)伸性能下降，膠布重量增加明顯。

VI 膠布搭接口性能：由于硫化壓力低，覆膠層膠料滲入骨架材料內(nèi)的程度差，導(dǎo)致粘合強(qiáng)度較低，與模壓工藝相比，在相同搭接寬度的條件下，搭接強(qiáng)度也相對較低。

具體來說，模壓工藝主要存在以下優(yōu)點(diǎn)：

A 膠布外觀：硫化膠布表面光滑，膠料致密度高，初始強(qiáng)伸性能相對高。

B 膠布基本性能：膠布在硫化時(shí)，由于采用硫化預(yù)拉伸、冷定型等技術(shù)，硫化后采用裁剪、搭接技術(shù)，因此骨架材料尺寸收縮小，尺寸易于保證，力學(xué)性能均一性好。尤其解決了大型膠布制品尺寸精度控制難的工藝問題，尺寸精度可控制在0.5%以內(nèi)。

C 膠布粘合強(qiáng)度：由于硫化壓力得到保證，覆膠層與骨架材料的粘合強(qiáng)度較高。

D 膠布耐老化性能：由于膠料初始強(qiáng)伸性能高，對于同一種覆膠層，龜裂產(chǎn)生裂紋增長速度較慢，耐老化性能（熱氧、臭氧）會較較好。

E 膠布耐海水性能：由于膠料致密性好，耐吸水性提高，膠布重量變化率減小，性能保持性好。

F 膠布搭接口性能：采用表面處理技術(shù)及膠粘劑，粘合性能可控，粘合強(qiáng)度高；與卷蒸工藝相比，在相同搭接寬度的條件下，搭接強(qiáng)度也相對較高。

采用模壓工藝制備大型膠布制品已經(jīng)在我公司得到了廣泛應(yīng)用，包含大型氣墊船橡膠圍裙、巨型橡膠水壩、超長抽油機(jī)帶、大型海上浮力氣囊、大型振動平臺氣枕等項(xiàng)目，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。