耐油耐熱老化膠布配方膠料的制備

馬義明 姬燕飛 原曉城 王紅梅

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津，300384）

1 前言

單純的某一種橡膠，無論是天然橡膠還是合成橡膠，其性能很難同時(shí)滿足設(shè)計(jì)使用的多項(xiàng)性能指標(biāo)要求，因此在提高橡膠性能和改善工藝方面可以平衡考慮指標(biāo)要求來進(jìn)行原材料主體膠種選擇，在通過配合劑種類和用量的選用，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證確定合適的配比關(guān)系來進(jìn)行配方設(shè)計(jì)。一般橡膠制品的配方設(shè)計(jì)開發(fā)程度如圖1所示。

圖1 橡膠制品配方設(shè)計(jì)開發(fā)程序

耐油橡膠制品設(shè)計(jì)首先考慮耐油類作用性能，了解工作液體性質(zhì)。本產(chǎn)品在戶外條件使用，使用溫度條件范圍在-30～+50℃，介質(zhì)為非極性油環(huán)境使用。因此在通用橡膠中選擇主體膠種即可，通常選擇耐油性能優(yōu)異的丁腈橡膠和耐油性僅次于丁腈橡膠的氯丁橡膠，性能效果優(yōu)于其他通用橡膠，因其分子中含有極性原子增加了主題材料的極性，根據(jù)相似相溶原理，一般碳?xì)浠衔铮ㄓ皖悾?，無極性或極性很小，所以很難將橡膠溶脹或溶解。資料顯示丁腈橡膠隨著丙烯腈含量的增加，耐混合燃油性能會(huì)有所提高[1]。氯丁橡膠硫化體系一般為氧化鋅/氧化鎂體系，高活性氧化鎂RA-150的使用能大大改善氯丁硫化膠的力學(xué)性能[2]。

在航空、海運(yùn)領(lǐng)域的儲(chǔ)油設(shè)備設(shè)施空間有限且內(nèi)部形狀復(fù)雜多變，使用膠布柔性油箱設(shè)備較金屬油箱更具優(yōu)勢(shì)，還會(huì)降低因靜電火花引起安全事故隱患幾率，于是設(shè)計(jì)開發(fā)航機(jī)油箱配方十分必要。

2 試驗(yàn)部分

2.1 主要原材料

SN12，山納合成橡膠有限責(zé)任公司；N230S JSR株式會(huì)社；DN-3335，日本瑞翁株式會(huì)社；高活性氧化鎂RA-150，以色列ICL集團(tuán)下屬DSP公司。其他助劑均為橡膠工業(yè)常用工業(yè)級(jí)材料。

2.2 儀器與設(shè)備

75L密煉機(jī)，大連橡塑機(jī)械廠；XK-550型開煉機(jī)，呼和浩特市新生聯(lián)合機(jī)械廠；三輥壓延生產(chǎn)線，無錫雙象橡塑機(jī)械有限公司；平板硫化機(jī)，青島匯才機(jī)械設(shè)備有限公司；100KN電子拉力機(jī)，長春科新科技有限公司；熱氧老化箱，江都明珠機(jī)械設(shè)備有限公司；電子精密天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；0.63兆牛半自動(dòng)壓力成型機(jī)，上海西瑪偉力橡塑機(jī)械有限公司；SK-160B開煉機(jī)，青島第三橡膠機(jī)械廠。

2.3 試驗(yàn)配方及性能測(cè)試

2.3.1 橡膠配方及膠布性能測(cè)試

硫化膠硬度測(cè)試按照GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》執(zhí)行。

橡膠強(qiáng)伸性能測(cè)試按照GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第一部分：邵氏硬度計(jì)法(邵爾硬度)》執(zhí)行。

覆膠層與骨架布之間粘和強(qiáng)度測(cè)試按照GB/T 532-2008《硫化橡膠與織物粘合強(qiáng)度的測(cè)定》執(zhí)行。

硫化橡膠耐油性能測(cè)試按照GB/T 1690-2006《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液體試驗(yàn)方法》執(zhí)行。

膠布強(qiáng)度測(cè)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(cè)定》執(zhí)行。

熱氧老化測(cè)試按照GB/T 24135-2009《橡膠或塑料涂覆織物 加速老化試驗(yàn)》執(zhí)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 試驗(yàn)基礎(chǔ)配方

設(shè)計(jì)的試驗(yàn)基礎(chǔ)配方如下所示：

SN12 100.0/N230S 100.0/ SN12:N230S 70:30/DN-3335 100.0；氧化鎂(RA-150) 4.0；氧化鋅 10.0；促DM 1.0，SA 1.5；石蠟 0.8；防A 1.0；防 RD1.0；防BLE 1.0；N774 30.0；白炭黑 10；Si-69 1.0；DOP20.0；粘合劑RS 8.0；NA-22 0.1；硫磺1.3。

混煉順序?yàn)椋?/p>

生膠包輥→促進(jìn)劑→防老劑→炭黑→液體增塑劑→硫化劑→下片。

不作特殊說明的情況下，本實(shí)驗(yàn)強(qiáng)伸試片硫化條件151℃×25min。

耐油耐老化膠布主體膠種變量如下表1所示。

表1 耐油耐老化膠布主體膠種變量表

性能測(cè)試結(jié)果見下表2。

表2 性能測(cè)試表

從上表2看出丁腈/氯丁并用膠的力學(xué)性能較單用主體膠的粘合強(qiáng)度低，耐油增重大，熱氧老化強(qiáng)度變化率最大。這與配合劑在兩種橡膠中的溶解度不同有關(guān)，且兩種膠料共混后硫化交聯(lián)程度不如單獨(dú)使用；N-230S丙烯腈含量為33.5～36.5%，硫化膠體現(xiàn)出良好的耐油性能。因此對(duì)選擇1#，4#配方進(jìn)一步硫化體系優(yōu)化性能。

SN12 100.0/N230S 100.0；促DM 1.0，SA 1.5；石蠟 0.8；防A 1.0；防RD 1.0；防BLE 1.0；N774 30.0；白炭黑10；Si-69 1.0；DOP 20.0；粘合劑RS 8.0。硫化體系變量，如下表3所示。

表3 耐油耐老化膠布硫化體系變量表

測(cè)試結(jié)果見下表4。

表4 性能測(cè)試表

從表4可以看出，丁腈橡膠采用高硫低促硫化體系配方5#耐油耐熱氧老化性能最優(yōu)異，氯丁橡膠采用8#配方性能與指標(biāo)要求最吻合。

3.2 膠布試樣制備及測(cè)試

小配合試驗(yàn)橡膠配方后，使用配方5#和配方8#在75L 密煉機(jī)進(jìn)行覆膠層混煉制備。對(duì)骨架材料進(jìn)行處理后，使用三輥壓延生產(chǎn)線進(jìn)行骨架覆膠生產(chǎn)壓延膠布，停放4小時(shí)后用平板硫化機(jī)進(jìn)行膠布硫化，壓延膠布裁成100mm×150mm的方形試樣，覆膠層對(duì)貼后，制成厚度9.5±2mm的半成品，放入粘合強(qiáng)度試樣硫化模具進(jìn)行測(cè)試樣制備；無特別說明時(shí)，樣品膠布硫化條件為151±3℃×35±2min。硫化膠布裁剪成500mm×500mm的方形試樣后打磨四邊使用覆膠層配方進(jìn)行骨架封端保護(hù)，不得在樣品周圍出現(xiàn)裸露的骨架材料。表5為5#配方和8#配方的參照比對(duì)膠布初始性能。

表5 不同配方膠布初始性能

膠布經(jīng)15#機(jī)油70℃×24h條件浸泡處理，測(cè)試重量后經(jīng)100℃×168h熱氧老化后室溫調(diào)節(jié)膠布樣品24小時(shí)后裁樣，進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)試，由于膠布拉伸強(qiáng)度主要由內(nèi)層骨架提供，覆膠層對(duì)膠布拉伸強(qiáng)度影響很小，因此膠布拉伸強(qiáng)度測(cè)試基本體現(xiàn)骨架層的強(qiáng)度，耐油耐老化性能由覆膠層提供，制定膠布性能指標(biāo)時(shí)耐油耐老化性能參照覆膠層指標(biāo)制定。測(cè)試結(jié)果見下表6。

表6 不同配方膠布耐油耐熱氧老化性能測(cè)試表

4 結(jié)論

（1）綜合耐油、耐熱氧老化考慮配方 5#性能最優(yōu)，成本適中，性價(jià)比最高；

（2）使用配方5#或8#生產(chǎn)的膠布制品可以滿足使用條件指標(biāo)要求；