農(nóng)用機械橡膠履帶膠料的配方改進及性能研究

聶萬江，李文東，曾 季，韓 慧，云霄碧

（1.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院有限公司，北京 100143；2.上海華向橡膠履帶有限公司，上海 201407）

橡膠履帶是一種橡膠材料制成的環(huán)形膠帶制品，與金屬履帶相比，其具有接地壓力小、振動噪聲低、不損傷路面、密度小、速度快和多路況運行等優(yōu)點，其缺點是在沙石較多的粗糙路面上運行容易損壞[1-5]。目前，市場上部分農(nóng)用機械橡膠履帶在砂石粗糙路面上使用時出現(xiàn)溝底裂的早期損壞情況，導(dǎo)致其使用壽命較短。

為解決橡膠履帶溝底裂的問題，除了要求橡膠履帶膠料具有優(yōu)異的拉伸性能和抗撕裂性能以及較低的壓縮生熱外，還要求橡膠履帶膠料具有良好的抗切割性能[6-11]。這是因為良好的抗切割性能有助于減緩橡膠履帶溝底裂的發(fā)生，延長橡膠履帶的使用壽命。膠料的抗切割性能屬于高分子材料抗沖擊破壞性能，高分子材料的沖擊破壞過程包含裂紋引發(fā)階段和裂紋擴展階段[12-17]。裂紋引發(fā)能與高分子材料的主價鍵力、內(nèi)聚強度、耐疲勞性能相關(guān)，裂紋擴展能與高分子材料的結(jié)晶、裂紋尖端塑彈形變相關(guān)。凡是能夠影響高分子材料裂紋引發(fā)能和擴展能的因素都會影響材料的抗切割性能。

本工作改進農(nóng)用機械橡膠履帶膠料的配方，采用炭黑/白炭黑并用補強體系，并添加少量抗撕裂助劑，以提高橡膠履帶膠料的抗切割性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR1，云南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團有限公司產(chǎn)品；炭黑N220和N234，美國卡博特公司產(chǎn)品；白炭黑，德國贏創(chuàng)工業(yè)集團產(chǎn)品；抗撕裂助劑，上海君宜化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 100，填料 50，硫黃/促進劑 2.5，其他 15。

試驗配方設(shè)計的主旨是在保證膠料其他性能變化不大的情況下，提高膠料的抗切割性能。為此，試驗配方采用炭黑/白炭黑并用補強體系，并添加少量抗撕裂助劑，見表1。

表1 試驗配方 份Tab.1 Experimental formulas phr

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160A型開煉機，上海橡膠機械廠產(chǎn)品；Banbury 1.57 L密煉機，英國法雷爾公司產(chǎn)品；M200E型門尼粘度計、C2000E型硫化儀、T2000E型拉力機和Y3000E型壓縮生熱試驗機，北京市友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；RCC-1型橡膠動態(tài)切割試驗機，北京萬匯一方儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉在密煉機中進行，密煉機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，先用廢膠洗車，密煉室溫度達到100 ℃時提壓砣，投入NR，破膠30 s；提壓砣，加入炭黑、白炭黑、偶聯(lián)劑Si69、油及其他小料，壓壓砣2 min；提壓砣、清掃、壓壓砣（視情況可再提壓砣1—2次），溫度達到150 ℃時排膠，膠料采用開煉機下片。二段混煉在開煉機上進行，加入一段混煉膠、硫黃和促進劑，混煉均勻后下片。

1.5 性能測試

抗切割性能采用RCC-1型橡膠動態(tài)切割試驗機測試，試驗條件：膠輪轉(zhuǎn)速 725 r·min-1，打擊速度 120 次·min-1，打擊時間 15 min。

膠料其他性能按照相應(yīng)國家標準或行業(yè)標準進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

混煉膠的門尼粘度和硫化特性見表2。

從表2可以看出：試驗配方SY1—SY4膠料的門尼粘度和焦燒時間與生產(chǎn)配方膠料相近，F(xiàn)L和Fmax小于生產(chǎn)配方膠料；試驗配方SY4膠料的t90最長，硫化速度稍慢。

2.2 物理性能

膠料的物理性能見表3。

從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方SY1—SY4膠料的300%定伸應(yīng)力和500%定伸應(yīng)力稍有提高，拉伸強度和撕裂強度相近，拉斷伸長率有不同程度降低；試驗配方SY1和SY2膠料的壓縮疲勞溫升相近，試驗配方SY3和SY4膠料的壓縮疲勞溫升較低。

表3 膠料的物理性能Tab.3 Physical properties of compounds

從表3還可以看出：100 ℃×24 h老化后，試驗配方SY1—SY4膠料的邵爾A型硬度變化和拉伸強度變化率相差不大，其中拉伸強度變化小于生產(chǎn)配方膠料；壓縮疲勞溫升總體降低，壓縮永久變形減小。試驗配方膠料的耐老化性能與生產(chǎn)配方膠料總體相近。

2.3 抗切割性能

膠料的抗切割性能如表4所示。

表4 膠料的抗切割性能Tab.4 Cutting resistances of compounds

從表4可以看出：試驗配方SY1—SY4膠料的質(zhì)量損失和質(zhì)量損失率均小于生產(chǎn)配方膠料，表明其抗切割性能好于生產(chǎn)配方膠料；試驗配方SY1，SY2和SY3膠料的抗切割性能相近，優(yōu)于試驗配方SY4膠料，這可能與其配方中炭黑與白炭黑并用有關(guān)，表面能較高的白炭黑在膠料變形過程中能夠消耗更多的變形能，抑制裂口的增長。

3 結(jié)論

為了解決農(nóng)用機械橡膠履帶在砂石粗糙路面上使用出現(xiàn)溝底裂的早期損壞問題，在膠料的試驗配方中將炭黑與白炭黑并用，同時少量添加抗撕裂助劑。結(jié)果表明，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度和焦燒時間相近，F(xiàn)L和Fmax減小，300%定伸應(yīng)力和500%定伸應(yīng)力稍有提高，拉伸強度、撕裂強度和耐老化性能相近，拉斷伸長率降低，抗切割性能提高，這有助于解決橡膠履帶溝底裂的早期損壞問題。