氯化聚乙烯/丁腈橡膠汽車通氣膠管膠料的配方設計

張瑞造，陳金巧

（天津昕中和膠業有限公司，天津 301721）

氯化聚乙烯（CPE）具有優異的耐熱性能、阻燃性能、耐化學介質性能、耐老化性能及高填充性，加工性能好，能夠滿足多種設計要求，廣泛應用于線纜、膠管和膠帶等橡膠制品。CPE在汽車膠管中已用于進氣膠管、制動膠管、空調膠管和動力轉向膠管等，其應用范圍還在不斷擴大。

本項目開發的是韓國某品牌汽車用通氣膠管，采用該汽車企業MS 263-76工程材料規范，要求主體材料使用CPE。該通氣膠管為單層帶加強筋的異型結構，采用注射硫化工藝生產。該通氣膠管的安裝位置和工作環境比較苛刻，因此MS 263-76對膠管提出了耐油性能要求。CPE耐ASTM 901#油和5W/40機油性能較好，但耐ASTM 903#油性能欠佳。本工作在設計汽車通氣膠管膠料配方時著重考察了膠料的ASTM 903#油性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

CPE，牌號702P，美國杜邦公司產品；丁腈橡膠（NBR），牌號1052，南帝化學工業股份有限公司產品；炭黑N330和N774，天津卡博特炭黑有限公司產品；硅粉B66，安徽阜陽利普化工有限公司產品；硫化劑C-4N，黃巖東海化工有限公司產品；助交聯劑TAIC-70，上海科昱化工原料有限公司產品；氧化鎂，邢臺市鎂神化工有限公司產品；助交聯劑HAV-2，華星（宿遷）化學有限公司產品；硬脂酸鋇，天津市郎湖化工有限公司產品。

1.2 主要設備與儀器

塑煉機和KL-6型開煉機，佰弘機械有限公司產品；UM2050型門尼粘度計，臺灣優肯科技股份有限公司產品；M-2000FA型硫化儀和AI-7000S型電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品；50 t平板硫化機，青島君林機械有限公司產品；LX-A型橡膠硬度計，上海六菱儀器廠產品；H-RUL-45型熱老化箱，昆山九豐精密機械有限公司產品。

1.3 試樣制備

塑煉機輥溫升至100 ℃，將輥距調至最小，加入CPE塑煉至無顆粒時即塑煉均勻。塑煉均勻的CPE在開煉機上包輥（輥溫50 ℃），依次加入氧化鎂、硬脂酸鋇、炭黑、硅粉和增塑劑等，最后加入促進劑和硫化劑，混煉均勻，薄通，打三角包，下片。膠料停放24 h后再返煉、出片。

1.4 性能測試

膠料邵爾A型硬度按GB/T 531—2008測試，拉伸應力應變性能按GB/T 528—2009測試，耐液體性能按GB/T 1690—2010測試，耐熱空氣老化性能按GB/T 3512—2001測試，壓縮永久變形按GB/T 7759—1996測試。

2 結果與討論

2.1 原材料選擇

2.1.1 硫化劑

CPE為飽和橡膠，用普通硫黃硫化體系不能有效硫化。CPE采用的硫化劑主要有硫脲類、過氧化物類、噻二唑類和三唑二巰基胺鹽類等。硫脲類硫化劑在國外已淘汰，在國內用量也逐年下降。過氧化物類硫化劑成本低，硫化速度較快，比較適合在155～180 ℃下硫化，但過氧化物類硫化劑不適用于微波硫化等工藝，應用有局限性。噻二唑類與三唑二巰基胺鹽類硫化劑硫化效果較好，但焦燒時間短，半成品貯存時間短。

近年推出的新型噻二唑衍生物硫化劑備受關注，其硫化效果好，但化學成分不明、價格高。國內開發的噻二唑衍生物類硫化劑C-4N硫化速度適中，能適應各種硫化工藝，硫化膠物理性能優良。

本配方硫化劑選用硫化劑C-4N。硫化劑C-4N用量對CPE膠料性能的影響見表1。從表1可以看出，當硫化劑C-4N用量為3份時，膠料的拉伸性能、耐老化性能和耐ASTM 903#油性能較好。

表1 硫化劑C-4N用量對CPE膠料性能的影響

2.1.2 氧化鎂

氧化鎂是CPE膠料的重要配合劑。在CPE膠料中，本身呈堿性的氧化鎂可以用作吸酸劑，吸收膠料加工過程中產生的氯化氫。用量較大的氧化鎂可促進CPE硫化，起硫化促進劑的作用；在制品長期使用過程中，氧化鎂可阻止CPE降解老化，起熱穩定劑的作用。氧化鎂對CPE的硫化速度、交聯密度及物理性能影響很大。一般情況下，在CPE中氧化鎂用量較大。

氧化鎂用量對CPE膠料性能的影響見表2。從表2可以看出，氧化鎂用量為10份時，膠料的綜合性能較好。

表2 氧化鎂用量對CPE膠料性能的影響

2.1.3 助交聯劑

單獨使用硫化劑C-4N的膠料性能未達到預期效果，需要添加助交聯劑進一步提高膠料的交聯密度。CPE硫化的助交聯劑主要有TAC，TAIC，HAV-2和TMPTMA等。

選用助交聯劑HAV-2和TAIC-70進行對比試驗，結果見表3。從表3可以看出，與加入2.5份助交聯劑HAV-2的膠料相比，加入2.5份助交聯劑TAIC-70的膠料浸泡ASTM 903#油后的體積變化率較小，耐ASTM 903#油性能明顯提高。

表3 助交聯劑品種對CPE膠料性能的影響

選擇助交聯劑TAIC-70進行變量試驗，結果見表4。從表4可以看出，隨著助交聯劑TAIC-70用量增大，ASTM 903#油浸泡后膠料的硬度變化、拉伸強度變化率和體積變化率減小，膠料的耐油性能明顯提高；助交聯劑TAIC-70用量為6份時，膠料的綜合性能較好。

2.1.4 CPE與NBR并用

眾所周知，NBR的耐油性能極佳，為提高CPE膠料的耐油性能，用30份NBR等量替代CPE，并用膠性能見表5。對比表4和5可以看出：加入NBR后膠料性能變化較大，硬度明顯降低，拉斷伸長率增大，ASTM 903#油浸泡后體積變化率減小；硫化溫度從170 ℃升高到180 ℃，膠料的耐ASTM 903#油性能提高。

表4 助交聯劑TAIC-70用量對CPE膠料性能的影響

表5 CPE/NBR并用膠性能

2.2 配方優化

CPE與NBR并用后膠料硬度下降，需要調整補強體系，采用炭黑N330替代炭黑774，并適當調整硅粉B66用量。

最終確定的優化配方為：CPE702P，70；NBR1052，30；炭黑N330，35；硅粉B66，55；增塑劑DOP，25；氧化鎂，10；防老劑RD，1；硬脂酸鋇，3；硫化劑C-4N，3；助交聯劑TAIC-70，6。

優化配方膠料性能見表6。從表6可以看出，優化配方膠料的性能達到MS263-76要求。

表6 優化配方膠料的性能

3 結論

（1）汽車通氣膠管的優化配方為：CPE702P，70；NBR1052，30；炭黑N330，35；硅粉B66，55；增塑劑DOP，25；氧化鎂，10；防老劑RD，1；硬脂酸鋇，3；硫化劑C-4N，3；助交聯劑TAIC-70，6。

（2）優化配方膠管膠料的拉伸性能、耐熱老化性能、耐油性能達到MS263-76要求，采用該配方膠料制備的汽車通氣膠管可在惡劣環境中長期工作。