提高乳膠氣囊耐疲勞性能的研究

李紅蘭，楊忠全，李爭凱

（1.中國化工株洲橡膠研究設(shè)計院有限公司，湖南 株洲 412003；2.中國氣象局干部培訓(xùn)學(xué)院湖南分中心，湖南 長沙 410007；3.湖南省懷化氣象局，湖南 懷化 418000）

以天然膠乳制備的乳膠氣囊與其他橡膠制品一樣，由于其橡膠分子鏈中存在不飽和活性基團，易與氧、臭氧及其它活性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使橡膠分子鏈斷裂或過度交聯(lián)，在使用和存放過程中會出現(xiàn)表面龜裂、泛白、硬化、發(fā)粘、物理性能下降等老化現(xiàn)象，導(dǎo)致其在高充盈（高伸長率）狀態(tài)下的耐疲勞性能不理想，使用壽命短。影響乳膠氣囊耐疲勞性能的因素很多，如膠乳品質(zhì)、膠膜交聯(lián)密度和膠膜純度等。為了延長乳膠氣囊的使用壽命，應(yīng)盡可能提高膠膜的交聯(lián)密度和純度，也可加入能抑制膠膜老化的物質(zhì)如防老劑等。每種防老劑都有其對應(yīng)的使用范圍，但有時將2種或3種防老劑并用會產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，達到比較理想的防護效果。

本工作主要研究使用時需膨脹一定倍數(shù)的乳膠氣囊的物理性能，重點探討乳膠氣囊在高伸長率狀態(tài)下的耐疲勞性能。針對膠乳品種、膠乳防護體系、膠乳預(yù)硫化工藝、預(yù)硫化膠乳離心處理和膠囊硫化條件開展了大量試驗后，總結(jié)出影響最大的3個因素，即膠乳防護體系、膠乳預(yù)硫化工藝和預(yù)硫化膠乳離心處理，主要從這3個方面研究在保證乳膠氣囊物理性能的同時，有效提高其耐疲勞性能。

1 實驗

1.1 原材料

防老劑Lowinox CPL，中聯(lián)橡膠有限責(zé)任公司提供；防老劑DTBHQ，廣州泰俊化工有限公司產(chǎn)品；離心天然膠乳，工業(yè)級，馬來西亞產(chǎn)品；穩(wěn)定劑、促進劑、氧化鋅、硫黃、增塑劑和潤濕分散劑均為市售工業(yè)級產(chǎn)品。

1.2 配方

膠乳配方見表1。

表1 膠乳配方 份

1.3 試樣制備

將酪素、氫氧化鉀和平平加O分別制備成稀釋溶液，將硫黃、促進劑、防老劑和氧化鋅分別研磨成水分散體，將增塑劑制備成乳狀液。采用通用的天然膠乳配合方法，將配合劑按表1中的順序依次加入到膠乳中，按正常的預(yù)硫化工藝和浸漬方法加工成試片和成品氣囊。

1.4 性能測試

原材料控制指標(biāo)及檢驗方法按《膠乳工業(yè)原材料技術(shù)條件和試驗方法匯編》中相關(guān)條款進行。

膠囊疲勞次數(shù)測定方法：對成品氣囊進行充氣，氣囊的一頭先充滿氣體，當(dāng)直徑膨脹至700%左右以后，開始往另一頭延伸，至整個氣囊充滿氣體而不爆炸，疲勞次數(shù)計1，然后放氣，再重新充滿氣，如此反復(fù)直至氣囊破裂，得出最終疲勞次數(shù)。

膠料其他性能按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠乳預(yù)硫化工藝

膠乳預(yù)硫化是一種比較特殊的硫化方式，在膠乳中加入各種配合劑后，控制一定溫度和時間，進行預(yù)硫化。預(yù)硫化后的膠乳仍保持膠體狀態(tài)。與配合膠乳干燥后再硫化制得的膠膜性能相比，預(yù)硫化膠乳制得的膠膜撕裂強度較大，永久變形較小，交聯(lián)密度高、透明度較好，吸水性較小，其他性能相當(dāng)，證明預(yù)硫化工藝是提高乳膠制品耐疲勞性能的有效途徑之一。

采用常規(guī)工藝制造乳膠氣囊。預(yù)硫化工藝對成品乳膠氣囊性能的影響如表2所示。

從表2可以看出：預(yù)硫化工序以及預(yù)硫化條件對于乳膠氣囊的性能很關(guān)鍵，不經(jīng)過預(yù)硫化工序、直接用配合膠乳加工制得的乳膠氣囊的疲勞次數(shù)明顯小于使用預(yù)硫化工藝的乳膠氣囊；預(yù)硫化溫度超過80 ℃時，乳膠氣囊的疲勞次數(shù)大幅減?。荒z乳進行60 ℃×4 h的水浴恒溫預(yù)硫化，膠乳的硫化氯仿值控制在三中，乳膠氣囊的耐疲勞性能最佳。

表2 預(yù)硫化工藝對成品乳膠氣囊性能的影響

2.2 防老劑并用

在所有的不污染、不變色防老劑中，酚類防老劑綜合性能最佳，具有高抗萃取性、低揮發(fā)性、良好的耐熱穩(wěn)定性和相容性，能提高橡膠制品的耐氧和耐紫外光老化性能，特別是耐疲勞性能。防老劑CPL學(xué)名為聚合級空間受阻酚，是一種高效的不變色防老劑，廣泛應(yīng)用于天然膠乳制品生產(chǎn)。特殊防老劑DTBHQ能有效提高膠料的耐氧及耐紫外光老化性能，可提高橡膠制品的耐熱、耐油及耐屈撓龜裂性能。本工作選用酚類防老劑CPL和防老劑DTBHQ并用。防老劑并用比對成品乳膠氣囊性能的影響見表3。

從表3可以看出：單用防老劑DTBHQ對于提高乳膠氣囊的耐疲勞性能有一定效果，但效果并不是很明顯；當(dāng)防老劑CPL和防老劑DTBHQ按并用比1/1并用時，產(chǎn)生明顯的協(xié)同效應(yīng)，乳膠氣囊的耐疲勞老化性能大幅提高，疲勞次數(shù)達到79。

表3 防老劑并用對成品乳膠氣囊性能的影響

2.3 預(yù)硫化膠乳離心處理

在對透明度和彈性要求較高，特別是有爆破體積要求的乳膠氣囊生產(chǎn)過程中，對預(yù)硫化膠乳應(yīng)進行離心處理，將多余的非橡膠成分（如未反應(yīng)完全的分散體小顆粒等）除去。本試驗分別采用離心處理和未離心處理的預(yù)硫化膠乳加工制造乳膠氣囊，預(yù)硫化膠乳離心處理對成品乳膠氣囊性能的影響如表4所示。從表4可以看出，與預(yù)硫化膠乳未采用離心處理的乳膠氣囊相比，預(yù)硫化膠乳采用離心處理的乳膠氣囊物理性能、耐老化性能和耐疲勞性能較好，這表明膠膜中固體顆粒對乳膠氣囊耐疲勞性能的影響很重要，固體顆粒含量越小，膠乳純度越高，乳膠氣囊的耐疲勞性能越好。

表4 預(yù)硫化膠乳離心處理對成品乳膠氣囊性能的影響

3 結(jié)論

（1）采用防老劑CPL和防老劑DTBHQ并用，且并用比為1/1時可以大幅提高乳膠氣囊在高伸長率下的耐疲勞性能。

（2）采用60 ℃水浴恒溫4 h的膠乳預(yù)硫化工藝，膠乳氯仿值為三中左右，乳膠氣囊成品性能最佳。

（3）增加預(yù)硫化膠乳離心處理，除去膠乳體系中多余的非橡膠成分和未反應(yīng)完全的分散體小顆粒等，是提高乳膠制品耐疲勞性能的有效方法，且膠膜更加均勻光滑、透明美觀。

采取以上措施后，乳膠氣囊的耐疲勞性能明顯提高，乳膠氣囊在700%伸長率下的平均疲勞次數(shù)達到85，產(chǎn)品性能可以滿足國內(nèi)市場乳膠氣囊的使用要求。