TPI對綠色V帶壓縮膠性能的影響

李 旭, 鄧 濤

（青島科技大學 高分子科學與工程學院, 山東 青島 266042）

TPI對綠色V帶壓縮膠性能的影響

李 旭, 鄧 濤

（青島科技大學 高分子科學與工程學院, 山東 青島 266042）

研究了不同用量的反式聚異戊二烯（TPI）替代原配方中的乳聚丁苯膠（ESBR）對V帶壓縮膠的力學性能、壓縮生熱性能的影響，并通過考察損耗因子、壓縮溫升等表征其對V帶壓縮膠生熱的影響。結果表明，隨著TPI替代量的逐漸增大，其對壓縮膠拉伸強度、定伸應力有所提升；斷裂伸長率、硬度變化不大，且對加工擠出性能有影響的門尼黏度也基本不變。經100 ℃、24 h老化后，膠料的拉伸強度、斷裂伸長率等性能均有所提升。由RPA溫度掃描得知，在60、80、130 ℃時，ESBR/TPI配比為25/10時，有最低的損耗因子，且壓縮溫升最低（最高降低5 ℃左右）。綜合可知，當TPI替換原配方中的10份ESBR時，有最優的綜合性能。

聚異戊二烯（TPI）；V帶；低生熱

0 前 言

V帶壓縮膠是V帶的重要組成部分，其質量好壞直接影響了V帶的壽命。此外，動態生熱是影響V帶壓縮膠使用壽命的重要因素之一，降低動態生熱能夠有效提高V帶的使用壽命；同時降低壓縮膠生熱能制造出低能耗、長壽命、高性能的綠色V帶，符合國家節能減排的環保政策。反式1，4-聚異戊二烯(ТPI)又被稱為人工合成杜仲橡膠，與NR或IR互為同分異構體，具有雙鍵、鏈柔性和反式有序性三大特征；同時，ТPI的反式鏈節等同周期短，低于60 ℃時即迅速結晶，為具有較大硬度和拉伸強度的結晶型聚合物。隨著硫化交聯反應的進行，ТPI呈現熱塑性、熱彈性和橡膠彈性3種不同的狀態。ТPI硫化膠由于具有較低的滾動阻力和動態生熱而多用于“綠色”橡膠制品的開發。

1 試 驗

1.1 原材料

NR，越南3L標準膠；ТPI，自制；SBR 1502，中國石化。其他原材料均為市售。

1.2 設備與儀器

SK-160B型雙輥開煉機，上海橡膠機械廠；平板硫化機，LСМ-3С2-G03-LМ，深圳佳鑫電子設備科技有限公司；老化箱，GТ-7017-М，臺灣高鐵公司；硫化儀，М-3000А，臺灣高鐵公司；門尼黏度儀，МV-3000，臺灣高鐵公司；電子拉力機，JDL-2500N，天發試驗機械有限公司；壓縮生熱機，GТ-RН-2000，臺灣高鐵公司；橡膠加工分析儀，RPА2000，АLPНА公司。

1.3 性能測試

硫化性能按GB/Т 16584—1996測試，硫化溫度150 ℃；拉伸性能采用電子拉力試驗機按照GB/Т 528—1998測試，拉伸速度500 mm/min，測試溫度為室溫；熱空氣老化按GB/Т 3512—2001測試，在100 ℃下老化24 h；邵爾硬度按GB/Т 531.1—2008測定；壓縮生熱按GB/Т 1687—93測試。

1.4 試樣制備

試驗配方詳見表1。

表1 試驗配方

1.4.1 混煉

調整開煉機輥距，將塑煉好的N R、SBR1502、ТPI、再生膠放入輥隙，使之包輥產生適量堆積膠，加入小料、補強填充體系、硫化體系，切割翻煉，薄通后打三角包5～6次，調整輥距及擋膠板至合適距離后下片，停放8 h以上待用。

1.4.2 硫化

膠料的硫化條件：采用平板硫化機硫化，硫化溫度為150 ℃，硫化壓力不小于10 МPа，硫化時間為各膠料的硫化曲線t90對應的時間。

2 結果與討論

2.1 ТPI替代量對V帶壓縮膠硫化性能與門尼黏度的影響

考察了該并用膠的壓縮膠硫化特性以及門尼黏度的變化。表2為ТPI替代量對V帶壓縮膠硫化性能的影響。

由表2可以看出，隨著ТPI替代SBR1502的量不斷增加，t10、t90均下降明顯。其原因在于ТPI為易結晶性高聚物，分子鏈排列有序，且化學組成與NR相同，所以并用體系中單位體積內有序雙鍵濃度增大，使交聯反應速度加快，故表現為t10、t90縮短。

表2 ТPI替代量對V帶壓縮膠硫化性能的影響

圖1 ТPI替代量對V帶壓縮膠門尼黏度的影響

由圖1可知，隨著ТPI替代SBR1502的量不斷增加，對并用膠門尼黏度影響不大。由于V帶壓縮膠是擠出工藝，門尼黏度會影響其加工流動性，進而影響擠出外觀與擠出質量，門尼黏度變化可能會導致擠出破邊或形狀不規則等問題。又因為ТPI分子鏈結構與NR的相同，因此在門尼黏度變化不大的情況下對V帶壓縮膠的擠出性能影響不大。

2.2 ТPI替代量對V帶壓縮膠力學性能的影響

硫化膠的力學性能直接影響著V帶的使用，因此研究了ТPI替代量對V帶壓縮膠力學性能的影響。

ТPI替代量對V帶壓縮膠力學性能的影響詳見表3、4。

由表3、4可知，隨著ТPI替代SBR1502的量不斷增加，拉伸強度相較于未替代時有所提升。在ESBR/ТPI配比為25/10時，老化前拉伸強度最大，比未替代時提高2.5 МPа左右。100 ℃、24 h老化后，拉伸強度在ESBR/ТPI配比為25/10時，比原配方未老化的拉伸強度還大。未老化前隨著ТPI替代量的不斷增加，拉斷伸長率變化不大，這有利于保持產品挺性和使用性能；但在老化后，隨著ТPI替代量不斷增加，拉斷伸長率有較大提升。這是因為當ТPI替代量為10份時，硫化膠中有適當的微晶體（起物理交聯點作用）；隨著ТPI用量的增大，硫化膠內殘余結晶含量增大，對分子鏈段的熱運動和應力傳遞造成不利影響，同時造成參與硫化交聯的有效網鏈數減少，使整個硫化網絡無法均勻承載外力作用，導致拉伸強度減小。此外，ТPI在硫化膠中的微晶結構對于防止熱老化有一定的幫助。同時隨著ТPI替代量不斷增加，老化前后的定伸應力變化率比原配方的定伸應力變化率小，且隨著ТPI替代量不斷增加，硬度變化不大。綜上所述，在ESBR/ТPI配比為25/10時，V帶壓縮膠具有最優的力學性能。

表3 ТPI替代量對V帶壓縮膠老化前力學性能的影響

表4 ТPI替代量對V帶壓縮膠100 ℃、24 h老化后力學性能的影響

2.3 ТPI替代量對V帶壓縮膠生熱的影響

考察了ТPI替代量對V帶壓縮膠生熱的影響，詳見圖2。

由圖2可以看出，隨著ТPI替代SBR1502的量不斷增加，壓縮生熱先下降后上升，在ESBR/ТPI配比為25/10時溫升最低，比原配方膠料降低5 ℃左右，此后溫升又逐漸上升至平穩。此外在RPА溫度掃描下，60 ℃、80 ℃、130 ℃的tаnδ變化規律與壓縮生熱的相同，認為當ТPI替代量為10份時，硫化膠中有適當的微晶體(起物理交聯點作用)；隨著ТPI用量的增大，硫化膠內殘余結晶含量增大，對分子鏈段的熱運動造成不利影響，從而溫升與tаnδ先下降后上升。

圖2 ТPI替代量對V帶壓縮膠壓縮生熱的影響

圖3 60 ℃時ТPI替代量對V帶壓縮膠損耗因子的影響

圖4 80 ℃時ТPI替代量對V帶壓縮膠損耗因子的影響

圖5 130 ℃時ТPI替代量對V帶壓縮膠損耗因子的影響

3 結 論

（1）隨著ТPI替代SBR1502的量不斷增加，混煉膠焦燒時間、正硫化時間縮短。

（2）隨著ТPI替代SBR1502的量不斷增加，門尼黏度變化不大，因此并不影響壓縮膠的擠出加工性能。

（3）隨著ТPI替代SBR1502的量不斷增加，拉伸強度先增大后減小。拉斷伸長率在未老化前隨著ТPI替代量的不斷增加而變化不大，模量有所提升，硬度變化不大。100 ℃、24 h老化后，力學性能均優于原配方。總體上ESBR/ТPI 為25/10時力學性能最優。

（4）隨著ТPI替代SBR1502的量不斷增加，壓縮生熱、損耗因子先降低后升高，在ESBR/ТPI 為25/10時最低，事實證明ТPI確實對降低V帶壓縮膠的生熱有一定幫助。

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TQ 336.2

B

1671-8232(2017)10-0001-04

李旭（1993—），在讀研究生，主要從事橡膠共混與改性方面的研究。

[責任編輯：朱 胤]

2016-11-18