間-甲-白-鈷粘合體系對天然橡膠/氯丁橡膠并用膠與鍍銅鋼絲粘合性能的影響

李 利，田 倩，宋 偉

（青島科技大學 機電工程學院，山東 青島 266061）

隨著社會的不斷發展以及工業現代化水平的不斷提高，橡膠制品需求量呈現逐年增大趨勢。橡膠材料具有較好的彈性和緩沖能力，在減震領域應用廣泛。橡膠與金屬粘合可以將橡膠的高彈性與金屬的高強度結合起來，從而獲得具有高強度和減震功能的產品[1-5]。橡膠與金屬的粘合廣泛地應用在輪胎的簾布層中，制備具有耐疲勞、耐熱和耐老化等性能的簾布部件[6-8]，以提高輪胎的抗撕裂性能。國內外研究者對橡膠與金屬之間的粘合問題進行了大量研究[9-15]。膠料中加入的粘合劑品種和用量是影響橡膠與金屬粘合的重要因素[16]。

本工作選擇天然橡膠（NR）與氯丁橡膠（CR）并用，探討在相同硫化體系下NR與CR的最佳并用比，并研究在此并用比下間-甲-白-鈷粘合體系對NR/CR并用膠物理性能和粘合性能的影響，以期找到NR/CR并用膠的最佳粘合體系。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，標準膠，上海泰膠國際貿易有限公司提供；CR，牌號232，重慶長壽捷圓化工有限公司產品；白炭黑，德國德固賽公司產品；炭黑N330，百利聯顏料制品有限公司產品；間苯二酚給予體，SL-3020，華奇（中國）化工有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

BL-6157型兩輥開煉機，東莞市寶輪精密檢測儀器有限公司產品；QLB-400×400×2型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠有限公司產品；M2000-AN型無轉子硫化儀和GT-7017-N（M/L）型老化箱，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；TS2005b型拉力試驗機和UM-2050型門尼粘度計，中國臺灣優肯科技股份有限公司產品；XSM-500型橡塑試驗密煉機，上海科創橡塑機械設備有限公司產品。

1.3 試樣制備

先對NR/CR并用膠進行塑煉，然后進行膠料混煉。塑煉工藝為：將NR和CR同時添加到密煉機中，塑煉1 min，排膠、剪片待用。混煉工藝為：密煉室初始溫度為70 ℃，轉子轉速為60 r·min-1，將冷卻后的并用膠添加到密煉機中，混煉1 min；添加小料，混煉1 min；添加炭黑N330，混煉1 min；同時添加芳烴油和白炭黑，混煉1 min；待混煉膠溫度達到110 ℃后30～45 s進行排膠；混煉膠在開煉機上過輥2～3次進行冷卻，依次加入粘合劑RA-65、促進劑DM、氧化鋅和硫黃，左右割刀5次，打三角包和圓包若干次，待混合均勻后薄通6～8次，下片，冷卻待用。

混煉膠在平板硫化機上硫化，硫化條件為150℃×1.3t90。

1.4 性能測試

各項性能均按相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 NR/CR并用比對膠料性能的影響

NR/CR并用比對膠料性能的影響見表1。

表1 NR/CR并用比對膠料性能的影響

從表1可以看出：隨著CR用量的增大，膠料的門尼粘度逐漸增大，這是因為NR是非極性橡膠，而CR是極性橡膠，兩種不同極性的橡膠共混效果較差，因此門尼粘度呈增大趨勢；硫化膠的硬度和拉伸強度先增大后減小，當NR/CR并用比為80/20時，硬度和拉伸強度最大，此并用比的膠料可以應用在緩沖、拉伸強度要求較高的場合，例如高層樓房的底部緩沖層。一般來說，定伸應力越大，硫化膠的交聯密度越大，當NR/CR并用比為80/20時，硫化膠的100%和300%定伸應力均相對較大，因此交聯密度也相對較大。

從表1還可以看出，隨著CR用量的增大，硫化膠的體積電阻率先增大后減小，當NR/CR并用比為80/20時，體積電阻率最大，這是因為在特定硫化體系下，硫化膠生成的交聯網絡較多，能夠在很大程度上阻止炭黑N330在硫化膠中的運動，從而使硫化膠的體積電阻率增大。

綜上所述，在特定硫化體系下，當NR/CR并用比為80/20時，硫化膠的硬度、定伸應力、拉伸強度和體積電阻率均相對較大，當CR用量超過20份時，膠料的門尼粘度增大。因此，后續試驗中NR/CR并用膠的并用比選擇80/20。

2.2 間-甲-白-鈷粘合體系對NR/CR并用膠性能的影響

間-甲-白-鈷粘合體系配方見表2。

表2 間-甲-白-鈷粘合體系配方 份

2.2.1 門尼粘度和物理性能

間-甲-白-鈷粘合體系對NR/CR并用膠門尼粘度和物理性能的影響見表3。

表3 間-甲-白-鈷粘合體系對NR/CR膠料性能的影響

從表3可以看出：隨著SL-3020和RA-65用量的增大，膠料的門尼粘度呈增大趨勢，這主要是因為SL-3020和RA-65生成具有粘合作用的樹脂，在一定程度上影響了膠料的流動性，從而導致膠料的門尼粘度增大；隨著粘合體系用量的增大，硫化膠的拉伸強度呈減小趨勢，這主要是由于粘合體系本身不具有補強作用，當其用量增大時，在一定程度上導致補強體系和硫化體系所占比例減小，使硫化膠的拉伸強度減小；SL-3020和硼酰化鈷的用量對硫化膠的邵爾A型硬度影響不大；隨著RA-65用量的增大，硫化膠的硬度逐漸增大。

2.2.2 粘合性能

膠料的硫化和粘合是同時發生的，硫化和粘合過程中會發生以下化學反應。

硫化反應：

粘合反應：

當催化劑硼酰化鈷的用量過大時，容易導致硫化亞銅轉變成硫化銅，硫化銅不具有粘合作用，不利于粘合。

間-甲-白-鈷粘合體系對鍍銅鋼絲抽出力的影響見表4。

表4 間-甲-白-鈷粘合體系對鍍銅鋼絲抽出力的影響 N

從表4可以看出，當SL-3020/RA-65/白炭黑/硼酰化鈷用量比為1/3/15/2時，鍍銅鋼絲的抽出力在老化前為488 N，老化后達到506 N，水浸泡后達到464 N，在所有配方膠料中均為最大值。這主要是因為：（1）SL-3020和RA-65的用量過小時，膠料生成的粘合樹脂濃度較低，無法使鍍銅鋼絲完全粘合；（2）硼酰化鈷用量過小時，粘合反應速率低，起不到良好的催化作用，當其用量超過2份時，粘合反應速率過大，在同一硫化時間下，過快的反應會導致真正具有粘合作用的Cu2S轉變成脆性的CuS，進而造成粘合力降低。

綜上所述，膠料最優配方為：NR/CR 80/20，炭黑N330 30，白炭黑 15，氧化鋅 6，氧化鎂3，芳烴油 10，硬脂酸 0.5，防老劑RD 1，防老劑4020 3，SL-3020 1，RA-65 3，硼酰化鈷2，硫黃 4，促進劑DM 0.3。

3 結論

（1）當NR/CR并用比為80/20時，硫化膠的硬度、拉伸強度和體積電阻率最大，綜合性能較好。

（2）在間-甲-白-鈷粘合體系中，SL-3020和硼酰化鈷的用量對硫化膠硬度的影響不大，而隨著RA-65用量的增大，硫化膠的硬度逐漸增大。

（3）在間-甲-白-鈷粘合體系中，當SL-3020/RA-65/白炭黑/硼酰化鈷用量比為1/3/15/2時，NR/CR并用膠與鍍銅鋼絲的粘合性能較好。

（4）間-甲-白-鈷粘合體系用量會影響NR/CR并用膠的物理性能，在保證粘合力的基礎上應盡量減小粘合體系用量。