不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠性能的影響

李旭，萬紀君，鄧濤

(青島科技大學高分子科學與工程學院，山東 青島 266042)

國外普通V帶壓縮膠大多為丁苯橡膠/天然橡膠主體并用部分氯丁橡膠。傳動帶是動態(tài)使用的橡膠制品，配方應考慮動態(tài)曲擾性能、生熱，包布膠還應考慮耐磨性，含膠率不應太低。高級傳動帶如窄V帶、農(nóng)機V帶、切邊V帶、多楔帶和同步帶氯丁橡膠應用廣泛。氯丁橡膠強度高、耐熱、耐老化、耐臭氧、耐磨，屈撓疲勞性好，與其他材料黏合好。適用溫度范圍一般為-30～100℃。 國外傳動帶大多使用低結(jié)晶性通用型氯丁橡膠。以下為本研究使用的兩種牌號的氯丁膠的性能指標，見表1、表2所示。

CR232：本品是以二硫化二異丙基黃原酸酯為調(diào)節(jié)劑的氯丁二烯聚合物。結(jié)晶速度中等，密度1.23，米黃色塊狀物，非污染型。具有較好的耐熱性和高溫穩(wěn)定性。可用于各類淺色橡膠制品如密封件、防塵罩、膠輥、襯里、膠管外層護套等橡膠雜件。本品類似于美國杜邦公司W(wǎng)型、日本電化公司M-40型氯丁橡膠。

表1 CR232氯丁膠性能指標

CR322：本品是以硫磺和二硫化二異丙基黃原酸酯為混合調(diào)節(jié)劑的氯丁二烯聚合物。結(jié)晶速度中等，密度1.23，米黃色或棕色塊狀物，非污染型。抗撕裂強度高，加工性能優(yōu)于硫磺調(diào)節(jié)型膠。可用于制造電纜護套、輸送帶及其他橡膠制品等。本品類似于美國杜邦公司GW型膠。

表2 CR322氯丁膠性能指標

1 實驗部分

1.1 原材料

NR，越南3L標準膠；BR9000，中國石化；CR3222、CR2322，重慶長壽化工；其他均為市售品。

1.2 設備與儀器

SK-160B型雙輥開煉機，上海橡膠機械廠；LCM-3C2-G03-LM平板硫化機；深圳佳鑫電子設備科技有限公司；GT-7017-M型老化箱，臺灣高鐵公司；M-3000A硫化儀，臺灣高鐵公司；JDL-2500N電子拉力機，天發(fā)試驗機械有限公司；RPA2000橡膠加工分析儀，ALPHA公司。

1.3 分析與測試

硫化性能：按GB/T 16584—1996測試，硫化溫度150℃。

力學性能：拉伸性能采用電子拉力試驗機按照GB/T 528—2008進行測試，拉伸速度為500 mm/min，測試溫度為室溫；壓縮Mullins效應采用電子拉力機壓縮模式，壓縮速度為50 mm/min，壓縮30%，待變形回位后反復3次；邵爾A硬度按GB/T531.1—2008測定。

熱空氣老化性能：按GB/T 3512—2001測試，在100℃下老化12、24、36、48 h。

動態(tài)力學性能：采用美國Alpha科技公司生產(chǎn)的RPA2000型橡膠加工分析儀，溫度掃描：頻率1 Hz，轉(zhuǎn)動角度0.5°，溫度范圍60～140℃。

1.4 試樣制備

按表3所示配方制備試樣。

表3 實驗配方

1.4.1 混煉

開煉機調(diào)整輥距，將塑煉好的NR、BR、CR、再生膠放入輥隙，使之包輥產(chǎn)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(diào)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 MPa，硫化時間為各膠料的硫化曲線tc90對應的時間。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能及門尼黏度的影響

由于硫化特性、門尼黏度是壓縮膠硫化、加工的重要保障，因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能及門尼黏度的影響。

表4為不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能的影響。

表4 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能的影響

由表4可看出，隨著CR2322用量增加，t10、t90先縮短后延長，這是由于CR2322為非硫調(diào)型，ZnO、MgO作為CR2322硫化劑用量固定，CR2322用量越多相當于每一份CR的相對硫化劑越少，因此CR2322用量越大t10、t90越長。且MH-ML變化不大。此外隨著CR3222用量增加，t10、t90縮短。這是由于CR3222為混合調(diào)節(jié)型，ZnO、MgO、S共同作為硫化劑，又因為CR本身比NR/BR焦燒時間短、速度快,因此隨著CR3222用量增加，硫化速度變快,且MH-ML逐漸增大。最后，在當前硫化體系下CR3222相比于CR2322焦燒時間更短、硫化速度更快且硫化程度更高。

圖1為不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠門尼黏度的影響。

圖1 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠門尼黏度的影響

由圖1可知，隨著CR用量增加門尼黏度均有明顯增大。隨著CR用量增加CR2322增大幅度要大于CR3222，但使用相同份數(shù)時數(shù)值上CR3222要更大。

2.2 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響

硫化膠的物理機械性能直接影響V帶的使用，因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響。

不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響見圖2、3。

圖2 CR2322用量對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

圖3 CR3222用量對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

由圖2可知，未老化時隨著CR2322用量增加，拉斷強度總體變化不大，扯斷伸長率有所減小，100%定伸應力、硬度有所增大。且在100℃環(huán)境下隨著老化時間延長，拉斷強度、扯斷伸長率下降且CR2322用量越多，拉伸強度、扯斷伸長率下降幅度越小；隨著老化時間延長100%定伸、硬度均增大，且不同用量CR2322的100%定伸、硬度增大幅度相差不大，但均小于不使用CR2322的配方。

由圖3可知，未老化時隨著CR3222用量增加，拉斷強度變化不大，扯斷伸長率有所減小，100%定伸應力先減小后增大，硬度變化不大。且在100℃環(huán)境下隨著老化時間延長，拉斷強度、扯斷伸長率下降且不同用量CR3222的拉斷強度、扯斷伸長率下降幅度相差不大，但均小于不使用CR3222的配方；隨著老化時間延長100%定伸、硬度均增大，且不同用量CR3222的100%定伸、硬度增大幅度相差不大。

不同牌號CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響見圖4。

圖4 不同牌號CR對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

由圖4可知，相同用量的CR在100℃不同老化時間下，隨著老化時間延長，CR3222的拉伸強度變化率要小于CR2322；CR3222與CR2322的扯斷伸長率變化率、100%定伸變化率、邵爾A硬度變化率相差不大。

由圖5可知，在當前硫化體系下，80℃環(huán)境下CR2322的耐屈撓性能要遠好于CR3222。且隨著CR2322用量增加，在CR2322用量為20份時耐屈撓性能最好；隨著CR3222用量增加，耐屈撓性能不斷變差。

2.3 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠Mullins效應的影響

由于壓縮膠在正常使用時受到往復的壓縮應力，而壓縮條件下的Mullins效應表征了硫化膠往復壓縮條件下的應力軟化，壓縮膠要求在周期性的壓縮應力下挺性好、應力軟化盡可能小，因此通過壓縮條件下的Mullins效應來表征壓縮膠的應力軟化狀態(tài)。且普通V帶的正常使用溫度約為80℃，因此為模擬壓縮膠正常使用狀態(tài)，因此測試了80℃時的Mullins效應以反映真實使用狀態(tài)。

CR2322用量對V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖 6～9。

圖5 不同牌號及用量CR對壓縮膠80℃下屈撓性能的影響

圖6 CR2322用量為0份時的Mullins效應

圖7 CR2322用量為10份時的Mullins效應

圖8 CR2322用量為20份時的Mullins效應

圖9 CR2322用量為30份時的Mullins效應

CR2322用量對100℃×24 h老化后V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖10～13。

圖10 CR2322用量為0份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖11 CR2322用量為10份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖12 CR2322用量為20份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖13 CR2322用量為30份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

為直觀的表現(xiàn)不同CR用量的Mullins效應的變化，故將數(shù)據(jù)中第一次壓縮力值數(shù)值與第三次壓縮力值數(shù)值差值作圖，以差值大小來反映Mullins效應的強弱狀況。CR2322用量對100℃×24 h老化前后V帶壓縮膠Mullins效應強弱的影響見圖14、15。

圖14 CR2322用量對100℃×24 h老化前壓縮膠Mullins效應程度的影響

圖15 CR2322用量對100℃×24 h老化后壓縮膠Mullins效應程度的影響

由圖6～15可知，隨著CR2322用量的增加，100℃×24 h老化前后，壓縮最大力值均增大。當CR2322使用份數(shù)相同時，100℃×24 h老化后，壓縮最大力值增大明顯。因為第一次壓縮與第三次壓縮力值差值越小說明Mullins效應越弱，因此隨著CR2322用量的增加Mullins效應明顯減弱，且100℃×24 h老化后CR2322用量的增加Mullins效應依舊減弱。但與未老化之前相比，100℃×24 h老化后Mullins效應程度加強，隨著CR2322用量的增加Mullins效應加大程度減弱。

CR3222用量對V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖 16～19。

圖16 CR3222用量為0份時的Mullins效應

圖17 CR3222用量為10份時的Mullins效應

圖18 CR3222用量為20份時的Mullins效應

圖19 CR3222用量為30份時的Mullins效應

圖20 CR3222用量為0份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖21 CR3222用量為10份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

CR3222用量對100℃×24 h老化后V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖20～23。

CR3222用量對100℃×24 h老化前后V帶壓縮膠Mullins效應強弱的影響見圖24、25。

圖22 CR3222用量為20份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖25 CR3222用量對100℃×24 h老化后壓縮膠Mullins效應程度的影響

由圖16～25可知 ，CR3222在Mullins效應方面與CR2322有相似的規(guī)律。

圖23 CR3222用量為30份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

縱向比較CR3222與CR2322可知：在最大力值方面，相同CR用量時，CR3222要明顯的大于CR2322，且100℃×24 h老化后亦然；在Mullins效應方面，100℃×24 h老化前，相同CR用量時，CR3222與CR2322的Mullins效應程度相差不大，但100℃×24 h老化后，相同CR用量時，CR3222比CR2322的Mullins效應程度要弱。

2.4 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠動態(tài)生熱的影響

損耗因子（tanδ）即黏彈性材料在交變力場作用下應變與應力周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲能模量之比，是衡量橡膠制品動態(tài)生熱的重要指標。因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠tanδ的影響。

由圖26、27可知，測試溫度越高硫化膠tanδ越小，且CR的使用均使的硫化膠tanδ增大，這與CR分子結(jié)構中帶有的Cl側(cè)基有關。隨著CR2322用量越大，硫化膠tanδ越小但小于100℃時區(qū)別不明顯。此外隨著CR3222用量越大，硫化膠tanδ在CR3222用量為20份時最小。且縱向比較來看，相同測試溫度相同CR用量下，CR3222的tanδ要低于CR2322，造成這樣的原因一方面可能是分子結(jié)構及所需硫化體系差異所造成的硫化膠tanδ差異，另一方面可能由于交聯(lián)密度差異導致的硫化膠tanδ差異。

3 結(jié)論

（1）隨著CR2322用量增加，t10、t90先縮短后延長，MH-ML變化不大。

圖26 不同CR2322用量對溫度與tanδ關系的影響

圖27 不同CR3222用量對溫度與tanδ關系的影響

隨著CR3222用量增加，t10、t90縮短，MH-ML逐漸增大。CR用量增加門尼黏度均有明顯增大，增大幅度方面CR2322要大于CR3222，但使用相同份數(shù)時數(shù)值上CR3222要更大。

（2）隨著CR2322用量增加，拉斷強度總體變化不大，扯斷伸長率有所減小，100%定伸應力、硬度有所增大。隨著CR3222用量增加，拉斷強度變化不大，扯斷伸長率有所減小，100%定伸應力先減小后增大，硬度變化不大。100℃×24 h老化后兩種CR均使的物理機械性能保持率提高。且在當前硫化體系下，80℃環(huán)境下CR2322的耐屈撓性能要遠好于CR3222。

（3）隨著CR用量增加，Mullins效應減弱，最大力值提高。且在最大力值方面，相同CR用量時，CR3222要明顯的大于CR2322，且100℃×24 h老化后亦然；在Mullins效應方面，100℃×24 h老化前，相同CR用量時，CR3222與CR2322的Mullins效應程度相差不大，但100℃×24 h老化后，相同CR用量時，CR3222比CR2322的Mullins效應程度要弱。

（4）隨著CR2322用量越大，硫化膠tanδ越小但小于100℃時區(qū)別不明顯。此外隨著CR3222用量越大，硫化膠tanδ在CR3222用量為20份時最小。且相同測試溫度相同CR用量下，CR3222的tanδ要低于CR2322。