|
|
|
|
|
|
|
  您现在的位置是:中国橡胶助剂网 >> 技术专栏 >> 技术文章

补强体系对天然橡胶硫化胶动态性能的影响


                       补强体系对天然橡胶硫化胶动态性能的影响
                                      朱闰平, 孙晓君, 程海涛
              (株洲时代新材料科技股份有限公司, 湖南 株洲 412007)
    摘要:研究了炭黑和经硅烷偶联剂改性的白炭黑补强NR 对硫化胶性能和产品动态性能的影响。结果表明,采用硅烷偶联剂改性的白炭黑补强天然橡胶具有较好的耐热氧老化性能,较小的损耗因子,较低的压缩疲劳生热和良好的耐热性能;用白炭黑补强的天然橡胶生产的履带板产品在动态性能试验中具有较小的损耗因子和较低的动态生热量。
    关键词:天然橡胶;炭黑;生热量;损耗因子
    中图分类号:TQ 330.38 文献标识码:B 文章编号:1671-8232(2013)08-0009-04
    0· 前 言
    炭黑和白炭黑是橡胶行业常用的补强填料,其对硫化橡胶取得理想的补强效果和力学性能十分重要。但是,采用单组分炭黑难以达到期望的多项性能,且数量较大时会导致混炼困难;用硅烷偶联剂改性的白炭黑部分或全部取代炭黑是改善混炼工艺和胶料性能的方法[1],尤其在轮胎制品领域得到广泛运用[2-4],但在其他领域尚未得到应用。本文通过对某履带板产品的胶料配方和产品进行对比试验,考察了白炭黑和炭黑对履带板动态性能的影响。
    1· 实 验
    1.1 原材料
    天然橡胶(以下简称NR)、DZ-13A炭黑、255#白炭黑、硅烷偶联剂Si-69以及其他橡胶配合剂,均为常用市售品。
    1.2 配方
    炭黑胶料配方:NR 100,ZnO 5,硬脂酸2,防老剂 6.0,DZ-13A炭黑 55,S 1.5,促进剂 2.5,其他 4。
    白炭黑胶料配方:NR 100,ZnO 5,硬脂酸 2,防老剂 6.0,255#白炭黑 50,硅烷偶联剂Si-69 5,HAF炭黑 5,S 1.5,促进剂 3,其他 4。
    1.3 试验仪器和设备
    X(S)K-160开放式炼胶机;50t平板硫化机 JYW-33CSS电子万能试验机;MH-74型阿克隆橡胶磨耗实验机,YS-25压缩屈挠实验机;Instron 8802弹性体动态性能试验机;
    DMTAⅣ 型动态热机械分析仪;401B空气热老化实验箱。
    1.4 胶料及试样制备
    炭黑混炼胶制备:将XK-160型开炼机辊距调至0.5~1 mm,启动开炼机,加入NR薄通10次后,适当放宽辊距,依次加完氧化锌、硬脂酸、防老剂等小料,再分次加入炭黑,最后加入硫化剂和促进剂,加料完成后,分别打三角包5次,调辊距至2.5 mm出片停放。
    白炭黑混炼胶的制备:将XK-160型开炼机辊距调至0.5~1 mm,启动开炼机,加入NR薄通10次后,适当放宽辊距,分次加入白炭黑和硅烷偶联剂预混料及炭黑,混合均匀后,再将混炼胶在150 ℃高温开炼机上热炼5 min,等胶料冷却后在常温开炼机上再依次加完氧化锌、硬脂酸、防老剂等小料,最后加入硫化剂和促进剂,加料完成后,分别打三角包5次,调辊距至2.5 mm出片停放。
    硫化胶试样制备:胶料停放12 h后返炼,分别打三角包3次,调辊距至2.5 mm出片。试片硫化条件为50 t平板硫化机,150 ℃×20 min×28 MPa。
    压缩屈挠试验试样的硫化条件为50 t平板硫化机,150 ℃×30 min×28 MPa。
    产品硫化条件为3 0 0 t 平板硫化机,150 ℃×70 min×21 MPa。
    1.5 性能测试
    (1) 动态力学性能(DMTA) 分析 按HB7655-1999 测定,测试条件:拉伸模式,温度扫描,温度范围-80~120 ℃,升温速率3 ℃ /min,频率10 Hz。
    (2)压缩屈挠试验 按GB/T1687-93 测定,试验条件:恒温55 ℃下预热时间30 min ;预应力1 MPa ;压缩频率30 Hz ;实验冲程4.45 mm ;实验时间25 min。
    (3)产品动态性能试验 在Instron 8802弹性体动态性能试验机上进行。
    (4)胶料的力学性能均按相应国家标准测定。
    2· 结果与分析
    2.1 物理性能
    经试验配方优选,分别用炭黑和白炭黑补强的某履带板产品硫化胶料的力学性能如表1所示。结果表明,用硅烷偶联剂改性的白炭黑补强NR硫化胶的综合力学性能和耐热氧老化性能明显优于炭黑补强的NR胶料。
    
    2.2 DTMA 分析
    橡胶复合材料在动态使用过程中的形变滞后于应力的变化,必然产生能量损耗。这一能量损耗是橡胶复合材料生热的主要组成部分。在橡胶复合材料的动态力学性能(DTMA)测试中,比较了不同橡胶复合材料的损耗因子随温度变化的温度谱图,可以据此研究如何降低橡胶的生热性能。80℃附近的损耗因子反映了生热的大小,80 ℃损耗因子越低,在动态使用过程中生热就越小[5]。通过比较图1两条DTMA曲线可知,在0~120℃温度范围内,经硅烷偶联剂改性的白炭黑补强NR硫化胶的损耗因子均低于炭黑补强的NR胶料,说明经硅烷偶联剂改性的白炭黑补强的NR具有较低的滞后损失和较小的动态生热性能。
    
    2.3 压缩屈挠性能
    在含有补强性填充剂的橡胶胶料中,填料是生热的主要原因之一。通过直接检测橡胶复合体系在一恒定交变应力作用下温度的升高情况和试样的变形情况,可以比较不同填料-橡胶复合材料的生热和耐热性能[5,6]。
    表2的压缩屈挠生热实验结果表明,经硅烷偶联剂改性的白炭黑NR胶料具有最低的压缩疲劳升温和最小的变形,且试验后试样外观良好,未出现炭黑胶料的橡胶内部烧空现象,这说明白炭黑胶料具有最低的动态生热性能和良好的耐热性能,其主要原因是偶联剂改性白炭黑补强橡胶改善了白炭黑的分散性,加强了白炭黑和橡胶之间的化学反应,提高了胶料的有效交联密度和耐热性;而炭黑补强橡胶时炭黑聚集体间键的断裂、重新形成以及炭黑粒子间的摩擦、滑移导致了橡胶-炭黑复合材料较高的生热和变形,同时生热使橡胶内部急剧升温发生热降解。
    
    表2的压缩屈挠生热实验结果也验证了表1的胶料热氧老化性能测试结果和图1的DTMA测试结果。
    2.4 产品损耗因子和动态疲劳生热
    分别用炭黑和白炭黑胶料制作某一型号的橡胶履带板产品,进一步比较了产品的动态性能。该履带板产品结构如图2所示,产品动态疲劳试验装置如图3所示。产品动态试验工况下测得的损耗因子见表3,产品动态试验工况下测得的疲劳试验结果见表4。
    
    
    
    表3结果表明,在相同的振幅条件下,用白炭黑胶料制作的履带板产品在动态疲劳实验中表现出较小的损耗因子;在所有振幅条件下白炭黑产品的损耗因子均低于炭黑胶履带板产品的损耗因子。即用白炭黑胶料制作的履带板产品在动态疲劳实验中损耗因子最小,滞后损失最低。
    表4结果表明,经相同疲劳试验次数后,白炭黑胶产品的升温较低,经15万次动态疲劳实验后白炭黑胶料的产品温升最低。这一点也相互验证了胶料固有的低生热性和产品固有的低损耗因子的结论。
    
    3 ·结 论
    (1)经硅烷偶联剂改性的白炭黑填充NR胶料相比炭黑胶料,有较高的综合力学性能和耐热氧老化性能; 
    (2)经硅烷偶联剂改性的白炭黑填充NR胶料相比炭黑胶料,有较低的损耗因子、较低的压缩疲劳生热和较好的耐热性能;   
    (3)经硅烷偶联剂改性的白炭黑填充NR胶料制作的履带板产品相比炭黑胶料产品,在动态实验条件下有较小的损耗因子和较低的疲劳升温。
参考文献:
[1] 王作龄编译. 白炭黑和炭黑及其与橡胶的配合[J].世界橡胶工业, 2001, 28(5):46-53.
[2] 宁凯军, 王小萍, 贾德民. 白炭黑的特性及其在胎面胶中的应用[J]. 合成橡胶工业, 2001, 24(3):182-184.
[3] 邓海燕. 高分散性白炭黑应用于载重轮胎胎面[J].轮胎研究与开发, 1999, (2):18-25.
[4] Metzeler. B1ue Tire[P]. Germany: DBP 335726, 1973-05-10.
[5] 柴红蓉译. 胶料生热的原因及其影响[J]. 橡胶译丛, 1992, 3:1-9.
[6] 谢富霞, 李拥军, 李吉宏. 用压缩疲劳实验来评估硫化胶的动态性能与耐热性能[J]. 弹性体, 1998, 8(2):25-27.[责任编辑:朱 胤]


关闭窗口
网站建设 | 广告刊登 | 汇款说明 E-mail: fsp214@126.com  技术支持:化工联盟
电话:0371-63920667 传真:0371-63696116 QQ群: 13040797
版权说明:本站部分文章来自互联网,如有侵权,请与信息处联系
  豫ICP备05007369号