氯化聚乙烯/丁腈橡胶汽车通气胶管胶料的配方设计

2015-07-28张瑞造陈金巧

橡胶科技 2015年8期

张瑞造，陈金巧

（天津昕中和胶业有限公司，天津 301721）

氯化聚乙烯（CPE）具有优异的耐热性能、阻燃性能、耐化学介质性能、耐老化性能及高填充性，加工性能好，能够满足多种设计要求，广泛应用于线缆、胶管和胶带等橡胶制品。CPE在汽车胶管中已用于进气胶管、制动胶管、空调胶管和动力转向胶管等，其应用范围还在不断扩大。

本项目开发的是韩国某品牌汽车用通气胶管，采用该汽车企业MS 263-76工程材料规范，要求主体材料使用CPE。该通气胶管为单层带加强筋的异型结构，采用注射硫化工艺生产。该通气胶管的安装位置和工作环境比较苛刻，因此MS 263-76对胶管提出了耐油性能要求。CPE耐ASTM 901#油和5W/40机油性能较好，但耐ASTM 903#油性能欠佳。本工作在设计汽车通气胶管胶料配方时着重考察了胶料的ASTM 903#油性能。

1 实验

1.1 主要原材料

CPE，牌号702P，美国杜邦公司产品；丁腈橡胶（NBR），牌号1052，南帝化学工业股份有限公司产品；炭黑N330和N774，天津卡博特炭黑有限公司产品；硅粉B66，安徽阜阳利普化工有限公司产品；硫化剂C-4N，黄岩东海化工有限公司产品；助交联剂TAIC-70，上海科昱化工原料有限公司产品；氧化镁，邢台市镁神化工有限公司产品；助交联剂HAV-2，华星（宿迁）化学有限公司产品；硬脂酸钡，天津市郎湖化工有限公司产品。

1.2 主要设备与仪器

塑炼机和KL-6型开炼机，佰弘机械有限公司产品；UM2050型门尼粘度计，台湾优肯科技股份有限公司产品；M-2000FA型硫化仪和AI-7000S型电子拉力试验机，高铁检测仪器有限公司产品；50 t平板硫化机，青岛君林机械有限公司产品；LX-A型橡胶硬度计，上海六菱仪器厂产品；H-RUL-45型热老化箱，昆山九丰精密机械有限公司产品。

1.3 试样制备

塑炼机辊温升至100 ℃，将辊距调至最小，加入CPE塑炼至无颗粒时即塑炼均匀。塑炼均匀的CPE在开炼机上包辊（辊温50 ℃），依次加入氧化镁、硬脂酸钡、炭黑、硅粉和增塑剂等，最后加入促进剂和硫化剂，混炼均匀，薄通，打三角包，下片。胶料停放24 h后再返炼、出片。

1.4 性能测试

胶料邵尔A型硬度按GB/T 531—2008测试，拉伸应力应变性能按GB/T 528—2009测试，耐液体性能按GB/T 1690—2010测试，耐热空气老化性能按GB/T 3512—2001测试，压缩永久变形按GB/T 7759—1996测试。

2 结果与讨论

2.1 原材料选择

2.1.1 硫化剂

CPE为饱和橡胶，用普通硫黄硫化体系不能有效硫化。CPE采用的硫化剂主要有硫脲类、过氧化物类、噻二唑类和三唑二巯基胺盐类等。硫脲类硫化剂在国外已淘汰，在国内用量也逐年下降。过氧化物类硫化剂成本低，硫化速度较快，比较适合在155～180 ℃下硫化，但过氧化物类硫化剂不适用于微波硫化等工艺，应用有局限性。噻二唑类与三唑二巯基胺盐类硫化剂硫化效果较好，但焦烧时间短，半成品贮存时间短。

近年推出的新型噻二唑衍生物硫化剂备受关注，其硫化效果好，但化学成分不明、价格高。国内开发的噻二唑衍生物类硫化剂C-4N硫化速度适中，能适应各种硫化工艺，硫化胶物理性能优良。

本配方硫化剂选用硫化剂C-4N。硫化剂C-4N用量对CPE胶料性能的影响见表1。从表1可以看出，当硫化剂C-4N用量为3份时，胶料的拉伸性能、耐老化性能和耐ASTM 903#油性能较好。

表1 硫化剂C-4N用量对CPE胶料性能的影响

2.1.2 氧化镁

氧化镁是CPE胶料的重要配合剂。在CPE胶料中，本身呈碱性的氧化镁可以用作吸酸剂，吸收胶料加工过程中产生的氯化氢。用量较大的氧化镁可促进CPE硫化，起硫化促进剂的作用；在制品长期使用过程中，氧化镁可阻止CPE降解老化，起热稳定剂的作用。氧化镁对CPE的硫化速度、交联密度及物理性能影响很大。一般情况下，在CPE中氧化镁用量较大。

氧化镁用量对CPE胶料性能的影响见表2。从表2可以看出，氧化镁用量为10份时，胶料的综合性能较好。

表2 氧化镁用量对CPE胶料性能的影响

2.1.3 助交联剂

单独使用硫化剂C-4N的胶料性能未达到预期效果，需要添加助交联剂进一步提高胶料的交联密度。CPE硫化的助交联剂主要有TAC，TAIC，HAV-2和TMPTMA等。

选用助交联剂HAV-2和TAIC-70进行对比试验，结果见表3。从表3可以看出，与加入2.5份助交联剂HAV-2的胶料相比，加入2.5份助交联剂TAIC-70的胶料浸泡ASTM 903#油后的体积变化率较小，耐ASTM 903#油性能明显提高。

表3 助交联剂品种对CPE胶料性能的影响

选择助交联剂TAIC-70进行变量试验，结果见表4。从表4可以看出，随着助交联剂TAIC-70用量增大，ASTM 903#油浸泡后胶料的硬度变化、拉伸强度变化率和体积变化率减小，胶料的耐油性能明显提高；助交联剂TAIC-70用量为6份时，胶料的综合性能较好。

2.1.4 CPE与NBR并用

众所周知，NBR的耐油性能极佳，为提高CPE胶料的耐油性能，用30份NBR等量替代CPE，并用胶性能见表5。对比表4和5可以看出：加入NBR后胶料性能变化较大，硬度明显降低，拉断伸长率增大，ASTM 903#油浸泡后体积变化率减小；硫化温度从170 ℃升高到180 ℃，胶料的耐ASTM 903#油性能提高。