新型异戊橡胶用量对并用胶性能的影响

2016-10-22鞠龙生赵伟松天津七二九体育器材开发有限公司天津300384

橡塑资源利用 2016年4期

鞠龙生，赵伟松（天津七二九体育器材开发有限公司，天津 300384）

新型异戊橡胶用量对并用胶性能的影响

鞠龙生，赵伟松
（天津七二九体育器材开发有限公司，天津 300384）

新型异戊橡胶（TPIR）既保持了反式-1,4-聚异戊二烯（TPI）滚动阻力小、压缩生热低、耐疲劳性能优异的特点，又大大改善了它的耐屈挠龟裂产生性能和耐裂口增长性能，预计是发展高性能轮胎的理想胶料。本文初步研究了TPIR用量对TPIR/NR/BR并用胶在硫化特性、物理机械性能、动态性能、老化性能的影响，以及TPIR并用胶与TPI并用胶性能对比。

新型反式-1,4-聚异戊二烯橡胶；TPI；并用胶

1、前言

反式-1，4-聚异戊二烯（TPI）是一种动态生热低、滚动阻力小、耐磨性能及动态疲劳性能优良的新型合成材料；新型 TPI基异戊橡胶（TPIR）是一种硬度相对较低、交联密度高、耐屈挠疲劳性好的改进合成材料。本文初步研究了TPIR用量对TPIR/NR/BR并用胶在硫化特性、物理机械性能、动态性能、老化性能的影响，以及TPIR并用胶与TPI并用胶性能对比。

2、实验部分

2.1主要原材料

天然橡胶（NR），SVR 3L，越南产品；TPI，青岛科大方泰材料工程有限公司，反式-1，4-结构摩尔分数大于 98%，门尼粘度（ML，1+4，100℃）为80；TPIR，青岛科技大学实验室制备；炭黑N330，青岛德固萨化学有限公司产品；芳烃油，济南炼油厂产品，芳烃质量分数约为 0.67；其它原材料均为市售工业品。

2.2实验仪器与设备

SK-160B双辊筒开炼机，上海橡胶机械厂；MZ-4016B门尼粘度仪，江苏明珠试验机械有限公司；GT-M2000-A型无转子硫化仪，台湾高铁科技股份有限公司产品；HS-100T-FTMO-2RT硫化机，佳鑫电子设备科技（深圳）有限公司；LX-A橡胶硬度计，上海六中量仪厂；Zwick/Roell Z005电子拉力试验机，德国 Zwick/Roell集团；GT-RH-2000型压缩生热仪，台湾高铁科技股份有限公司；老化实验箱（401A），上海市实验一七四总厂。

2.3基本配方

合成胶 100，炭黑N330 50，氧化锌 5，硬脂酸 2.5，防老剂4010 2，防老剂4020 1，防老剂RD 1，芳烃油 7，促进剂CZ 0.9，防焦剂CTF 0.2，不溶性硫黄 2

2.4试样制备

TPIR塑炼：TPIR粉末在双辊筒开炼机（辊温120℃）上塑炼均匀，下片。

胶料混炼：胶料在开炼机上混炼，加料顺序：TPIR包辊→氧化锌→硬脂酸→防老剂→炭黑→芳烃油→促进剂、硫黄→下片。

试片硫化：150℃×（t90+5）min，12～15MPa。

2.5性能测试

所有测试均按照相应国家标准或橡胶行业标准执行。

3、结果与讨论

3.1硫化特性

表1、TPIR用量对TPIR/NR/BR门尼粘度及硫化特性的影响

从表1可以看到，随着TPIR用量增大，胶料的门尼粘度、扭矩值明显增大，说明加入TPIR后，胶料有更高的交联密度，原因是单位分子量有更多的双键；焦烧时间和正硫化时间呈减小趋势，说明对胶料的加工安全性影响较大。相同比例的TPIR并用胶与TPI并用胶相比，TPIR并用胶交联密度更高，加工安全性更好。

表2　不同TPIR用量对TPIR/NR/BR并用胶的物理机械性能影响

3.2物理机械性能

TPIR与NR、BR有良好的相容性，当TPIR取代一部分NR、BR与之并用时，能保持或提高胶料的力学性能。由表2可知，随TPIR用量的增加，硫化胶的拉伸强度、断裂伸长率、拉伸永久变形值均有所下降，这是由于TPIR交联达到一定程度才能由硬质材料变为软质材料，随着TPIR用量的增加，TPIR/NR/BR并用硫化胶的交联程度逐渐降低，相对较低交联程度硫化胶中的TPIR仍存在部分微晶，TPIR结晶特性造成交联网络局部应力集中，不利于链运动和应力传递，使得承担负荷的有效链太少，造成撕裂强度下降。而100%定伸应力、300%定伸应力呈上升趋势，这是由于在TPIR/NR/BR并用体系中，胶料硫化后，存在少量残余结晶，故胶料 100%、300%定伸应力增大，同时硬度也较不加TPIR的试样大，且随TPIR用量增加而增大。23℃、70℃回弹均变化不大。相同比例的TPIR并用胶与TPI并用胶物理机械性能相差不大。

表3　 TPIR用量对TPIR/NR/BR并用胶动态性能的影响

3.3动态性能

橡胶疲劳破坏过程由多次拉伸所施加的能量，初期消耗于微破坏的形成及其周边部位集中应力的松弛，经一定时间后，则消耗于以破坏中心为起点的微破坏的扩展，最后达到疲劳破坏。由表3可知，随着TPIR用量的增加，并用胶的压缩疲劳温升先上升后降低，压缩永久变形呈降低趋势。这可能是较低交联程度的TPIR/NR/BR并用胶中TPIR仍存在部分微晶，TPIR结晶点能阻碍微破坏的发展。相同比例的TPIR并用胶与TPI并用胶相比，TPIR并用胶的压缩温升和压缩永久变形均低于TPI并用胶，说明TPIR并用胶的生热性能好于TPI并用胶。

3.4老化性能

表4　不同TPIR用量对TPIR/NR/BR并用胶的老化性能对比

由表4可知，热空气老化48h后，随着TPIR用量的增加，TPIR/NR/BR并用胶的定伸应力逐渐增加。但由于过度交联后交联网络变形能力下降，扯断伸长率减小，交联网络的均匀承载应力能力下降，因而老化后拉伸强度降幅较大。随着TPIR用量增加，TPIR/NR/BR并用胶的拉伸强度降低，100%保持率增加，40份时100%保持率降低。TPIR并用胶的老化性能与TPI并用胶老化性能一样，TPIR份数增加老化性能变好，但是性能不如NR/BR并用胶。