不同DDA防老体系对V带压缩胶性能的影响

2018-04-03李旭林尧邓涛

橡塑技术与装备 2018年7期

李旭，林尧，邓涛

(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛 266042)

表1 莱茵发DDA-70产品说明

随着V带行业不断发展，国家对V带的使用要求越来越高，降低压缩胶的动态生热以及提高压缩胶的

橡胶制品在加工、贮存以及使用过程中，受外部环境的影响和作用，会出现老化现象，使其性能逐渐变坏，甚至丧失使用价值以及对生命财产造成重大危害。为了改善橡胶制品的抗老化性能，延长其使用寿命，在其配方中添加适量的防老剂可起到有效的防护作用，并延缓老化、延长贮存期限和使用寿命。防老剂RD(2，2，4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体)属于喹啉类防老剂，能防护条件苛刻的热氧老化，对金属离子有较强的钝化作用，防屈挠龟裂效果较差，不喷霜。防老剂4020（N-(1，3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺）属于对苯二胺类防老剂，防护效果与功能介于防老剂4010与4010NA之间。同时RD与4020并用在抗热氧、抗疲劳老化方面具有一定的协同作用。DDA-70介绍如表1。耐老化性能，能够有效提高V带使用寿命，符合国家“绿色”发展路线实现普通V带向“绿色”V带发展。[1～8]

1 实验部分

1.1 原材料

NR，越南3 L标准胶；BR9000，中国石化；莱茵发DDA-70，莱茵化学（青岛）有限公司；其他均为市售品。

1.2 设备与仪器

SK-160B型双辊开炼机，上海橡胶机械厂；LCM-3C2-G03-LM平板硫化机，深圳佳鑫电子设备科技有限公司；GT-7017-M型老化箱，台湾高铁公司；M-3000A硫化仪，台湾高铁公司；JDL-2500N电子拉力机，天发试验机械有限公司；RPA2000橡胶加工分析仪，ALPHA公司；GT-7011-DLH德墨西亚疲劳试验机，台湾高铁公司。

1.3 分析与测试

硫化性能：按GB/T 16584—1996测试，硫化温度 150℃。

力学性能：拉伸性能采用电子拉力试验机按照GB/T 528—2008进行测试，拉伸速度为500 mm/min，测试温度为室温，邵尔A硬度按GB/T531.1—2008测定。

热空气老化性能：按GB/T3512—2001测试，在100℃下老化24、48、72、96 h。

动态力学性能：采用美国Alpha科技公司生产的RPA2000型橡胶加工分析仪，温度扫描：频率1 Hz，转动角度0.5°，温度范围60～140℃。

表观交联密度测试：使用电子天平（精确度0.001 g）精确称取0.5 g左右的硫化胶试样（M1），每种配方硫化胶取3个试样，并测试初始密度ρr，将所有试样用细铁丝串联置于所选溶剂二甲苯中，试样要求全部浸于溶剂中，试剂瓶密封以免溶剂挥发，在常温条件下溶胀2天，溶胀平衡后取出立即称重（M2）。

采用凝胶中橡胶体积分数（Vr）表征硫化胶的表观交联密度，按如下公式进行计算：

式中：ρr为溶胀前的橡胶密度；ρs为溶剂密度；δ为配方中生胶的质量分数；M2为溶试样胀后的质量；M1为试样溶胀前的质量。

1.4 试样制备

表2为实验所用的样品配方。

35℃-40℃的温水，是胃肠道感觉最舒服的温度。晨起喝杯温开水，能帮助缓解便秘，降低脑血栓、心肌梗死的发病率，还能帮助吸收早餐中的营养。

表2 实验配方

配方中其他成分：NR 65；BR 35；再生胶 87；小料 21；补强填充体系 123.8；S 3.5。

1.4.1 混炼

开炼机调整辊距，将塑炼好的NR、BR、再生胶放入辊隙，使之包辊产生适量堆积胶，加入小料、补强填充体系、硫化体系，切割翻炼，薄通后打三角包5～6次，调整辊距及挡胶板至合适距离后下片，停放8 h以上待用。

1.4.2 硫化

胶料的硫化条件：采用平板硫化机硫化，硫化温度为150℃，硫化压力不小于10 MPa，硫化时间为各胶料的硫化曲线t90对应的时间。

2 结果与讨论

2.1 不同DDA防老体系对V带压缩胶硫化性能及表观交联密度的影响

由于硫化特性是压缩胶硫化、加工的重要保障，因此研究了不同防老体系对V带压缩胶硫化性能的影响。

表3为不同DDA防老体系对V带压缩胶硫化性能的影响。

表3 不同DDA防老体系对V带压缩胶硫化性能的影响

由表3可以看出，单用DDA的防老体系相对于RD/4020防老体系，压缩胶的t10、t90相差不大；DDA与其他防老剂复配时相对于RD/4020防老体系，t10、t90略有增大，但总体上DDA对V带压缩胶硫化特性影响不大。

图1 不同DDA防老体系随老化时间变化的表观交联密度

由图1可知，随着老化时间延长，硫化胶的表观交联密度不断增大，但在100℃老化24 h之后表观交联密度增大速度放缓。且DDA的使用会增大硫化胶的表观交联密度，且使用DDA的防老体系的表观交联密度增大速度要大于RD/4020防老体系。随着100℃老化时间延长，表观交联密度：RD/4020防老体系＜DDA防老体系＜RD/4020/DDA防老体系＜RD/DDA防老体系、4020/DDA防老体系，这表明在此方面RD/4020的协同效应要优于DDA与其他防老剂复配时的协同效应。

2.2 不同DDA防老体系对V带压缩胶物理机械性能的影响

硫化胶的物理机械性能直接影响V带的使用，因此研究了不同防老体系对V带压缩胶物理机械性能的影响。

不同DDA防老体系对V带压缩胶物理机械性能的影响见图2。

图2 不同DDA防老体系对V带压缩胶物理性能的影响

由图2可知，使用DDA的防老体系硫化胶，拉伸强度相较于使用RD/4020防老体系的硫化胶有所提升，防老体系为4020/DDA时拉伸强度最高；当单独使用DDA防老体系时扯断伸长率最大，但总体上DDA对硫化胶扯断伸长率的影响不大；100%定伸应力、200%定伸应力、300%定伸应力图线相差不大，均是RD/DDA防老体系与4020/DDA防老体系的定伸最大；DDA的使用对邵尔A硬度的影响不大。

由表4可知，使用DDA防老体系后，拉伸强度变化率有不同程度的减小，其中DDA/4020防老体系拉伸强度变化率最小；扯断伸长率变化率、邵尔A硬度变化值也是DDA/4020防老体系最小，不同防老体系对100%定伸变化率影响不大。因此，DDA与4020并用抗热氧老化协同效应最强，DDA/RD防老体系、DDA/RD/4020防老体系的协同效应相近且略强于RD/4020防老体系。

表4 不同DDA防老体系对V带压缩胶100℃×24 h老化后物理机械性能的影响

由图3可知使用DDA的防老体系在高温屈挠环境下产生6级裂口的次数相差不大，且均低于RD/4020防老体系，说明使用的DDA防老体系在高温动态疲劳条件下的协同效应要逊色于RD/4020防老体系。

图3 100℃下硫化胶出现6级裂口时的屈挠次数

2.3 不同DDA防老体系对V带压缩胶动态生热的影响

损耗因子（tanδ）即黏弹性材料在交变力场作用下应变与应力周期相位差角的正切，也等于该材料的损耗模量与储能模量之比，是衡量橡胶制品动态生热的重要指标。因此研究了不同DDA防老体系对V带压缩胶tanδ的影响。

由图4可知，不同防老体系配方随着100℃老化时间增加，它们的tanδ变化呈现不同规律。RD/4020防老体系，tanδ变化曲线呈现正弦函数变化，在36、84 h左右tanδ出现最低值、最高值。单用DDA防老体系，在老化72 h之前tanδ缓慢下降，在72 h时达到最低值，此后tanδ迅速增大。DDA/4020防老体系，随着老化时间延长tanδ变化较小，在24、96 h左右出现最小值与最大值。RD/DDA防老体系，随着老化时间延长tanδ先减小后增大，在48 h左右出现最小值。RD/4020/DDA防老体系，随着老化时间延长tanδ略有降低后呈直线上升趋势。总体来看，RD/4020防老体系与RD/DDA防老体系曲线近似，RD/4020防老体系的tanδ相比其他防老体系更低，因此在动态生热方面，RD/4020的协同效应略优于RD/DDA，优于DDA/4020与RD/4020/DDA。

3 结论

（1）单用DDA的防老体系相对于RD/4020防老体系，压缩胶的t10、t90相差不大；DDA与其他防老剂复配时相对于RD/4020防老体系，t10、t90略有增大，但总体上DDA对V带压缩胶硫化特性影响不大。DDA的使用会增大硫化胶的表观交联密度，且使用DDA的防老体系的表观交联密度增大速度要大于RD/4020防老体系。在此方面RD/4020的协同效应要优于DDA与其他防老剂复配时的协同效应。

（2）老化前，拉伸强度相较于使用RD/4020防老体系的硫化胶有所提升，防老体系为4020/DDA时拉伸强度最高总体上DDA对硫化胶扯断伸长率的影响不大；100%定伸应力、200%定伸应力、300%定伸应力图线相差不大，均是RD/DDA防老体系与4020/DDA防老体系的定伸最大；DDA的使用对邵尔A硬度的影响不大。100℃×24 h老化后，DDA与4020并用抗热氧老化协同效应最强，DDA/RD防老体系、DDA/RD/4020防老体系的协同效应相近且略强于RD/4020防老体系。DDA防老体系在高温动态疲劳条件下的协同效应要逊色与RD/4020防老体系。

（3）相同防老体系配方随着100℃老化时间增加，它们的tanδ变化呈现不同规律。在动态生热方面，RD/4020的协同效应略优于RD/DDA，优于DDA/4020与 RD/4020/DDA。