不同配比RD/4020防老体系对V带压缩胶性能的影响

李旭,邓涛

(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)

不同配比RD/4020防老体系对V带压缩胶性能的影响

李旭,邓涛

(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)

研究了不同用量的RD、4020防老体系对V带压缩胶的老化前后物理机械性能、表观交联密度及动态生热性能的影响。结果表明，随着4020、RD的使用量增加t10、t90、MH-ML、表观交联密度变化不大。4020、RD的用量对物理机械性能的影响不大，当固定RD用量改变4020用量时，4020/RD为2/1.5时硫化胶的性能保持率最高，当固定4020用量改变RD用量时，RD用量对硫化胶性能保持率影响不大。在100℃老化不同时间，当固定RD用量改变4020用量时，4020/RD为1.2/1.5时tanδ最低，4020/RD为2/1.5时tanδ变化率最低；当固定4020用量改变RD用量时，RD用量越多tanδ变化率越小。

RD；4020；tanδ；V带；老化

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[1～8]。

1 实验部分

1.1 原材料

NR：越南3L标准胶；BR9000：中国石化；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；平板硫化机：LCM-3C2-G03-LM，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；硫化仪：M-3000A，台湾高铁公司；电子拉力机：JDL-2500N，天发试验机械有限公司；橡胶加工分析仪，RPA2000，ALPHA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/T 3512—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RPA 2000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1、表2为防老剂RD和4020不同用量配比的实验胶料配方。

表1 实验配方1

表2 实验配方2

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 固定RD用量改变4020用量时对V带压缩胶性能的影响

2.1.1 固定RD用量改变4020用量时对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，因此研究了不同硫化体系对V带压缩胶硫化性能的影响。

表3为固定RD用量改变4020用量时对V带压缩胶硫化性能的影响。

表3 4020用量对V带压缩胶硫化性能的影响

由表3可以看出，4020的使用量对t10、t90、MH-ML影响均不大，表明4020的使用量并不影响硫化胶的焦烧安全性、硫化速度和硫化程度。

由图1可以看出，随着老化时间增加，表观交联密度不断增大。但在100℃老化72 h之前，不同4020用量的配方表观交联密度相差不大，在100℃老化72 h之后，随着4020用量的增加表观交联密度有所减小，说明4020用量增加与RD的协同作用增强，抗热氧老化性能有所提升。

图1 不同4020用量随老化时间变化的表观交联密度

2.1.2 固定RD用量改变4020用量时对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，因此研究了不同硫化体系对V带压缩胶物理机械性能的影响。

4020用量对V带压缩胶物理机械性能的影响见图2（注：RD用量均为1.5份）。

由图2可知，随着4020用量的增加，拉伸强度、扯断伸长率先略有增大然后减小，4020使用量为1.4份时拉伸强度达到峰值，4020使用量为1.6份时扯断伸长率达到峰值；100%定伸变化不大，200%定伸有所下降，300%定伸在4020使用量为1.4份时有最高值点；邵尔A硬度变化不大。

由表4可知，随着4020用量增加，拉伸强度变化率有所减小，扯断伸长率、100%定伸应力变化率、邵尔A硬度变化不大，综合来看当4020/RD为2/1.5时硫化胶的性能保持率最高。

2.1.3 固定RD用量改变4020用量时对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4020用量对V带压缩胶tanδ的影响。

图2 4020用量对V带压缩胶物理性能的影响

表4 4020用量对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，随着100℃老化时间延长，tanδ呈现波动的正弦函数曲线，在老化24、72 h附近出现最小值和最大值点。且随着4020用量的增加，曲线斜率有所变化，总体上4020用量越多斜率越小，tanδ变化率越小。在100℃老化72 h之前，随着4020用量增加tanδ先增大后减小，tanδ在4020用量为1.2份时最低1.6份时最高，且随着老化时间延长最大值与最小值之差逐渐增大。100℃老化72 h时随着4020用量的增加曲线交于一点，各配方间tanδ相差不大，老化96 h时随着4020用量的增加tanδ逐渐增大，tanδ保持率提高。因此当4020/RD为1.2/1.5时tanδ最低，当4020/RD为2/1.5时tanδ变化率最低。

图3 100℃老化不同时间下不同4020用量的tanδ

2.2 固定4020用量改变RD用量时对V带压缩胶性能的影响

2.2.1 固定4020用量改变RD用量时对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，因此研究了不同硫化体系对V带压缩胶硫化性能的影响。

表5为RD用量对V带压缩胶硫化性能的影响。

表5 RD用量对V带压缩胶硫化性能的影响

由表5可以看出，RD的使用量对t10、t90、MH-ML影响均不大，表明RD的使用量并不影响硫化胶的焦烧安全性、硫化速度和硫化程度。

由图4可以看出，随着老化时间增加，表观交联密度不断增大。在100℃老化48 h之前，不同RD用量的配方表观交联密度相差不大，但在100℃老化48 h之后，随着RD用量的增加表观交联密度先增大后减小，说明RD/4020为1.2/2份时，硫化胶抗热氧老化性能最优。

2.2.2 固定4020用量改变RD用量时对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，因此研究了不同硫化体系对V带压缩胶物理机械性能的影响。

RD用量对V带压缩胶物理机械性能的影响见图5（注4020用量均为 2份 )。

由图5可知，随着RD用量的增加，拉伸强度变化不大；扯断伸长率先增大然后减小，RD用量在1.6份左右时达到最大；100%定伸、200%定伸略有减小，300%定伸先下降后升高；邵尔A硬度变化不大。

图4 不同RD用量随老化时间变化的表观交联密度

由表6可知，随着RD用量增加，拉伸强度变化率、扯断伸长率、100%定伸应力变化率、邵尔A硬度变化均不大，因此RD的用量对硫化胶抗热氧老化性能影响不大。

表6 RD用量对V带压缩胶100℃×24 h老化后物理机械性能的影响

2.2.3 固定4020用量改变RD用量时对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RD用量对V带压缩胶tanδ的影响。

由图6可知，随着100℃老化时间延长，tanδ呈现波动的正弦函数曲线，RD用量越大，极值点的出现越偏右，且曲线斜率有所变化，总体上RD用量越多斜率越小，tanδ变化率越小。在100℃老化24 h到72 h之间，随着RD用量增加，tanδ逐渐增大且各配方间tanδ差值较大。在其余的老化时间点时，随着RD用量增加tanδ相差不大。

3 结论

（1）当固定RD用量改变4020用量时，随着4020的使用量增加t10、t90、MH-ML变化不大。在100℃老化72 h之前，不同4020用量的配方表观交联密度相差不大，在100℃老化72 h之后， 4020用量越多表观交联密度有所减小，4020/RD为2/1.5时硫化胶抗热氧老化性能最优。

当固定4020用量改变RD用量时,随着RD的使用量增加t10、t90、MH-ML变化不大，不同RD用量的配方表观交联密度相差不大，RD/4020为1.2/2时，硫化胶抗热氧老化性能最优。

图5 RD用量对V带压缩胶物理性能的影响

（2）当固定RD用量改变4020用量时,随着4020用量的增加，拉伸强度、扯断伸长率先略有增大然后减小，100%定伸应力、200%定伸应力、300%定伸应力、邵尔A硬度变化不大。在100℃×24 h老化条件下，4020/RD为2/1.5时硫化胶的性能保持率最高。

当固定4020用量改变RD用量时,随着RD用量的增加，扯断伸长率先增大然后减小，拉伸强度、100%定伸应力、200%定伸应力、300%定伸应力、邵尔A硬度变化不大。在100℃×24 h老化条件下，RD用量对硫化胶性能保持率影响不大。

（3）当固定RD用量改变4020用量时,随着100℃老化时间延长，tanδ呈现波动的正弦函数曲线，随着4020用量的增加，总体上4020用量越多斜率越小，tanδ变化率越小。当4020/RD为1.2/1.5时tanδ最低，当4020/RD为2/1.5时tanδ变化率最低。

图6 100℃老化不同时间下不同RD用量的tanδ

当固定4020用量改变RD用量时,随着100℃老化时间延长，tanδ呈现波动的正弦函数曲线，RD用量越多斜率越小，tanδ变化率越小。

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Effect of different ratio RD/4020 anti-aging system on the properties of V belt compression rubber

Li Xu, Deng Tao
(Qingdao University of Science & Technology, Qingdao 266042, Shandong, China)

The effects of different dosages of RD and 4020 anti-aging system on the physical and mechanical properties, apparent crosslinking density and dynamic heat-generating properties of V-belt compression rubber before and after aging were studied. The results showed that, t10, t90, MH-MLand apparent crosslink density changed little with the increase of 4020 and RD. The amount of 4020 and RD has little effect on the physical and mechanical properties. When the dosage of RD is fi xed and 4020/RD is 2/1.5,the performance retention rate is the highest; When the dosage of 4020 is fi xed, and the amount of RD is changed, the amount of RD has little effect on the performance retention rate. When the dosage of 4020 is fi xed, the tanδ is the lowest when the 4020/RD is 1.2/1.5, and when the 4020/RD is 2/1.5, the change rate of tanδ is the lowest. When fi xed the dosage of 4020 and increasing RD, the change rate of tanδ changed little.

RD; 4020; tanδ; V belt; aging

TQ336.2

1009-797X(2018)01-0013-08

B DOⅠ:10.13520/j.cnki.rpte.2018.01.003

李旭（1993-），男，硕士研究生，主要从事橡胶共混与改性方面的研究。

2017-05-03