网球橡胶内胆复合材料性能研究

摘要：将天然橡胶（NR）和反式一1，4-聚异戊二烯（TPI）作为制备网球内胆胶料的主要原材料。通过实验进行对比得到制备网球内胆胶料的最优配方，再通过不同共混工艺下制备的胶料性能对比，得出最佳的共混工艺，最后采用最优化的胶料制备配方通过最佳的共混工艺制备能够达到行业标准要求的网球。

关键词：天然橡胶;反式-1.4-聚异戊二烯;最优配方;网球内胆

中图分类号：TQ330.52

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）09-0073-04

随着人们生活水平的不断提高，更多的人会选着一种更为健康的生活方式——体育运动。这里不得不题的是非常受现代人青睐的网球运动了，自19世纪网球诞生以来，随着各项赛事的开展，网球运动得到了飞速的发展。在这项运动中，对网球是有一定要求的，那么网球的性能优劣就显得极为重要了。国际网协网球的标准性能要求是：200%定伸應力9.3 -9.7MPa，邵尔A型硬度>76。，拉断伸长率320% -340%，拉伸强度13.8-14.4MPa。回弹值>70%。但就国内目前生产的网球来看，性能上与国际网协标准还是存在一定差距的。为了实现网球的高性能要求，必须对制造网球的胶料研制上取得突破。这里我们针对高硬度，高定伸应力，高弹性的网球性能要求，研究网球胶料的研制配比[3]。这里我们主要研究的是天然橡胶（NR）和反式一1，4-聚异戊二烯（TPI）应用于网球胶料的研制[2]。

1 实验

1.1 实验原材料

天然橡胶NR，SIR20;反式-1，4-聚异戊二烯TPI;白炭黑。

天然橡胶（NR）：它是一种以顺-l，4-聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，顺一1，4-聚异戊二烯的含量在90%以上，另外还有部分脂肪酸和蛋白质等非橡胶物质。我们平常所说的天然橡胶是将从橡胶树上采集的天然橡胶经过凝固干燥等工序制成的弹性固体。

反式一l，4-聚异戊二烯（TPI）：反式-1，4-聚异戊二烯别名人工合成杜仲胶，其与天然橡胶具有相同的分子结构-（C5H8） -，但是TPI的分子链是反式构型，即它的每个链接单元上的两个次甲基-（CH2）一存在于双键轴的异侧，而天然橡胶的两个次甲基位于双键轴同侧，所以相比天然橡胶，它的性能有很大的不同。反式一l，4-聚异戊二烯连接等同周期短，通常情况下是以折叠的形式存在，当温度低于60℃时，TPI会快速结晶，所以它是一种高拉伸强度和高硬度的结晶聚合物。TPI的硫化胶有优异的耐屈挠性能和比较低的动态生热，在天然橡胶中加入TPI能够提高其胶料的耐疲劳性能高大几倍至几十倍，从而使橡胶制品的使用寿命大大延长，同时也可以用于弹性减震领域[4]。

TPI分子结构有3大特征：反式有序性，链柔性和双键。TPI的双键结构可以实现对其的硫化加工，反式有序性则表示TPI易结晶，链柔性则为其成为弹性体提供了可能性。因此通过双键结构对TPI进行硫化交联，可是将其制成优良性能的弹性体[5]。

1.2 实验设备

这里我们用到的主要设备有：上海橡胶机械厂的XK- 160型开炼机;佳鑫电子设备LH-Ⅱ型硫化仪;青岛亚东橡胶机械平板硫化机;高铁检测仪器AI-2000S型拉力试验机以及气压自动压片机;上海化工机械四厂的冲击弹性试验机以及硬度测定仪。

1.3 实验试样

1）开炼机辊温度设定为70qC，然后采用质量比为TPI：NR=1：2的比例制作母炼胶，直至辊温度冷却到常温。最后将剩下的天然橡胶与母炼胶混炼[6]，加入适量配合剂，再薄通、打三角包6次、下片。

2）开炼机辊温度设定为70℃，然后将TPI和NR共混塑炼，再加入适量配合剂、薄通、打三角包6次、下片。混炼温度较高因此过程不宜过长，控制在12min以内为宜。

3）开炼机辊温度设定为70℃，先将TPI塑炼8-9遍，然后将其与已经塑炼好的天然橡胶共混（常温下），再加入适量配合剂、薄通、打三角包6次、下片。

4）开炼机辊温度设定为70℃，将NR和TPI都各自塑炼8-9遍，然后共混至辊温度冷却到常温，再加入适量配合剂、薄通、打三角包6次、下片。

此外硫化胶用平板硫化剂制作，条件设定为145℃#t。 共混：将具有一定公硫化性和相容性的橡胶共混，能够使它们的玻璃化转变区凹谷变为平坦区，从而提高材料的减震性能[1]。

1.4 结果测试

邵尔A型硬度根据CB/T 531-1999进行测试，撕裂强度根据GB/T 529-1999进行测试，拉伸性能根据CB/T 528-1999进行测试，回弹值根据CB/T 1681-1991进行测试，最后的网球成品性能根据CB/T1510-1992进行测试。

2 实验结果分析

2.1 主要原材料

表1所示为TPI与NR并用比对胶料性能的影响。

根据表l的数据结果可以看出，当TPI的用量比例增大时，并用胶的邵尔A型硬度和200%定伸应力都是先增大然后减小，表中所示当TPI与NR的并用比为18/82时，制备出的并用胶的200%定伸应力和硬度取得最大值，而拉伸强度随着TPI的用量增加而逐渐减小。即可得出结论，当TPI/NR=18/82时，所制备出的并用胶胶料综合性能最好。因此制作网球内胆胶料时选用这个配比炼制为宜。

2.2 硫化实验

2.2.1 促进剂

表2所示为促进剂并用比对胶料性能的影响。

从表2的数据分析可得出，当促进剂DM的用量逐渐减小时，硫化胶的拉伸强度与200%定伸应力都是先增大然后减小的，表中所示促进剂并用比为0.7/0.5时，胶料的拉伸强度与200%定伸应力取得最大值。使用DM/D并用的促进剂能够改善胶料的硫化程度，从而制得各项性能更为优异的硫化胶[8]。根据数据分析可知，当并用比DM/D=0.7/0.5时，值得的硫化胶性能最好，因此选用此配比的促进剂为宜。

2.2.2 硫磺

表3所示为硫磺的用量对胶料性能的影响

根据表3的数据分析可以看出，当硫磺的用量逐渐增大时，胶料的200%定伸应力和硬度都是先增大然后减小的，拉断伸长和拉伸强度变化则刚好相反，是先减小后增大的。表中所示当硫磺的用量为4.5时，胶料的200%定伸应力与硬度都取得了最大值，相反拉断伸长率与拉伸强度取得了最小值。这里主要是因为随着硫磺的用量增加胶料的交联密度增大，似的硫化胶抵抗外力变形的能力增大，进而增大了硬度和200%定伸应力[7]。总体而言，当硫磺的用量去4.5份时，胶料的综合性能最佳，因此选用此用量为宜。

结合上面的数据结果分析，可以得出网球内胆胶料的配方如表4所示。由此也可以得到相應的硫化胶的性能，如表5所示。

由表中数据对比可知，实验所制备的硫化胶性能基本上已经达到了国际网协的标准。

2.3 混炼工艺流程

这一步实验则是应用上面的最优胶料制备配方，然后对混炼工艺的优劣进行研究，表6显示的是几种不同工艺制备的胶料的物理性能。

从表6中的数据分析可以看出，工艺①和工艺②所制备的硫化胶的邵尔A型硬度数值最大，而200%定伸应力最大的是工艺②，综合这两点分析，则工艺②制备硫化胶的胶料物理性能最好，工艺①则比工艺②稍差一些，其次是工艺④，最差的是工艺③。分析原因认为是混炼工艺②的胶料混炼温度较高是的胶料间的交联密度较大。

2.4 网球成品性能测试结果

这里的成品网球是采用最优的胶料配方经过混炼工艺②制备而成的，其主要性能如表7所示。

由表7中测试结果可以看出，实验所制的成品网球各项指标是都达到了合格品要求的，尤其是它的直径，质量以及推进变形量都是达到了一等品的标准了的。

3 结语

通过对不同配方主要原材料制备的胶料性能对比，得到了最优配方主要原材料并用比为TPI/NR=18/82。然后对在硫化工艺过程中促进剂的并用比以及硫磺的用量进行了实验，得出结论：促进剂并用比DM/D=0.7/0.5，硫磺用量为4.5份时所制备硫化胶的物理性能最优。综合这几项实验结果即可得出胶料的最优配方。最后对胶料制备的共混工艺流程进行了实验分析，得到最优的共混工艺②，即将开炼机辊温度设定为70℃，先将TPI塑炼8-9遍，然后将其与已经塑炼好的天然橡胶共混（常温下），再加入适量配合剂、薄通、打三角包6次、下片。最后制作成的成品网球各项性能指标都达到了合格品的要求，其直径，质量以及推进变形量甚至可以达到一等品的指标要求。

参考文献

[1]杨清芝.橡胶工艺学[M].北京：中国石化出版社，1997.

[2]胡汉杰，何天白.功能高分子与新技术[M].北京：化学工业出版社，2001.

[3]张殿荣，辛振祥.现代橡胶配方设计[M].北京：化学工业出版社，2001.

[4]姚薇，宋景社，贺爱华，等，合成反式一1，4-聚异戊二烯的硫化与性能[J].弹性体，1995，4（5）：1-7.

[5]宋景社，范汝良，黄宝琛，等，含反式一l，4-聚异戊二烯的轮胎胶料的加工和使用性能[J].轮胎工业，1999，19（01）：5.

[6]张文禹，黄宝琛，杜爱华.TPl/HVBR/NR共混物的性能[J].橡胶工业，2001，49（2）：69-72.

[7]孟凡良，黄宝琛，姚薇.天然橡胶/反式-1，4-聚异戊二烯并用胶硫化体系的研究[J].合成橡胶工业，2003.26（4）：221-225.

[8]宋景社，黄宝琛，范汝良，反式一1，4-聚异戊二烯硫化胶及其共混硫化胶的研这究[J]-橡胶工业.1997，44（4）：205-209.

3、塑料粘接知识——表面处理：

ABS塑料的特性，ABS是丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物的缩写。ABS为非晶态、不透明的塑料，属坚韧、质硬、刚性好的热塑性工程塑料。丙烯腈赋予ABS耐化学腐蚀性、耐油性和一定的刚性与硬度;丁二烯提高了ABS的韧性、耐冲击和耐寒性;而苯乙烯则赋予ABS良好的介电性、光泽及易加工特性。由于丁二烯链段中含有双键，出较容易粘接。常采用酮类和四氢呋喃为溶剂进行溶剂粘接，还可采用胶粘剂进行粘接，由于其制品表面含有油脂和粉尘等，所以在粘接前必需进行表面处理。

作者简介：齐佳（1981-），男，汉族，陕西西安人，硕士研究生，讲师，主要从事体育教学及行政管理工作。