不同防老剂对水胶浆粘附V带包布胶附着性能的影响

2023-09-14公维颖薛斌邓涛

橡塑技术与装备 2023年9期

公维颖，薛斌，邓涛

(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛 266042)

广义上，传递动能与动力的柔性带或者条在带传动中叫做传动带，又被叫做动力带。摩擦传送带与啮和传动带的机理不同，传动带的材质有橡胶、PU和TPE。包布V带（三角带）是V带传动带的主要类型。包布V带骨架层可以使用帘布或线绳，而其组成形式与部件一般包括压缩胶、强力层、缓冲胶、伸张胶、包布层组成。

V带有两层包布，内层包布制作方法多为压延法挂胶，外层包布为汽油、甲苯等有机溶剂浸渍，包布胶被溶解之后，将包布浸渍于其中来完成，而这种汽油、甲苯等有机溶剂溶解包布胶之后所得的溶剂，就叫做汽油胶浆，也叫油性胶浆[2]。但汽油、甲苯等有机溶剂存在严重的挥发问题及毒性，不仅对环境造成严重的污染，而且对操作人员的身体健康存在着巨大的隐患，同时汽油、甲苯等有机溶剂均为分子量较低的有机小分子，易燃易爆，企业对其储存使用应严格要求，但即使是这样，每年仍会有一些相关企业因为各种各样的原因发生安全事故。此外，随着石油资源的不断减少，汽油、甲苯等有机溶剂的使用成本将不断增加。为了改善V带包布胶中汽油胶浆的使用现状，依据水性胶浆的理念，以水为分散体基体通过添加各种表面活性剂，在混炼胶的基础上，来实现制成水胶浆的目的。

橡胶制品在使用过程中不可避免要经受反复摩擦生热以及空气中氧气的侵蚀进攻，V带包布胶也不例外。橡胶制品中的防老体系的使用可有效缓解橡胶制品的老化，本文选用几种防老剂单独使用或进行并用，研究不同防老体系对硫化胶的物理机械性能及包布胶附着性能的影响。

1 实验部分

1.1 原材料

NR：3#烟片胶；SBR：牌号1502；V带包布用广角布；自来水；成浆体系为市面所售产品；其他配合剂均为常用工业品。

1.2 实验仪器设备

开炼机，X（S）K-160，上海双翼橡塑机械有限公司；密炼机，XSM-1/20-80，上海科创橡塑机械设备有限公司；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，台湾高铁有限公司；无转子硫化仪，M-3000A，台湾高铁有限公司；电子拉力机，JDL-2500N，天发试验机械有限公司；硬度计，上海险峰电影机械厂。

1.3 实验配方

主要实验配方见表1。

表1 实验配方 /份

配方其他成分（份）： NR3#烟片胶70；SBR150 2 30；补强体系50；配合促进剂16.8；ZnO5；成浆体系15。

1.4 试样制备

按照试验配方，用电子天平准确称量各物料。先将生胶分别塑炼，下片待用。投入薄通好的生胶，分别打3次三角包，让其包辊，随后，依次加入小料、炭黑、硫化体系及成浆体系，每次加料之后左右割刀3次，打3次三角包，确保吃料完全，加入成浆体系后多打2次三角包，之后调大辊距，下片。

用无转子硫化仪在测试胶料的硫化特性，使用平板硫化机进行硫化，硫化条件：150 ℃，压力为10 MPa。硫化后停放6 h以上，裁片、制备试样，进行测试。

取混炼胶一部分，投入开炼机中，待其包辊后，在上方加水，继续开炼，同时不断加水保证堆积胶上有少量水，直至成糊状，移至瓶中，配置成25%浓度备用。

将上述胶浆涂至裁剪好的布条上，烘干，4 h后将其与下好片的一层缓冲胶硫化在一起，停放6 h之后，测试布条与该层缓冲胶之间的剥离强度。

1.5 分析测试

硫化特性：按GB/T 16584—1996，采用无转子硫化仪进行测试，测试温度为155 ℃，转动角度均为±1°；

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。

剥离强度测试，按照国家标准GB/T 2792—1998测试，剥离速度为50 mm/min，测试温度为室温。

热氧老化性能：按GB/T 3512—2001.

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

对上述5个编号的混炼胶分别进行测定硫化特性，结果如表2所示。

表2 硫化特性数据

由表2可知，不同种类的防老剂加入混炼胶中之后，混炼胶的流动性基本没有差异，所以最低转矩相近，同时因为对硫化交联程度影响很小，最高转矩以及转矩的差值也很接近。但不同种类的防老剂对混炼胶的硫化速度有较大的影响。其中使用胺类防老剂RD与杂环类防老剂MB并用的1#混炼胶硫化速度慢，t90达到了11.93 min；而使用胺类防老剂RD和4010 NA并用的3#混炼胶硫化速度最快，t90达到了6.72 min。

2.2 热氧老化前后包布硫化胶物理机械性能

考察了不同防老体系的使用对包布硫化胶物理机械性能的影响，见表3。

表3 热氧老化前包布硫化胶物理机械性能

对表3的数据分析可知，不同的防老体系加入后，对包布硫化胶硫化之后的物理机械性能并没有产生很大的影响，各组试样的拉断强度、扯断伸长率、定伸应力以及硬度比较接近。

对各试样进行100 ℃，24 h的热氧老化试验后，各试样物理机械性能见表4。

表4 热氧老化后包布硫化胶物理机械性能

由表4可知，在经过了24 h，100 ℃条件的热氧老化后，物理机械性能出现了明显的差异：1#实验性能下降最低，拉断强度和扯断伸长率下降幅度比较小；而4#实验性能下降最大，拉断强度下降了5 MPa以上，扯断伸长率也下降了接近一半，达到47.88%，其它几组实验老化后性能下降程度均在这两组之间。是因为防老剂RD是一种胺类防老剂，作用机理属于自由基终止型防老剂，而MB是一种破坏氢过氧化物型防老剂，所以RD/MB并用属于自由基终止型/分解过氧化氢物型的防老剂并用，两者作用机理不同，可以在老化过程的不同阶段发挥作用，整体起到协同作用；而防老剂264属于一种受阻酚类防老剂，此类防老剂对热氧老化具有中等程度的防护作用，与胺类防老剂相比防护作用差，所以4#实验老化后性能下降程度最大，2#和5#实验因为加入了防老剂264，下降幅度也较大；3#实验由于采用防老剂RD和防老剂4010NA并用，两种胺类防老剂，两者并用发生加和效应，所以耐老化程度比其他几组好，但是耐老化效果与1#实验相比较差。

由图1和图2可以更加直观地看出不同防老体系下热空气老化前后硫化胶的拉断强度和扯断伸长率的变化，1#实验防老效果最好，而4#实验防老效果最差。

图1 不同防老体系热空气老化前后拉断强度的变化

图2 不同防老体系热空气老化前后扯断伸长率的变化

2.3 热氧老化前后胶浆粘合性能

将上述5个编号混炼胶分别取一部分制备胶浆，并涂布，制备试样，进行剥离强度测试，结果如表5所示。

由表5可知，附胶量相同时，各组实验的剥离强度相接近，因此防老体系的变化并未对胶浆的粘合性能造成影响，随着附胶量的增加，试样的剥离强度明显降低。

对1#剥离实验后的三种附胶量100 g/m2、150 g/m2、200 g/m2的布条进行光学显微镜下的观察，观察后的图像如图3、图4、图5所示。

图3 剥离后附胶量为100 g/m2的布条

图4 剥离后附胶量为150 g/m2的布条

图5 剥离后附胶量为200 g/m2的布条

在放大倍数为500倍的光学显微镜放大图可以观察到，随着附胶量的增加，剥离实验后，布条上残留的硫化胶越多。在剥离实验过程中，首先受到撕裂的并不是包布胶与布条之间的粘合，反而是包布胶自身受到外力发生的破坏，即橡胶自身物理机械性能较低，导致的粘合失效。也就意味着包布胶自身强度与包布胶与布条之间的粘合强度相比更小，所以随着附胶量的增大，剥离强度逐渐降低。

对不同附胶量的不同防老体系的粘合试样进行70℃×24 h的热氧老化试样，剥离强度见表6。

由表6及图6、图7以及图8可知，热氧老化后剥离强度均呈下降趋势；随着附胶量的增加，同组试样间的剥离强度降低；而各组试样之间相比，1#试样下降程度最低，4#试样下降程度最大，其余几组试样剥离强度下降程度均在这两组之间；结合表4热氧老化后包布胶的物理机械性能可以发现，热氧老化后，包布胶物理机械性能的高低与其胶浆剥离强度的高低相一一对应，这个现象也能证明之前的结论：包布胶自身强度与包布胶和布条之间的粘合强度相比更小，所以当老化后硫化胶的物理机械性能下降，导致剥离强度降低。