TPI的门尼粘度对NR/TPI减震制品性能的影响

宋雅婷，于 龙，王 鹏，盛恩恬，王 崴

[高特威尔科学仪器（青岛）有限公司，山东 青岛 266042]

天然橡胶（NR）综合性能优异且用量大，使用NR的橡胶减震制品加工性能好、强度高，但随着橡胶工业的发展，单独使用NR已难以满足市场对橡胶减震制品性能的更高要求，如更好的耐疲劳性能、更低的动静刚度比、更小的压缩永久变形等。反式异戊橡胶（TPI）是一种在常温下低结晶性的橡塑二重性材料[1-2]，其与NR的相容性好，可以显著改善NR的动态性能[3-6]。近年来国内外学者对采用TPI制备高性能橡胶减震制品进行了大量研究[7-12]，为TPI在橡胶减震制品领域的应用奠定了充分的理论基础。

相对分子质量和门尼粘度是影响橡胶性能的关键因素。相对分子质量高，链末端少；相对分子质量低，链末端多。链末端活动能力对粘性的贡献较大、对弹性的贡献较小，相对分子质量影响橡胶的粘弹性，从而影响橡胶制品的使用性能[13]。一般而言，随着橡胶相对分子质量和门尼粘度的提高，胶料的加工性能降低，使用性能改善[14]。

本工作以NR减震制品配方为基础，系统研究了不同门尼粘度的TPI与NR并用对应用性能的影响，以期为高性能橡胶减震制品的开发提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，CV60，越南产品；TPI，牌号TPI-40，TPI-60，TPI-80和TPI-100，门尼粘度[ML（1＋4）100℃]分别为39，63，82和100，青岛竣翔科技有限公司产品。

1.2 配方

配方（用量/份）：NR 100或NR/TPI 80/20，炭黑 45，氧化锌 4，硬脂酸 2，防老剂4.5，石蜡油 9，硫黄 1.2，促进剂 1.95，防焦剂 0.2。

1#配方采用NR，2#配方采用NR/TPI-40，3#配方采用NR/TPI-60，4#配方采用NR/TPI-80，5#配方采用NR/TPI-100。

1.3 主要设备和仪器

XSM-500型密炼机和X（S）R-160A型两辊开炼机，上海科创橡塑机械设备有限公司产品；M-3000-AU型无转子硫化仪、AI-7000-MU1型电子拉力试验机、GT-RH-2000型压缩生热试验机、GT-7011-DHD型德默西亚疲劳试验机、RPA8000橡胶加工分析（RPA）仪、GT-7017-EMU型热空气老化箱，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品。

1.4 试样制备

胶料一段和二段混炼均在密炼机中进行。一段混炼工艺为：生胶→混炼1 min→氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑和油→混炼2 min→清扫→混炼时间达到5 min时排胶。二段混炼工艺为：一段混炼胶→促进剂、硫黄、防焦剂→混炼2 min→排胶，在开炼机上下片。

混炼胶在室温下停放1 d后硫化，硫化条件为150 ℃/15 MPa×（t90＋3 min）。

1.5 性能测试

（1）硫化特性按照GB/T 16584—1996进行测试，测试温度为150 ℃。

（2）拉伸性能和撕裂强度（直角形试样）分别按照GB/T 528—2009和GB/T 529—2008测试。

（3）静态压缩永久变形按照GB/T 7759.1—2015进行测试，试验条件为：压缩率 25%，温度

70 ℃，时间 24 h。

（4）耐压缩疲劳性能按照GB/T 1687.3—2016进行测试，测试条件为：温度 （55±1） ℃，冲程 （4.45±0.03） mm，负荷 （1.00±0.03）MPa。

（5）耐屈挠龟裂性能按照GB/T 13934—2006在－30，23，70 ℃或100 ℃×48 h热老化后23 ℃下测试屈挠疲劳寿命。

（6）RPA分析。测试条件为：采用应变扫描，应变范围 0.1%～100%，温度 60 ℃，频率10 Hz。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

胶料的硫化特性如表1所示。

表1 胶料的硫化特性

从表1可以看出：与NR胶料相比，NR/TPI胶料的FL增大，流动性略有降低，t10和t90基本一致；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI胶料的FL逐渐增大，流动性逐渐降低，交联密度略有提高。

2.2 物理性能

硫化胶的物理性能如表2所示。

表2 硫化胶的物理性能

从表2可以看出：与NR硫化胶相比，NR/TPI硫化胶的拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度均明显降低，硬度略提高；NR/TPI-40硫化胶的静态压缩永久变形基本不变，动静刚度比略增大；NR/TPI-60，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫化胶的静态压缩永久变形和动静刚度比略减小；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的硬度、拉伸性能、撕裂强度和回弹值提高，静态压缩永久变形和动静刚度比逐渐减小。

2.3 耐压缩疲劳性能

硫化胶的耐压缩疲劳性能如表3所示。

表3 硫化胶的耐压缩疲劳性能

从表3可以看出：与NR硫化胶相比，NR/TPI-40和NR/TPI-60硫化胶的压缩疲劳温升略提高，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫化胶的压缩疲劳温升略降低；NR/TPI硫化胶的压缩疲劳永久变形略有减小；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的压缩疲劳温升逐渐降低，压缩疲劳永久变形呈减小趋势，耐压缩疲劳性能提高。

2.4 耐屈挠龟裂性能

硫化胶的耐屈挠龟裂性能如表4所示。

表4 硫化胶的耐屈挠龟裂性能 万次

从表4可以看出：NR/TPI硫化胶在－30，23和70 ℃下的耐屈挠龟裂性能均优于NR硫化胶，且随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的屈挠疲劳寿命呈逐渐延长趋势；但是经100 ℃×48 h热老化后，NR/TPI硫化胶在23 ℃下的耐屈挠龟裂性能略逊于NR硫化胶。

2.5 RPA分析

硫化胶的损耗因子（tanδ）-应变曲线如图1所示。

图1 硫化胶的tanδ-应变曲线

从图1可以看出，与NR硫化胶相比，NR/TPI-40硫化胶的tanδ略有增大，NR/TPI-60，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫化胶的tanδ均减小。随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的tanδ逐渐减小。

3 结论

（1）与NR胶料相比，NR/TPI胶料的流动性略有降低，t10和t90基本一致；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI胶料的流动性逐渐降低，交联密度略有提高。

（2）与NR硫化胶相比，NR/TPI硫化胶的硬度增大，拉伸性能和抗撕裂性能降低，压缩永久变形减小，在－30，23和70 ℃下的耐屈挠龟裂性能提高，但在100 ℃×48 h热老化后23 ℃下的耐屈挠龟裂性能降低。

（3）随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的拉伸性能、撕裂强度和回弹值逐渐提高，静态压缩永久变形、动静刚度比和tanδ逐渐减小，耐压缩疲劳性能以及在－30，23和70 ℃下的耐屈挠龟裂性能逐渐提高。

（4）高门尼粘度TPI在橡胶减震制品中的应用性能更优异。