趙桂英，張小萍，王忠光

(徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系，江蘇徐州221140)

洗衣機(jī)腳墊是洗衣機(jī)的重要配件之一，在洗衣機(jī)安裝時(shí)使用，它的主要作用是調(diào)整水平，減緩洗衣機(jī)使用時(shí)的振動(dòng)和噪音，防滑及改善其操縱穩(wěn)定性，在提高洗衣機(jī)的安全性、美觀性和操作性方面發(fā)揮著不可替代的作用.

目前國(guó)內(nèi)洗衣機(jī)腳墊的主體材料有金屬、塑料和橡膠三類，用量較多的是橡膠腳墊.橡膠腳墊膠料配方多以天然橡膠、丁腈橡膠或再生膠等為主體材料，以炭黑為補(bǔ)強(qiáng)劑，同時(shí)填充大量的白炭黑、碳酸鈣、陶土、滑石粉等增加硬度、降低腳墊的生產(chǎn)成本;由于混煉時(shí)加入炭黑，會(huì)使細(xì)小的炭黑粒子漂浮于空氣中，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染;同時(shí)炭黑的加入只能生產(chǎn)黑色的產(chǎn)品，對(duì)于淺色、亮色產(chǎn)品則無(wú)法滿足要求;大量補(bǔ)強(qiáng)填充劑的加入，還會(huì)造成混煉工藝?yán)щy，混煉不均，膠料性能不穩(wěn)定.

西門子洗衣機(jī)腳墊以其高性能、顏色淺、衛(wèi)生環(huán)保的特點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)洗衣機(jī)配件廠家研究的目標(biāo).丁腈橡膠(NBR)具有良好的耐介質(zhì)性能、耐老化性及氣密性［1］;高苯乙烯樹脂(HSR)分子結(jié)構(gòu)中含有大量的苯環(huán)，能賦予膠料較高的硬度、剛性及較好的耐磨性［2-3］，還能減少補(bǔ)強(qiáng)填充劑的用量，改善加工環(huán)境，降低生產(chǎn)成本;采用NBR/HSR橡塑并用改性，使洗衣機(jī)腳墊膠料兼具橡膠和塑料的各自優(yōu)勢(shì);通過(guò)對(duì)NBR/HSR并用膠料的力學(xué)性能、耐磨性、耐老化、耐介質(zhì)及壓縮性能的測(cè)試，以期獲得具有一定實(shí)用價(jià)值的加工工藝及橡塑比，提高洗衣機(jī)腳墊膠料的綜合性能，滿足西門子洗衣機(jī)腳墊膠料的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

丁腈橡膠(NBR-41):廣東創(chuàng)新化工原料有限公司;高苯乙烯樹脂(HSR):浙江黃巖東橡膠助劑有限公司;沉淀法白炭黑(WCB):山東?；煞萦邢薰?硅烷偶聯(lián)劑KH570:中國(guó)石化南京化工廠;丙三醇:濮陽(yáng)市光璞石化有限責(zé)任公司;硫磺:浙江黃巖東橡膠助劑有限公司;氧化鋅、硬脂酸、促進(jìn)劑等為市售產(chǎn)品.

1.2 實(shí)驗(yàn)配方

表1為西門子洗衣機(jī)腳墊膠料的基本性能指標(biāo).

表1 西門子洗衣機(jī)腳墊膠料的基本性能指標(biāo)

續(xù)表1

試驗(yàn)配方:氧化鋅5份，硬脂酸1份，白炭黑40份，丙三醇2.5份，防老劑1.2份，KH5701.5份，丁腈橡膠NBR-41和高苯乙烯樹脂的橡塑比在100/0～70/30之間.

1.3 儀器設(shè)備

開放式煉膠機(jī)XK-160:無(wú)錫市第一橡塑機(jī)械有限公司;無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀GT-M2000-A:臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司;平板硫化機(jī)QLB-50D/Q:無(wú)錫市第一橡塑機(jī)械公司;高低溫拉力試驗(yàn)機(jī)GTAI-7000-GD:臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司;老化試驗(yàn)箱401-B型:上海實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠;阿克隆磨耗機(jī):江都市試驗(yàn)機(jī)械廠;擺錘式?jīng)_擊彈性儀:江都市試驗(yàn)機(jī)械廠.

1.4 試樣制備

圖1為試樣制備的工藝過(guò)程.

圖1 試樣制備的工藝過(guò)程

塑混煉:先調(diào)節(jié)雙輥開煉機(jī)輥距至0.1 mm，加入NBR薄通塑煉4次，待輥溫達(dá)到70℃以上，將高苯乙烯樹脂加入兩輥之間，使之完全塑化，然后與NBR混合均勻?yàn)椴⒂媚z，調(diào)整輥距至2 mm左右，使膠料包輥并有少量堆積膠;然后按一定的加料順序加入各種配合劑進(jìn)行混煉;溫度控制在30～50℃.在煉膠過(guò)程中，保證每個(gè)配方的混煉工藝及參數(shù)一致，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比性.

混煉的加料順序?yàn)椋?］:并用膠(NBR/HSR)→氧化鋅、硬脂酸、防老劑2246、防老劑MB→白炭黑→丙三醇、硅烷偶聯(lián)劑→促進(jìn)劑CZ、DTDM及硫磺→薄通，打三角包→下片.

硫化條件為:溫度:160℃，時(shí)間:T90，壓力:15 MPa.硫化試片停放一定的時(shí)間后，可采用沖片機(jī)等設(shè)備進(jìn)行試樣的沖裁和制備.

1.5 性能測(cè)試

硫化特性采用GB/T 16584-1996標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度設(shè)定為160℃，壓力為0.35～0.6 MPa.

拉伸性能采用GB/T 528-2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，拉伸速度:500 mm/min;試樣為啞鈴型1型.

撕裂性能采用GB/T 529—2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣為直角形，拉伸速度:500 mm/min.

耐磨性采用 GB/T1689—2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，傾斜角選15°，試樣行程1.61 km.

彈性采用GB/T1681—2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試樣為兩個(gè)，取其平均值為實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

老化性能采用GB/T 3512—2001標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)條件為:70℃ ×72 h.

耐介質(zhì)采用 GB/T1690—2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)介質(zhì)有兩種，分別是5%洗衣粉和5%洗滌劑水溶液，測(cè)試條件為:室溫×72 h.

壓縮性能采用GB/T7759—2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，B 型法，試驗(yàn)條件為:室溫 ×72 h［5］.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料硫化特性影響

圖2為NBR/HSR不同配比膠料的硫化曲線圖.

圖2 NBR/HSR不同配比膠料的硫化曲線

表2為NBR/HSR不同配比對(duì)膠料硫化特性的影響.

表2 NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料硫化特性的影響

從圖2曲線上可見，NBR/HSR不同配比膠料均具有適宜的焦燒時(shí)間，較快的硫化速度和較長(zhǎng)的硫化平坦期，這有利于提高洗衣機(jī)腳墊的生產(chǎn)效率，節(jié)省能源，操作安全性好，是洗衣機(jī)腳墊理想的硫化曲線.

從表2對(duì)應(yīng)的硫化特性參數(shù)中可見，隨著NBR/HSR中HSR比例的增加，膠料的焦燒時(shí)間和工藝正硫化時(shí)間有所延長(zhǎng);原因在于HSR中含有較多的苯環(huán)，有一定的位阻效應(yīng)，可參與交聯(lián)的雙鍵含量低，影響了膠料中促進(jìn)劑、活性劑及硫化劑與不飽和雙鍵的交聯(lián)速度，進(jìn)而使硫化時(shí)間得以推遲.

2.2 NBR/HSR不同配比對(duì)膠料力學(xué)性能影響

表3為NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料力學(xué)性能影響.

表3 NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料力學(xué)性能影響

從表3可以看出，隨著 NBR/HSR配比中HSR含量的增加，膠料的拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力先增加后降低，當(dāng)NBR/HSR=80/20時(shí)，其拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力最高，分別達(dá)到21.31和12.61 MPa.扯斷伸長(zhǎng)率則隨著NBR/HSR配比中HSR含量的增加呈現(xiàn)逐漸減少的變化規(guī)律，當(dāng)NBR/HSR=70/30時(shí)，其扯斷伸長(zhǎng)率最小，為462%.原因是HSR［6］中含有較多含量的苯環(huán)，分子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)剛性，分子的運(yùn)動(dòng)能力減弱，因此膠料的扯斷伸長(zhǎng)率降低.隨著NBR/HSR配比中HSR含量的增加，膠料的硬度、撕裂強(qiáng)度逐漸增加，原因是高苯乙烯樹脂中含有苯環(huán)，具有增硬、增強(qiáng)、提高撕裂性能的作用.

2.3 NBR/HSR不同配比對(duì)膠料耐磨性等影響

表4為NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料耐磨等性能影響.從表4可以看出，隨著NBR/HSR配比中HSR含量的增加，膠料的磨耗體積、彈性呈現(xiàn)逐漸降低的變化規(guī)律，而壓縮永久變形則表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì);當(dāng)NBR/HSR=70/30時(shí)，膠料的磨耗體積和彈性最小，壓縮永久變形最大;由于HSR的分子結(jié)構(gòu)中含有高比例的剛性苯環(huán)，使膠料內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合緊密，膠料在受到各種堅(jiān)硬粒子沖擊作用時(shí)，表面微觀顆粒不易脫落從而提高了膠料的耐磨性.但高比例的剛性苯環(huán)使分子鏈柔性降低，分子鏈滑動(dòng)能力變?nèi)?，受到外力沖擊或壓縮后，膠料恢復(fù)變形的能力減小，因此彈性降低，壓縮永久變形增加.

表4 NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料耐磨等性能影響

2.4 NBR/HSR不同配比對(duì)膠料老化性能影響

表5為NBR/HSR不同配比對(duì)膠料老化性能影響.

表5 NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料老化性能影響

從表5可以看出，膠料老化后的拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力和扯斷伸長(zhǎng)率較老化前的拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力和扯斷伸長(zhǎng)率均有所降低，但降幅不大，說(shuō)明70℃的老化溫度對(duì)膠料的拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力及扯斷伸長(zhǎng)率的影響不大.而老化后的硬度則較老化前均有所增大，當(dāng)NBR/HSR=70/30時(shí)，其老化后的硬度值最大，為89邵A，老化后的硬度較老化前增大了3邵A.

2.5 NBR/HSR不同配比對(duì)膠料耐介質(zhì)性能影響

表6為NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料耐介質(zhì)性能影響.

表6 NBR/HSR的不同配比對(duì)膠料耐介質(zhì)性能影響

從表6可看出，膠料耐介質(zhì)后的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率較耐介質(zhì)前均有所降低;當(dāng)NBR/HSR配比為70/30時(shí)，膠料耐洗衣粉和耐洗滌劑后的扯斷伸長(zhǎng)率降幅最大，分別達(dá)到41%和27%;耐洗衣粉后膠料的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率降幅明顯大于耐洗滌劑后膠料的拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率，說(shuō)明洗衣粉對(duì)膠料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞大于洗滌劑對(duì)膠料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，從而導(dǎo)致膠料拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率的降低.

3 結(jié) 論

(1)隨著NBR/HSR橡塑配比中HSR含量的增加，橡塑型洗衣機(jī)腳墊膠料的焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間逐漸增加，硫化平坦期長(zhǎng)，操作安全性好.

(2)當(dāng)NBR/HSR=80/20時(shí)，橡塑型洗衣機(jī)腳墊膠料的綜合力學(xué)性能最好，其拉伸強(qiáng)度、磨耗體積、彈性及壓縮永久變形分別為:21.31 MPa、0.18 cm3、22%及25%.膠料各項(xiàng)物理機(jī)械性能均滿足西門子洗衣機(jī)腳墊膠料的指標(biāo)要求.

(3)由于HSR的價(jià)格是NBR的1/3左右，通過(guò)橡塑并用改性，在融合橡膠與塑料的各自優(yōu)勢(shì)，改善洗衣機(jī)腳墊的綜合性能，延長(zhǎng)使用壽命的同時(shí)，還降低了洗衣機(jī)腳墊的生產(chǎn)成本，提高了腳墊的性價(jià)比.

［1］廖俊杰，陳福林.丁腈橡膠的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.特種橡膠制品，2007，28(5):41-42.

［2］何道綱.高苯乙烯改性橡塑材料［J］.原材料，1990(3):11-12.

［3］鄧濤，劉洋，辛振祥.高苯乙烯樹脂/NBR共混物性能研究［J］.橡膠工業(yè)，2009，56(12):731-733.

［4］翁國(guó)文.配合與塑混煉操作技術(shù)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008:28-32.

［5］翁國(guó)文，聶恒凱.橡膠物理機(jī)械性能測(cè)試［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009:69-105.

［6］張倩，何洋，張應(yīng)征.高苯乙烯在三元乙丙橡膠中的應(yīng)用［J］.世界橡膠工業(yè)，2012，39(8):5-6.