李旭,鄧濤

(青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042)

不同配比RD/4020防老體系對(duì)V帶壓縮膠性能的影響

李旭,鄧濤

(青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042)

研究了不同用量的RD、4020防老體系對(duì)V帶壓縮膠的老化前后物理機(jī)械性能、表觀交聯(lián)密度及動(dòng)態(tài)生熱性能的影響。結(jié)果表明，隨著4020、RD的使用量增加t10、t90、MH-ML、表觀交聯(lián)密度變化不大。4020、RD的用量對(duì)物理機(jī)械性能的影響不大，當(dāng)固定RD用量改變4020用量時(shí)，4020/RD為2/1.5時(shí)硫化膠的性能保持率最高，當(dāng)固定4020用量改變RD用量時(shí)，RD用量對(duì)硫化膠性能保持率影響不大。在100℃老化不同時(shí)間，當(dāng)固定RD用量改變4020用量時(shí)，4020/RD為1.2/1.5時(shí)tanδ最低，4020/RD為2/1.5時(shí)tanδ變化率最低；當(dāng)固定4020用量改變RD用量時(shí)，RD用量越多tanδ變化率越小。

RD；4020；tanδ；V帶；老化

橡膠制品在加工、貯存以及使用過程中，受外部環(huán)境的影響和作用，會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，使其性能逐漸變壞，甚至喪失使用價(jià)值以及對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成重大危害。為了改善橡膠制品的抗老化性能，延長其使用壽命，在其配方中添加適量的防老劑可起到有效的防護(hù)作用，并延緩老化、延長貯存期限和使用壽命。防老劑RD(2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體)屬于喹啉類防老劑，能防護(hù)條件苛刻的熱氧老化，對(duì)金屬離子有較強(qiáng)的鈍化作用，防屈撓龜裂效果較差，不噴霜。防老劑4020(N-(1，3-二甲基丁基)-N’-苯基對(duì)苯二胺）屬于對(duì)苯二胺類防老劑，防護(hù)效果與功能介于防老劑4010與4010NA之間。同時(shí)RD與4020并用在抗熱氧、抗疲勞老化方面具有一定的協(xié)同作用[1～8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

NR：越南3L標(biāo)準(zhǔn)膠；BR9000：中國石化；其他均為市售品。

1.2 設(shè)備與儀器

SK-160B型雙輥開煉機(jī)：上海橡膠機(jī)械廠；平板硫化機(jī)：LCM-3C2-G03-LM，深圳佳鑫電子設(shè)備科技有限公司；GT-7017-M型老化箱：臺(tái)灣高鐵公司；硫化儀：M-3000A，臺(tái)灣高鐵公司；電子拉力機(jī)：JDL-2500N，天發(fā)試驗(yàn)機(jī)械有限公司；橡膠加工分析儀，RPA2000，ALPHA公司。

1.3 分析與測試

硫化性能：按GB/T 16584—1996測試，硫化溫度 150℃。

力學(xué)性能：拉伸性能采用電子拉力試驗(yàn)機(jī)按照GB/T 528—2008進(jìn)行測試，拉伸速度為500 mm/min，測試溫度為室溫，邵爾A硬度按GB/T531.1—2008測定

熱空氣老化性能：按GB/T 3512—2001測試，在100℃下老化 24、48、72、96 h。

動(dòng)態(tài)力學(xué)性能：采用美國Alpha科技公司生產(chǎn)的RPA 2000型橡膠加工分析儀，溫度掃描：頻率1 Hz，轉(zhuǎn)動(dòng)角度0.5°，溫度范圍60～140℃。

表觀交聯(lián)密度測試：使用電子天平(精確度0.001 g)精確稱取0.5 g左右的硫化膠試樣(m1)，每種配方硫化膠取3個(gè)試樣，并測試初始密度ρr，將所有試樣用細(xì)鐵絲串聯(lián)置于所選溶劑二甲苯中，試樣要求全部浸于溶劑中，試劑瓶密封以免溶劑揮發(fā)，在常溫條件下溶脹2天，溶脹平衡后取出立即稱重(m2)。

采用凝膠中橡膠體積分?jǐn)?shù)(Vr)表征硫化膠的表觀交聯(lián)密度，按如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：ρr為溶脹前的橡膠密度；ρs為溶劑密度；δ為配方中生膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；M2為溶試樣脹后的質(zhì)量；M1為試樣溶脹前的質(zhì)量。

1.4 試樣制備

表1、表2為防老劑RD和4020不同用量配比的實(shí)驗(yàn)?zāi)z料配方。

表1 實(shí)驗(yàn)配方1

表2 實(shí)驗(yàn)配方2

1.4.1 混煉

開煉機(jī)調(diào)整輥距，將塑煉好的NR、BR、再生膠放入輥隙，使之包輥產(chǎn)生適量堆積膠，加入小料、補(bǔ)強(qiáng)填充體系、硫化體系，切割翻煉，薄通后打三角包5～6次，調(diào)整輥距及擋膠板至合適距離后下片，停放8 h以上待用。

1.4.2 硫化

膠料采用平板硫化機(jī)硫化，硫化溫度為150℃，硫化壓力不小于10 MPa，硫化時(shí)間為各膠料的硫化曲線t90對(duì)應(yīng)的時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 固定RD用量改變4020用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠性能的影響

2.1.1 固定RD用量改變4020用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠硫化性能及表觀交聯(lián)密度的影響

由于硫化特性是壓縮膠硫化、加工的重要保障，因此研究了不同硫化體系對(duì)V帶壓縮膠硫化性能的影響。

表3為固定RD用量改變4020用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠硫化性能的影響。

表3 4020用量對(duì)V帶壓縮膠硫化性能的影響

由表3可以看出，4020的使用量對(duì)t10、t90、MH-ML影響均不大，表明4020的使用量并不影響硫化膠的焦燒安全性、硫化速度和硫化程度。

由圖1可以看出，隨著老化時(shí)間增加，表觀交聯(lián)密度不斷增大。但在100℃老化72 h之前，不同4020用量的配方表觀交聯(lián)密度相差不大，在100℃老化72 h之后，隨著4020用量的增加表觀交聯(lián)密度有所減小，說明4020用量增加與RD的協(xié)同作用增強(qiáng)，抗熱氧老化性能有所提升。

圖1 不同4020用量隨老化時(shí)間變化的表觀交聯(lián)密度

2.1.2 固定RD用量改變4020用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠物理機(jī)械性能的影響

硫化膠的物理機(jī)械性能直接影響V帶的使用，因此研究了不同硫化體系對(duì)V帶壓縮膠物理機(jī)械性能的影響。

4020用量對(duì)V帶壓縮膠物理機(jī)械性能的影響見圖2（注：RD用量均為1.5份）。

由圖2可知，隨著4020用量的增加，拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率先略有增大然后減小，4020使用量為1.4份時(shí)拉伸強(qiáng)度達(dá)到峰值，4020使用量為1.6份時(shí)扯斷伸長率達(dá)到峰值；100%定伸變化不大，200%定伸有所下降，300%定伸在4020使用量為1.4份時(shí)有最高值點(diǎn)；邵爾A硬度變化不大。

由表4可知，隨著4020用量增加，拉伸強(qiáng)度變化率有所減小，扯斷伸長率、100%定伸應(yīng)力變化率、邵爾A硬度變化不大，綜合來看當(dāng)4020/RD為2/1.5時(shí)硫化膠的性能保持率最高。

2.1.3 固定RD用量改變4020用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠動(dòng)態(tài)生熱的影響

損耗因子（tanδ）即黏彈性材料在交變力場作用下應(yīng)變與應(yīng)力周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲(chǔ)能模量之比，是衡量橡膠制品動(dòng)態(tài)生熱的重要指標(biāo)。因此研究了4020用量對(duì)V帶壓縮膠tanδ的影響。

圖2 4020用量對(duì)V帶壓縮膠物理性能的影響

表4 4020用量對(duì)V帶壓縮膠100℃×24 h老化后物理機(jī)械性能的影響

由圖3可知，隨著100℃老化時(shí)間延長，tanδ呈現(xiàn)波動(dòng)的正弦函數(shù)曲線，在老化24、72 h附近出現(xiàn)最小值和最大值點(diǎn)。且隨著4020用量的增加，曲線斜率有所變化，總體上4020用量越多斜率越小，tanδ變化率越小。在100℃老化72 h之前，隨著4020用量增加tanδ先增大后減小，tanδ在4020用量為1.2份時(shí)最低1.6份時(shí)最高，且隨著老化時(shí)間延長最大值與最小值之差逐漸增大。100℃老化72 h時(shí)隨著4020用量的增加曲線交于一點(diǎn)，各配方間tanδ相差不大，老化96 h時(shí)隨著4020用量的增加tanδ逐漸增大，tanδ保持率提高。因此當(dāng)4020/RD為1.2/1.5時(shí)tanδ最低，當(dāng)4020/RD為2/1.5時(shí)tanδ變化率最低。

圖3 100℃老化不同時(shí)間下不同4020用量的tanδ

2.2 固定4020用量改變RD用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠性能的影響

2.2.1 固定4020用量改變RD用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠硫化性能及表觀交聯(lián)密度的影響

由于硫化特性是壓縮膠硫化、加工的重要保障，因此研究了不同硫化體系對(duì)V帶壓縮膠硫化性能的影響。

表5為RD用量對(duì)V帶壓縮膠硫化性能的影響。

表5 RD用量對(duì)V帶壓縮膠硫化性能的影響

由表5可以看出，RD的使用量對(duì)t10、t90、MH-ML影響均不大，表明RD的使用量并不影響硫化膠的焦燒安全性、硫化速度和硫化程度。

由圖4可以看出，隨著老化時(shí)間增加，表觀交聯(lián)密度不斷增大。在100℃老化48 h之前，不同RD用量的配方表觀交聯(lián)密度相差不大，但在100℃老化48 h之后，隨著RD用量的增加表觀交聯(lián)密度先增大后減小，說明RD/4020為1.2/2份時(shí)，硫化膠抗熱氧老化性能最優(yōu)。

2.2.2 固定4020用量改變RD用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠物理機(jī)械性能的影響

硫化膠的物理機(jī)械性能直接影響V帶的使用，因此研究了不同硫化體系對(duì)V帶壓縮膠物理機(jī)械性能的影響。

RD用量對(duì)V帶壓縮膠物理機(jī)械性能的影響見圖5（注4020用量均為 2份 )。

由圖5可知，隨著RD用量的增加，拉伸強(qiáng)度變化不大；扯斷伸長率先增大然后減小，RD用量在1.6份左右時(shí)達(dá)到最大；100%定伸、200%定伸略有減小，300%定伸先下降后升高；邵爾A硬度變化不大。

圖4 不同RD用量隨老化時(shí)間變化的表觀交聯(lián)密度

由表6可知，隨著RD用量增加，拉伸強(qiáng)度變化率、扯斷伸長率、100%定伸應(yīng)力變化率、邵爾A硬度變化均不大，因此RD的用量對(duì)硫化膠抗熱氧老化性能影響不大。

表6 RD用量對(duì)V帶壓縮膠100℃×24 h老化后物理機(jī)械性能的影響

2.2.3 固定4020用量改變RD用量時(shí)對(duì)V帶壓縮膠動(dòng)態(tài)生熱的影響

損耗因子（tanδ）即黏彈性材料在交變力場作用下應(yīng)變與應(yīng)力周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲(chǔ)能模量之比，是衡量橡膠制品動(dòng)態(tài)生熱的重要指標(biāo)。因此研究了RD用量對(duì)V帶壓縮膠tanδ的影響。

由圖6可知，隨著100℃老化時(shí)間延長，tanδ呈現(xiàn)波動(dòng)的正弦函數(shù)曲線，RD用量越大，極值點(diǎn)的出現(xiàn)越偏右，且曲線斜率有所變化，總體上RD用量越多斜率越小，tanδ變化率越小。在100℃老化24 h到72 h之間，隨著RD用量增加，tanδ逐漸增大且各配方間tanδ差值較大。在其余的老化時(shí)間點(diǎn)時(shí)，隨著RD用量增加tanδ相差不大。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)固定RD用量改變4020用量時(shí)，隨著4020的使用量增加t10、t90、MH-ML變化不大。在100℃老化72 h之前，不同4020用量的配方表觀交聯(lián)密度相差不大，在100℃老化72 h之后， 4020用量越多表觀交聯(lián)密度有所減小，4020/RD為2/1.5時(shí)硫化膠抗熱氧老化性能最優(yōu)。

當(dāng)固定4020用量改變RD用量時(shí),隨著RD的使用量增加t10、t90、MH-ML變化不大，不同RD用量的配方表觀交聯(lián)密度相差不大，RD/4020為1.2/2時(shí)，硫化膠抗熱氧老化性能最優(yōu)。

圖5 RD用量對(duì)V帶壓縮膠物理性能的影響

（2）當(dāng)固定RD用量改變4020用量時(shí),隨著4020用量的增加，拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率先略有增大然后減小，100%定伸應(yīng)力、200%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力、邵爾A硬度變化不大。在100℃×24 h老化條件下，4020/RD為2/1.5時(shí)硫化膠的性能保持率最高。

當(dāng)固定4020用量改變RD用量時(shí),隨著RD用量的增加，扯斷伸長率先增大然后減小，拉伸強(qiáng)度、100%定伸應(yīng)力、200%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力、邵爾A硬度變化不大。在100℃×24 h老化條件下，RD用量對(duì)硫化膠性能保持率影響不大。

（3）當(dāng)固定RD用量改變4020用量時(shí),隨著100℃老化時(shí)間延長，tanδ呈現(xiàn)波動(dòng)的正弦函數(shù)曲線，隨著4020用量的增加，總體上4020用量越多斜率越小，tanδ變化率越小。當(dāng)4020/RD為1.2/1.5時(shí)tanδ最低，當(dāng)4020/RD為2/1.5時(shí)tanδ變化率最低。

圖6 100℃老化不同時(shí)間下不同RD用量的tanδ

當(dāng)固定4020用量改變RD用量時(shí),隨著100℃老化時(shí)間延長，tanδ呈現(xiàn)波動(dòng)的正弦函數(shù)曲線，RD用量越多斜率越小，tanδ變化率越小。

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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，碩士研究生，主要從事橡膠共混與改性方面的研究。

2017-05-03