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        促進(jìn)劑種類對橡膠-鋼絲粘合和膠料性能的影響

        2021-07-20 00:28:24羅高翔霍石磊萬呈呈
        橡膠工業(yè) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:物理性能促進(jìn)劑復(fù)合體

        李 利,羅高翔,霍石磊,萬呈呈

        (青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,山東 青島 266061)

        通過技術(shù)手段將橡膠與金屬粘合,可以獲得兼具橡膠高彈性、優(yōu)良?xì)饷苄院退苄砸约敖饘俑邚?qiáng)度特點(diǎn)的材料[1-3]。硫化體系對橡膠-鋼絲粘合性能以及膠料性能有較大影響[4],其一般由硫化劑、促進(jìn)劑、活性劑和防焦劑組成[5]。

        本工作研究促進(jìn)劑種類對橡膠-鋼絲粘合性能和膠料性能的影響。

        1 橡膠與鍍銅鋼絲的粘合機(jī)理

        橡膠與鋼絲的粘合形式有兩種,分別為化學(xué)粘合[橡膠分子與CuxS(x取1~2中間值的非化學(xué)計(jì)量化合物,該化合物與橡膠分子的端基結(jié)合)結(jié)合]和物理粘合(CuxS,ZnS和ZnO之間形成凝聚力)。研究[6]得出,橡膠與黃銅之間的粘合界面會(huì)形成反應(yīng)層,若反應(yīng)層中的金屬化合物相互融合,則橡膠與黃銅粘合良好;當(dāng)S含量大于Co含量時(shí),膠料的粘合性能較好。

        促進(jìn)劑與S反應(yīng)形成促進(jìn)劑聚合多硫化物,其產(chǎn)生的可硫化大分子多硫自由基與橡膠分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),從而影響S與Cu和ZnO的反應(yīng),因此不同促進(jìn)劑對橡膠-鋼絲粘合性能、膠料性能的影響不同。

        2 實(shí)驗(yàn)

        2.1 原材料

        天然橡膠(NR,泰國標(biāo)準(zhǔn)膠)、炭黑N330、ZnO、硬脂酸、C5石油樹脂、間苯二酚-甲醛樹脂SL3022、新癸酸鈷Co20、防老劑RD、防老劑4020、硫黃、促進(jìn)劑NOBS、促進(jìn)劑CBS、促進(jìn)劑DZ、促進(jìn)劑TBBS和輔助促進(jìn)劑HMT,市售品;Φ0.61 mm表面鍍銅鋼絲,山東恒宇科技有限公司產(chǎn)品。

        2.2 主要設(shè)備和儀器

        X(S)M-0.3L型密煉機(jī),青島科技大學(xué)產(chǎn)品;X(S)K-160型開煉機(jī),上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品;M-2000-AN型無轉(zhuǎn)子硫化儀、XLD-400×400×2型平板硫化機(jī)、GT-7016-AR型氣壓式自動(dòng)切片機(jī)和AL-7000-MGD型拉力試驗(yàn)機(jī),中國臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品;UD-3600型動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī),中國臺(tái)灣優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品。

        2.3 試驗(yàn)配方

        NR 100,炭黑N330 60,ZnO 8,硬脂酸0.5,C5石油樹脂 1,間苯二酚-甲醛樹脂SL30221.2 ,新癸酸鈷Co20 0.6,防老劑RD 1,防老劑4020 2,硫黃 3,促進(jìn)劑(變品種)變量。

        2.4 促進(jìn)劑種類和用量

        本試驗(yàn)選擇次磺酰胺類促進(jìn)劑和胺類促進(jìn)劑進(jìn)行研究,分別為促進(jìn)劑NOBS,CBS,DZ,TBBS和輔助促進(jìn)劑HMT,其中輔助促進(jìn)劑HMT需與促進(jìn)劑TBBS搭配使用。促進(jìn)劑用量如表1所示。

        表1 促進(jìn)劑用量 份Tab.1 Amount of accelerators phr

        2.5 試樣制備

        膠料采用常規(guī)的混煉工藝進(jìn)行混煉,橡膠-鋼絲復(fù)合體硫化時(shí)確保鋼絲位于模具型腔中間,復(fù)合體和膠料的硫化條件均為150 ℃/10 MPa×(1.3 min+t90)。

        3 結(jié)果與討論

        3.1 橡膠-鋼絲粘合性能

        疲勞前抽出力試驗(yàn):將橡膠-鋼絲復(fù)合體用夾具夾持在動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)上,直接進(jìn)行抽出力測試,工作模式設(shè)置為靜態(tài)測量,抽出速率為50 mm·min-1,試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

        圖1 橡膠-鋼絲復(fù)合體疲勞前抽出力Fig.1 Pull out force of rubber-steel wire composites before fatigue

        疲勞后抽出力試驗(yàn):將橡膠-鋼絲復(fù)合體用夾具夾持在動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)上,設(shè)定加載頻率為7 Hz,振幅為1.5 mm,循環(huán)加載20萬次后取下復(fù)合體,復(fù)合體放置32~48 h[7-8]后進(jìn)行靜態(tài)抽出力測試,抽出速率為50 mm·min-1,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

        圖2 橡膠-鋼絲復(fù)合體疲勞后抽出力Fig.2 Pull out force of rubber-steel wire composites after fatigue

        從圖1和2可以看出,5種橡膠-鋼絲復(fù)合體疲勞前抽出力大于疲勞后抽出力,表明循環(huán)加載使復(fù)合體產(chǎn)生疲勞,從而導(dǎo)致橡膠-鋼絲粘合性能降低。隨著促進(jìn)劑用量的增大,5種橡膠-鋼絲復(fù)合體疲勞前抽出力與疲勞后抽出力的變化趨勢大致相同,添加促進(jìn)劑CBS的復(fù)合體抽出力均較大;當(dāng)促進(jìn)劑DZ用量為1.5份時(shí)復(fù)合體的抽出力較大,當(dāng)促進(jìn)劑DZ用量在2~2.5份時(shí)復(fù)合體的抽出力減小,說明促進(jìn)劑DZ的用量需嚴(yán)格控制;添加促進(jìn)劑TBBS的復(fù)合體抽出力均單純增大,而添加促進(jìn)劑TBBS+HMT的復(fù)合體抽出力明顯增大,且隨著促進(jìn)劑HMT用量增大而增大,說明促進(jìn)劑TBBS搭配促進(jìn)劑HMT使用后,復(fù)合體的抽出力提高;添加促進(jìn)劑NOBS的復(fù)合體抽出力明顯小于添加其他促進(jìn)劑的復(fù)合體。

        3.2 膠料性能

        3.2.1 硫化特性

        不同促進(jìn)劑膠料的t10和t90(150 ℃)分別如圖3和4所示。

        圖3 不同促進(jìn)劑膠料的t10Fig.3 The t10 of compounds with different accelerators

        從圖3可以看出:隨著促進(jìn)劑用量的增大,添加促進(jìn)劑TBBS的膠料焦燒安全性提高;添加促進(jìn)劑DZ的膠料t10變化不大,但焦燒安全性較好;添加促進(jìn)劑NOBS和CBS的膠料焦燒安全性明顯下降。

        從圖4可以看出:隨著促進(jìn)劑用量的增大,5種膠料的t90縮短,硫化效率提高;添加促進(jìn)劑NOBS的膠料t90較添加其他促進(jìn)劑的膠料長。

        圖4 不同促進(jìn)劑膠料的t90Fig.4 The t90 of compounds with different accelerators

        從圖3和4還可以看出,促進(jìn)劑TBBS搭配促進(jìn)劑HMT使用后,膠料的焦燒安全性和硫化效率提高。

        綜上可知,添加促進(jìn)劑TBBS,TBBS+HMT和DZ的膠料硫化特性較好。

        3.2.2 物理性能

        不同促進(jìn)劑硫化膠的物理性能如圖5—8所示。

        圖5 不同促進(jìn)劑硫化膠的邵爾A型硬度Fig.5 Shore A hardness of vulcanizates with different accelerators

        圖6 不同促進(jìn)劑硫化膠的拉伸強(qiáng)度Fig.6 Tensile strength of vulcanizates with different accelerators

        圖7 不同促進(jìn)劑硫化膠的拉斷伸長率Fig.7 Elongation at break of vulcanizates with different accelerators

        從圖5—8可以看出:添加促進(jìn)劑NOBS的硫化膠邵爾A型硬度、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度明顯小于添加其他促進(jìn)劑的硫化膠,物理性能隨促進(jìn)劑NOBS用量增大而變化較?。淮龠M(jìn)劑CBS用量在0.5~1.5份時(shí),硫化膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率和撕裂強(qiáng)度較大,促進(jìn)劑CBS用量在2~2.5份時(shí),硫化膠的物理性能迅速下降;促進(jìn)劑DZ用量在0.5~1份時(shí),硫化膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度較大,拉斷伸長率隨促進(jìn)劑DZ用量增大而減小,這可能與硫化膠的硬度隨促進(jìn)劑用量增大而迅速增大有關(guān),當(dāng)促進(jìn)劑DZ用量大于1份時(shí),硫化膠的物理性能迅速下降;添加促進(jìn)劑TBBS的硫化膠物理性能較好,且隨著促進(jìn)劑用量增大,硫化膠的物理性能變化不大;促進(jìn)劑TBBS搭配促進(jìn)劑HMT使用后,硫化膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率和撕裂強(qiáng)度隨著促進(jìn)劑HMT用量增大而略有降低,邵爾A型硬度較添加促進(jìn)劑TBBS的硫化膠大,在促進(jìn)劑TBBS用量大于1份時(shí)硫化膠的拉斷伸長率和撕裂強(qiáng)度、促進(jìn)劑TBBS用量大于1.5份時(shí)硫化膠的拉伸強(qiáng)度較僅添加促進(jìn)劑TBBS的硫化膠小。

        4 結(jié)論

        (1)添加促進(jìn)劑NOBS的橡膠-鋼絲復(fù)合體抽出力較小、膠料的硫化特性和硫化膠的物理性能較差,促進(jìn)劑NOBS不適于橡膠-鋼絲粘合體系。

        (2)隨著促進(jìn)劑用量的增大,添加促進(jìn)劑TBBS的橡膠-鋼絲復(fù)合體抽出力增大,與添加其他促進(jìn)劑的復(fù)合體相比處于中等水平;膠料的焦燒安全性和硫化效率提高,硫化膠的物理性能較好。

        (3)促進(jìn)劑TBBS搭配促進(jìn)劑HMT使用,橡膠-鋼絲復(fù)合體的H抽出力以及膠料的焦燒安全性和硫化效率提高,硫化膠的物理性能呈下降趨勢,促進(jìn)劑HMT的用量需嚴(yán)格控制。

        (4)綜合橡膠-鋼絲復(fù)合體抽出力和膠料性能得出,促進(jìn)劑CBS和DZ可適量(0.5~1份)用于橡膠-鋼絲粘合體系。

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