李旭，萬紀君，鄧濤

(青島科技大學高分子科學與工程學院，山東 青島 266042)

國外普通V帶壓縮膠大多為丁苯橡膠/天然橡膠主體并用部分氯丁橡膠。傳動帶是動態(tài)使用的橡膠制品，配方應考慮動態(tài)曲擾性能、生熱，包布膠還應考慮耐磨性，含膠率不應太低。高級傳動帶如窄V帶、農(nóng)機V帶、切邊V帶、多楔帶和同步帶氯丁橡膠應用廣泛。氯丁橡膠強度高、耐熱、耐老化、耐臭氧、耐磨，屈撓疲勞性好，與其他材料黏合好。適用溫度范圍一般為-30～100℃。 國外傳動帶大多使用低結晶性通用型氯丁橡膠。以下為本研究使用的兩種牌號的氯丁膠的性能指標，見表1、表2所示。

CR232：本品是以二硫化二異丙基黃原酸酯為調節(jié)劑的氯丁二烯聚合物。結晶速度中等，密度1.23，米黃色塊狀物，非污染型。具有較好的耐熱性和高溫穩(wěn)定性?？捎糜诟黝悳\色橡膠制品如密封件、防塵罩、膠輥、襯里、膠管外層護套等橡膠雜件。本品類似于美國杜邦公司W(wǎng)型、日本電化公司M-40型氯丁橡膠。

表1 CR232氯丁膠性能指標

CR322：本品是以硫磺和二硫化二異丙基黃原酸酯為混合調節(jié)劑的氯丁二烯聚合物。結晶速度中等，密度1.23，米黃色或棕色塊狀物，非污染型?？顾毫褟姸雀撸庸ば阅軆?yōu)于硫磺調節(jié)型膠?？捎糜谥圃祀娎|護套、輸送帶及其他橡膠制品等。本品類似于美國杜邦公司GW型膠。

表2 CR322氯丁膠性能指標

1 實驗部分

1.1 原材料

NR，越南3L標準膠；BR9000，中國石化；CR3222、CR2322，重慶長壽化工；其他均為市售品。

1.2 設備與儀器

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

力學性能：拉伸性能采用電子拉力試驗機按照GB/T 528—2008進行測試，拉伸速度為500 mm/min，測試溫度為室溫；壓縮Mullins效應采用電子拉力機壓縮模式，壓縮速度為50 mm/min，壓縮30%，待變形回位后反復3次；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12、24、36、48 h。

動態(tài)力學性能：采用美國Alpha科技公司生產(chǎn)的RPA2000型橡膠加工分析儀，溫度掃描：頻率1 Hz，轉動角度0.5°，溫度范圍60～140℃。

1.4 試樣制備

按表3所示配方制備試樣。

表3 實驗配方

1.4.1 混煉

開煉機調整輥距，將塑煉好的NR、BR、CR、再生膠放入輥隙，使之包輥產(chǎn)生適量堆積膠，加入小料、補強填充體系、硫化體系，切割翻煉，薄通后打三角包5～6次，調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

膠料的硫化條件：采用平板硫化機硫化，硫化溫度為150℃，硫化壓力不小于10 MPa，硫化時間為各膠料的硫化曲線tc90對應的時間。

2 結果與討論

2.1 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能及門尼黏度的影響

由于硫化特性、門尼黏度是壓縮膠硫化、加工的重要保障，因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能及門尼黏度的影響。

表4為不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能的影響。

表4 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠硫化性能的影響

由表4可看出，隨著CR2322用量增加，t10、t90先縮短后延長，這是由于CR2322為非硫調型，ZnO、MgO作為CR2322硫化劑用量固定，CR2322用量越多相當于每一份CR的相對硫化劑越少，因此CR2322用量越大t10、t90越長。且MH-ML變化不大。此外隨著CR3222用量增加，t10、t90縮短。這是由于CR3222為混合調節(jié)型，ZnO、MgO、S共同作為硫化劑，又因為CR本身比NR/BR焦燒時間短、速度快,因此隨著CR3222用量增加，硫化速度變快,且MH-ML逐漸增大。最后，在當前硫化體系下CR3222相比于CR2322焦燒時間更短、硫化速度更快且硫化程度更高。

圖1為不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠門尼黏度的影響。

圖1 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠門尼黏度的影響

由圖1可知，隨著CR用量增加門尼黏度均有明顯增大。隨著CR用量增加CR2322增大幅度要大于CR3222，但使用相同份數(shù)時數(shù)值上CR3222要更大。

2.2 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響

硫化膠的物理機械性能直接影響V帶的使用，因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響。

不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響見圖2、3。

圖2 CR2322用量對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

圖3 CR3222用量對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

由圖2可知，未老化時隨著CR2322用量增加，拉斷強度總體變化不大，扯斷伸長率有所減小，100%定伸應力、硬度有所增大。且在100℃環(huán)境下隨著老化時間延長，拉斷強度、扯斷伸長率下降且CR2322用量越多，拉伸強度、扯斷伸長率下降幅度越??；隨著老化時間延長100%定伸、硬度均增大，且不同用量CR2322的100%定伸、硬度增大幅度相差不大，但均小于不使用CR2322的配方。

由圖3可知，未老化時隨著CR3222用量增加，拉斷強度變化不大，扯斷伸長率有所減小，100%定伸應力先減小后增大，硬度變化不大。且在100℃環(huán)境下隨著老化時間延長，拉斷強度、扯斷伸長率下降且不同用量CR3222的拉斷強度、扯斷伸長率下降幅度相差不大，但均小于不使用CR3222的配方；隨著老化時間延長100%定伸、硬度均增大，且不同用量CR3222的100%定伸、硬度增大幅度相差不大。

不同牌號CR對V帶壓縮膠物理機械性能的影響見圖4。

圖4 不同牌號CR對壓縮膠100℃老化過程中物理機械性能的影響

由圖4可知，相同用量的CR在100℃不同老化時間下，隨著老化時間延長，CR3222的拉伸強度變化率要小于CR2322；CR3222與CR2322的扯斷伸長率變化率、100%定伸變化率、邵爾A硬度變化率相差不大。

由圖5可知，在當前硫化體系下，80℃環(huán)境下CR2322的耐屈撓性能要遠好于CR3222。且隨著CR2322用量增加，在CR2322用量為20份時耐屈撓性能最好；隨著CR3222用量增加，耐屈撓性能不斷變差。

2.3 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠Mullins效應的影響

由于壓縮膠在正常使用時受到往復的壓縮應力，而壓縮條件下的Mullins效應表征了硫化膠往復壓縮條件下的應力軟化，壓縮膠要求在周期性的壓縮應力下挺性好、應力軟化盡可能小，因此通過壓縮條件下的Mullins效應來表征壓縮膠的應力軟化狀態(tài)。且普通V帶的正常使用溫度約為80℃，因此為模擬壓縮膠正常使用狀態(tài)，因此測試了80℃時的Mullins效應以反映真實使用狀態(tài)。

CR2322用量對V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖 6～9。

圖5 不同牌號及用量CR對壓縮膠80℃下屈撓性能的影響

圖6 CR2322用量為0份時的Mullins效應

圖7 CR2322用量為10份時的Mullins效應

圖8 CR2322用量為20份時的Mullins效應

圖9 CR2322用量為30份時的Mullins效應

CR2322用量對100℃×24 h老化后V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖10～13。

圖10 CR2322用量為0份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖11 CR2322用量為10份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖12 CR2322用量為20份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖13 CR2322用量為30份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

為直觀的表現(xiàn)不同CR用量的Mullins效應的變化，故將數(shù)據(jù)中第一次壓縮力值數(shù)值與第三次壓縮力值數(shù)值差值作圖，以差值大小來反映Mullins效應的強弱狀況。CR2322用量對100℃×24 h老化前后V帶壓縮膠Mullins效應強弱的影響見圖14、15。

圖14 CR2322用量對100℃×24 h老化前壓縮膠Mullins效應程度的影響

圖15 CR2322用量對100℃×24 h老化后壓縮膠Mullins效應程度的影響

由圖6～15可知，隨著CR2322用量的增加，100℃×24 h老化前后，壓縮最大力值均增大。當CR2322使用份數(shù)相同時，100℃×24 h老化后，壓縮最大力值增大明顯。因為第一次壓縮與第三次壓縮力值差值越小說明Mullins效應越弱，因此隨著CR2322用量的增加Mullins效應明顯減弱，且100℃×24 h老化后CR2322用量的增加Mullins效應依舊減弱。但與未老化之前相比，100℃×24 h老化后Mullins效應程度加強，隨著CR2322用量的增加Mullins效應加大程度減弱。

CR3222用量對V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖 16～19。

圖16 CR3222用量為0份時的Mullins效應

圖17 CR3222用量為10份時的Mullins效應

圖18 CR3222用量為20份時的Mullins效應

圖19 CR3222用量為30份時的Mullins效應

圖20 CR3222用量為0份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖21 CR3222用量為10份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

CR3222用量對100℃×24 h老化后V帶壓縮膠Mullins效應的影響見圖20～23。

CR3222用量對100℃×24 h老化前后V帶壓縮膠Mullins效應強弱的影響見圖24、25。

圖22 CR3222用量為20份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

圖25 CR3222用量對100℃×24 h老化后壓縮膠Mullins效應程度的影響

由圖16～25可知 ，CR3222在Mullins效應方面與CR2322有相似的規(guī)律。

圖23 CR3222用量為30份時100℃×24 h老化后的Mullins效應

縱向比較CR3222與CR2322可知：在最大力值方面，相同CR用量時，CR3222要明顯的大于CR2322，且100℃×24 h老化后亦然；在Mullins效應方面，100℃×24 h老化前，相同CR用量時，CR3222與CR2322的Mullins效應程度相差不大，但100℃×24 h老化后，相同CR用量時，CR3222比CR2322的Mullins效應程度要弱。

2.4 不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠動態(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變與應力周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲能模量之比，是衡量橡膠制品動態(tài)生熱的重要指標。因此研究了不同牌號及用量CR對V帶壓縮膠tanδ的影響。

由圖26、27可知，測試溫度越高硫化膠tanδ越小，且CR的使用均使的硫化膠tanδ增大，這與CR分子結構中帶有的Cl側基有關。隨著CR2322用量越大，硫化膠tanδ越小但小于100℃時區(qū)別不明顯。此外隨著CR3222用量越大，硫化膠tanδ在CR3222用量為20份時最小。且縱向比較來看，相同測試溫度相同CR用量下，CR3222的tanδ要低于CR2322，造成這樣的原因一方面可能是分子結構及所需硫化體系差異所造成的硫化膠tanδ差異，另一方面可能由于交聯(lián)密度差異導致的硫化膠tanδ差異。

3 結論

（1）隨著CR2322用量增加，t10、t90先縮短后延長，MH-ML變化不大。

圖26 不同CR2322用量對溫度與tanδ關系的影響

圖27 不同CR3222用量對溫度與tanδ關系的影響

隨著CR3222用量增加，t10、t90縮短，MH-ML逐漸增大。CR用量增加門尼黏度均有明顯增大，增大幅度方面CR2322要大于CR3222，但使用相同份數(shù)時數(shù)值上CR3222要更大。

（2）隨著CR2322用量增加，拉斷強度總體變化不大，扯斷伸長率有所減小，100%定伸應力、硬度有所增大。隨著CR3222用量增加，拉斷強度變化不大，扯斷伸長率有所減小，100%定伸應力先減小后增大，硬度變化不大。100℃×24 h老化后兩種CR均使的物理機械性能保持率提高。且在當前硫化體系下，80℃環(huán)境下CR2322的耐屈撓性能要遠好于CR3222。

（3）隨著CR用量增加，Mullins效應減弱，最大力值提高。且在最大力值方面，相同CR用量時，CR3222要明顯的大于CR2322，且100℃×24 h老化后亦然；在Mullins效應方面，100℃×24 h老化前，相同CR用量時，CR3222與CR2322的Mullins效應程度相差不大，但100℃×24 h老化后，相同CR用量時，CR3222比CR2322的Mullins效應程度要弱。

（4）隨著CR2322用量越大，硫化膠tanδ越小但小于100℃時區(qū)別不明顯。此外隨著CR3222用量越大，硫化膠tanδ在CR3222用量為20份時最小。且相同測試溫度相同CR用量下，CR3222的tanδ要低于CR2322。