环氧树脂/金属氧化物硫化体系对氯丁橡胶性能的影响

赵桂英，王忠光

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140）

氯丁橡胶（CR）作为一种通用特种橡胶，不仅具有良好的物理性能，还具有优良的耐候、耐热和耐化学腐蚀性能，广泛用于电线电缆、输送带、耐油胶管、耐油胶板、耐油胶靴、耐油橡胶密封制品等中。由于CR分子含有氯，双键部位活性下降，因此CR不能用硫黄硫化体系硫化。 CR一般用氧化镁/氧化锌硫化体系硫化（金属氧化物与CR中的烯丙基氯反应），形成以C—O—C结构为主的醚交联键；CR用过氧化物硫化体系硫化，形成C—C单键，键能较高，胶料具有较好的耐水性能；CR用树脂硫化的研究报道极少[1]。

由于CR硫化胶的橡胶分子中残存不稳定的烯丙基氯，导致CR硫化胶易脱氯化氢且对其耐热老化性能产生不良影响。而环氧树脂分子结构中含有环氧基和羟基活性基团，因此环氧树脂可作为CR的硫化剂：通过环氧树脂与活泼烯丙基氯作用，可以降低CR中不稳定结构比率，提高CR的耐热老化性能[2]。

本课题以金属氧化物硫化体系作对比，研究环氧树脂/金属氧化物硫化体系对CR性能的影响，为CR制品生产提供借鉴经验。

1 实验

1.1 主要原材料

CR，重庆长寿化工有限责任公司产品；炭黑N660，天津亿博瑞化工有限公司产品；氧化镁、氧化锌和硬脂酸，中国石化南京化学工业有限公司产品；环氧树脂E44，江苏三木化工有限公司产品。

1.2 试验配方

CR，100；炭黑N660，40；硬脂酸，1.5；防老剂，2；促进剂DM，1，环氧树脂和金属氧化物用量见表1。

表1 试验配方环氧树脂和金属氧化物用量 份

1.3 主要设备与仪器

XK-160型开炼机和QLB-50D/Q型平板硫化机，无锡市第一橡塑机械有限公司产品；GTM2000-A型无转子硫化仪和GT-AI-7000-GD型拉力试验机，台湾高铁科技股份有限公司产品；冲击弹性仪，江都市试验机械厂产品；401-B型热空气老化试验箱，上海实验仪器总厂产品。

1.4 试样制备

将开炼机辊距调至0.5 mm，加入CR塑炼，薄通6次[3]，下片冷却至室温；辊距略调大，CR包辊后保留少量堆积胶，先加入氧化镁、硬脂酸、防老剂，然后加入炭黑、环氧树脂，最后加入氧化锌、促进剂；吃料完毕后将辊距调至1 mm左右，打三角包5次；调大辊距至2.5 mm，胶料包辊、压光后下片。

混炼胶在室温下放置24 h后用平板硫化机硫化，硫化条件为160 ℃/15 MPa×t90。硫化胶片在室温下停放12～36 h后用冲片机冲裁试样。

1.5 性能测试

胶料性能按相应国家标准测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性和门尼粘度

硫化体系对CR硫化特性和门尼粘度的影响如图1和表2所示。

表2 CR的硫化特性参数和门尼粘度

从图1可以看出：6个配方胶料的焦烧时间均较短，操作安全性不太好，易焦烧；环氧树脂用量过大（8份），胶料无明显的硫化平坦期。

图1 CR的硫化曲线（160 ℃）

从表2可以看出：随着环氧树脂用量增大，环氧树脂/氧化镁/氧化锌胶料的焦烧时间t10稍有延长，硫化时间t90明显延长，说明环氧树脂可改善胶料的抗焦烧性能，同时有延长硫化时间的作用；6#配方胶料的硫化时间明显比4#配方胶料短，说明在环氧树脂/金属氧化物硫化体系中不加氧化锌可缩短胶料的硫化时间；环氧树脂用量过大（8份）的5#配方胶料硫化时间过长。

门尼粘度可以表征胶料塑性，胶料的门尼粘度小，塑性大，反之亦然。从表2可以看出，随着环氧树脂用量增大，环氧树脂/氧化镁/氧化锌胶料的门尼粘度逐渐减小，塑性增大，说明环氧树脂具有增塑作用。

2.2 物理性能

硫化体系对CR物理性能的影响如表3所示。

从表3可以看出：与金属氧化物硫化体系胶料相比，环氧树脂/金属氧化物硫化体系胶料的300%定伸应力和拉伸强度较小，拉断永久变形较大，弹性较好；随着环氧树脂用量增大，环氧树脂/氧化镁/氧化锌硫化体系胶料的硬度增大，300%定伸应力和拉伸强度变化不大，拉断伸长率和撕裂强度减小，弹性提高（这可能是环氧树脂的相对分子质量较小，环氧树脂分子夹杂在橡胶分子链间起润滑作用，易于链的伸展和运动[4]）；不加氧化锌的6#配方胶料拉断伸长率最大；环氧树脂用量小于6份时，环氧树脂/金属氧化物硫化体系胶料的撕裂强度大于金属氧化物硫化体系胶料。综合得出，环氧树脂用量为2～6份的胶料物理性能较好。

表3 CR的物理性能

2.3 耐热老化性能

硫化体系对CR耐热老化性能的影响如表4所示。

表4 CR的耐热老化（120 ℃×48 h）性能

从表4可以看出：与金属氧化物硫化体系胶料相比，环氧树脂/金属氧化物硫化体系胶料的拉伸强度下降率小，拉断伸长率下降率大；随着环氧树脂用量增大，环氧树脂/氧化镁/氧化锌硫化体系胶料老化后的硬度变化值和拉伸强度下降率呈减小趋势，拉断永久变形呈增大趋势；不加氧化锌的6#配方胶料的拉伸强度下降率最小，仅为0.3%。综合得出，环氧树脂用量为4～6份的胶料耐热老化性能较好。

3 结论

（1）与金属氧化物硫化体系胶料相比，环氧树脂/金属氧化物硫化体系胶料的门尼粘度较小，焦烧时间略长；300%定伸应力和拉伸强度较小，拉断永久变形较大，弹性较好；老化后拉伸强度下降率较小，拉断伸长率下降率较大。

（2）随着环氧树脂用量增大，环氧树脂/氧化镁/氧化锌硫化体系胶料的门尼粘度减小，焦烧时间和硫化时间延长；硬度增大，300%定伸应力和拉伸强度变化不大，拉断伸长率和撕裂强度减小，弹性提高。

（3）环氧树脂用量为4～6份的环氧树脂/金属氧化物硫化体系胶料综合性能较好。