不同牌号及用量CR对V带压缩胶性能的影响

李旭，万纪君，邓涛

(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)

国外普通V带压缩胶大多为丁苯橡胶/天然橡胶主体并用部分氯丁橡胶。传动带是动态使用的橡胶制品，配方应考虑动态曲扰性能、生热，包布胶还应考虑耐磨性，含胶率不应太低。高级传动带如窄V带、农机V带、切边V带、多楔带和同步带氯丁橡胶应用广泛。氯丁橡胶强度高、耐热、耐老化、耐臭氧、耐磨，屈挠疲劳性好，与其他材料黏合好。适用温度范围一般为-30～100℃。 国外传动带大多使用低结晶性通用型氯丁橡胶。以下为本研究使用的两种牌号的氯丁胶的性能指标，见表1、表2所示。

CR232：本品是以二硫化二异丙基黄原酸酯为调节剂的氯丁二烯聚合物。结晶速度中等，密度1.23，米黄色块状物，非污染型。具有较好的耐热性和高温稳定性。可用于各类浅色橡胶制品如密封件、防尘罩、胶辊、衬里、胶管外层护套等橡胶杂件。本品类似于美国杜邦公司W型、日本电化公司M-40型氯丁橡胶。

表1 CR232氯丁胶性能指标

CR322：本品是以硫磺和二硫化二异丙基黄原酸酯为混合调节剂的氯丁二烯聚合物。结晶速度中等，密度1.23，米黄色或棕色块状物，非污染型。抗撕裂强度高，加工性能优于硫磺调节型胶。可用于制造电缆护套、输送带及其他橡胶制品等。本品类似于美国杜邦公司GW型胶。

表2 CR322氯丁胶性能指标

1 实验部分

1.1 原材料

NR，越南3L标准胶；BR9000，中国石化；CR3222、CR2322，重庆长寿化工；其他均为市售品。

1.2 设备与仪器

SK-160B型双辊开炼机，上海橡胶机械厂；LCM-3C2-G03-LM平板硫化机；深圳佳鑫电子设备科技有限公司；GT-7017-M型老化箱，台湾高铁公司；M-3000A硫化仪，台湾高铁公司；JDL-2500N电子拉力机，天发试验机械有限公司；RPA2000橡胶加工分析仪，ALPHA公司。

1.3 分析与测试

硫化性能：按GB/T 16584—1996测试，硫化温度150℃。

力学性能：拉伸性能采用电子拉力试验机按照GB/T 528—2008进行测试，拉伸速度为500 mm/min，测试温度为室温；压缩Mullins效应采用电子拉力机压缩模式，压缩速度为50 mm/min，压缩30%，待变形回位后反复3次；邵尔A硬度按GB/T531.1—2008测定。

热空气老化性能：按GB/T 3512—2001测试，在100℃下老化12、24、36、48 h。

动态力学性能：采用美国Alpha科技公司生产的RPA2000型橡胶加工分析仪，温度扫描：频率1 Hz，转动角度0.5°，温度范围60～140℃。

1.4 试样制备

按表3所示配方制备试样。

表3 实验配方

1.4.1 混炼

开炼机调整辊距，将塑炼好的NR、BR、CR、再生胶放入辊隙，使之包辊产生适量堆积胶，加入小料、补强填充体系、硫化体系，切割翻炼，薄通后打三角包5～6次，调整辊距及挡胶板至合适距离后下片，停放8 h以上待用。

1.4.2 硫化

胶料的硫化条件：采用平板硫化机硫化，硫化温度为150℃，硫化压力不小于10 MPa，硫化时间为各胶料的硫化曲线tc90对应的时间。

2 结果与讨论

2.1 不同牌号及用量CR对V带压缩胶硫化性能及门尼黏度的影响

由于硫化特性、门尼黏度是压缩胶硫化、加工的重要保障，因此研究了不同牌号及用量CR对V带压缩胶硫化性能及门尼黏度的影响。

表4为不同牌号及用量CR对V带压缩胶硫化性能的影响。

表4 不同牌号及用量CR对V带压缩胶硫化性能的影响

由表4可看出，随着CR2322用量增加，t10、t90先缩短后延长，这是由于CR2322为非硫调型，ZnO、MgO作为CR2322硫化剂用量固定，CR2322用量越多相当于每一份CR的相对硫化剂越少，因此CR2322用量越大t10、t90越长。且MH-ML变化不大。此外随着CR3222用量增加，t10、t90缩短。这是由于CR3222为混合调节型，ZnO、MgO、S共同作为硫化剂，又因为CR本身比NR/BR焦烧时间短、速度快,因此随着CR3222用量增加，硫化速度变快,且MH-ML逐渐增大。最后，在当前硫化体系下CR3222相比于CR2322焦烧时间更短、硫化速度更快且硫化程度更高。

图1为不同牌号及用量CR对V带压缩胶门尼黏度的影响。

图1 不同牌号及用量CR对V带压缩胶门尼黏度的影响

由图1可知，随着CR用量增加门尼黏度均有明显增大。随着CR用量增加CR2322增大幅度要大于CR3222，但使用相同份数时数值上CR3222要更大。

2.2 不同牌号及用量CR对V带压缩胶物理机械性能的影响

硫化胶的物理机械性能直接影响V带的使用，因此研究了不同牌号及用量CR对V带压缩胶物理机械性能的影响。

不同牌号及用量CR对V带压缩胶物理机械性能的影响见图2、3。

图2 CR2322用量对压缩胶100℃老化过程中物理机械性能的影响

图3 CR3222用量对压缩胶100℃老化过程中物理机械性能的影响

由图2可知，未老化时随着CR2322用量增加，拉断强度总体变化不大，扯断伸长率有所减小，100%定伸应力、硬度有所增大。且在100℃环境下随着老化时间延长，拉断强度、扯断伸长率下降且CR2322用量越多，拉伸强度、扯断伸长率下降幅度越小；随着老化时间延长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。

由图3可知，未老化时随着CR3222用量增加，拉断强度变化不大，扯断伸长率有所减小，100%定伸应力先减小后增大，硬度变化不大。且在100℃环境下随着老化时间延长，拉断强度、扯断伸长率下降且不同用量CR3222的拉断强度、扯断伸长率下降幅度相差不大，但均小于不使用CR3222的配方；随着老化时间延长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。

不同牌号CR对V带压缩胶物理机械性能的影响见图4。

图4 不同牌号CR对压缩胶100℃老化过程中物理机械性能的影响

由图4可知，相同用量的CR在100℃不同老化时间下，随着老化时间延长，CR3222的拉伸强度变化率要小于CR2322；CR3222与CR2322的扯断伸长率变化率、100%定伸变化率、邵尔A硬度变化率相差不大。

由图5可知，在当前硫化体系下，80℃环境下CR2322的耐屈挠性能要远好于CR3222。且随着CR2322用量增加，在CR2322用量为20份时耐屈挠性能最好；随着CR3222用量增加，耐屈挠性能不断变差。

2.3 不同牌号及用量CR对V带压缩胶Mullins效应的影响

由于压缩胶在正常使用时受到往复的压缩应力，而压缩条件下的Mullins效应表征了硫化胶往复压缩条件下的应力软化，压缩胶要求在周期性的压缩应力下挺性好、应力软化尽可能小，因此通过压缩条件下的Mullins效应来表征压缩胶的应力软化状态。且普通V带的正常使用温度约为80℃，因此为模拟压缩胶正常使用状态，因此测试了80℃时的Mullins效应以反映真实使用状态。

CR2322用量对V带压缩胶Mullins效应的影响见图 6～9。

图5 不同牌号及用量CR对压缩胶80℃下屈挠性能的影响

图6 CR2322用量为0份时的Mullins效应

图7 CR2322用量为10份时的Mullins效应

图8 CR2322用量为20份时的Mullins效应

图9 CR2322用量为30份时的Mullins效应

CR2322用量对100℃×24 h老化后V带压缩胶Mullins效应的影响见图10～13。

图10 CR2322用量为0份时100℃×24 h老化后的Mullins效应

图11 CR2322用量为10份时100℃×24 h老化后的Mullins效应

图12 CR2322用量为20份时100℃×24 h老化后的Mullins效应

图13 CR2322用量为30份时100℃×24 h老化后的Mullins效应

为直观的表现不同CR用量的Mullins效应的变化，故将数据中第一次压缩力值数值与第三次压缩力值数值差值作图，以差值大小来反映Mullins效应的强弱状况。CR2322用量对100℃×24 h老化前后V带压缩胶Mullins效应强弱的影响见图14、15。

图14 CR2322用量对100℃×24 h老化前压缩胶Mullins效应程度的影响

图15 CR2322用量对100℃×24 h老化后压缩胶Mullins效应程度的影响

由图6～15可知，随着CR2322用量的增加，100℃×24 h老化前后，压缩最大力值均增大。当CR2322使用份数相同时，100℃×24 h老化后，压缩最大力值增大明显。因为第一次压缩与第三次压缩力值差值越小说明Mullins效应越弱，因此随着CR2322用量的增加Mullins效应明显减弱，且100℃×24 h老化后CR2322用量的增加Mullins效应依旧减弱。但与未老化之前相比，100℃×24 h老化后Mullins效应程度加强，随着CR2322用量的增加Mullins效应加大程度减弱。

CR3222用量对V带压缩胶Mullins效应的影响见图 16～19。

图16 CR3222用量为0份时的Mullins效应

图17 CR3222用量为10份时的Mullins效应

图18 CR3222用量为20份时的Mullins效应

图19 CR3222用量为30份时的Mullins效应

图20 CR3222用量为0份时100℃×24 h老化后的Mullins效应

图21 CR3222用量为10份时100℃×24 h老化后的Mullins效应

CR3222用量对100℃×24 h老化后V带压缩胶Mullins效应的影响见图20～23。

CR3222用量对100℃×24 h老化前后V带压缩胶Mullins效应强弱的影响见图24、25。

图22 CR3222用量为20份时100℃×24 h老化后的Mullins效应

图25 CR3222用量对100℃×24 h老化后压缩胶Mullins效应程度的影响

由图16～25可知 ，CR3222在Mullins效应方面与CR2322有相似的规律。

图23 CR3222用量为30份时100℃×24 h老化后的Mullins效应

纵向比较CR3222与CR2322可知：在最大力值方面，相同CR用量时，CR3222要明显的大于CR2322，且100℃×24 h老化后亦然；在Mullins效应方面，100℃×24 h老化前，相同CR用量时，CR3222与CR2322的Mullins效应程度相差不大，但100℃×24 h老化后，相同CR用量时，CR3222比CR2322的Mullins效应程度要弱。

2.4 不同牌号及用量CR对V带压缩胶动态生热的影响

损耗因子（tanδ）即黏弹性材料在交变力场作用下应变与应力周期相位差角的正切，也等于该材料的损耗模量与储能模量之比，是衡量橡胶制品动态生热的重要指标。因此研究了不同牌号及用量CR对V带压缩胶tanδ的影响。

由图26、27可知，测试温度越高硫化胶tanδ越小，且CR的使用均使的硫化胶tanδ增大，这与CR分子结构中带有的Cl侧基有关。随着CR2322用量越大，硫化胶tanδ越小但小于100℃时区别不明显。此外随着CR3222用量越大，硫化胶tanδ在CR3222用量为20份时最小。且纵向比较来看，相同测试温度相同CR用量下，CR3222的tanδ要低于CR2322，造成这样的原因一方面可能是分子结构及所需硫化体系差异所造成的硫化胶tanδ差异，另一方面可能由于交联密度差异导致的硫化胶tanδ差异。

3 结论

（1）随着CR2322用量增加，t10、t90先缩短后延长，MH-ML变化不大。

图26 不同CR2322用量对温度与tanδ关系的影响

图27 不同CR3222用量对温度与tanδ关系的影响

随着CR3222用量增加，t10、t90缩短，MH-ML逐渐增大。CR用量增加门尼黏度均有明显增大，增大幅度方面CR2322要大于CR3222，但使用相同份数时数值上CR3222要更大。

（2）随着CR2322用量增加，拉断强度总体变化不大，扯断伸长率有所减小，100%定伸应力、硬度有所增大。随着CR3222用量增加，拉断强度变化不大，扯断伸长率有所减小，100%定伸应力先减小后增大，硬度变化不大。100℃×24 h老化后两种CR均使的物理机械性能保持率提高。且在当前硫化体系下，80℃环境下CR2322的耐屈挠性能要远好于CR3222。

（3）随着CR用量增加，Mullins效应减弱，最大力值提高。且在最大力值方面，相同CR用量时，CR3222要明显的大于CR2322，且100℃×24 h老化后亦然；在Mullins效应方面，100℃×24 h老化前，相同CR用量时，CR3222与CR2322的Mullins效应程度相差不大，但100℃×24 h老化后，相同CR用量时，CR3222比CR2322的Mullins效应程度要弱。

（4）随着CR2322用量越大，硫化胶tanδ越小但小于100℃时区别不明显。此外随着CR3222用量越大，硫化胶tanδ在CR3222用量为20份时最小。且相同测试温度相同CR用量下，CR3222的tanδ要低于CR2322。