氢化丁腈橡胶与不饱和非极性橡胶的硫化粘合试验研究

钱文皎，张清红，辛丽红，詹正云

[赞南科技（上海）有限公司，上海 201108]

天然橡胶（NR）、顺丁橡胶（BR）、丁苯橡胶（SBR）和异戊橡胶（IR）等不饱和非极性橡胶具有弹性好、强度高、生热低、耐屈挠性好、滞后损失小等特性，通常被用于轮胎、胶辊、橡胶输送带、橡胶减震器等，但其耐热、耐油、耐天候老化性能差，使其在特种产品中的应用受到限制。氢化丁腈橡胶（HNBR）具有优异的耐磨性能，兼具优良的耐热、耐候、耐臭氧、耐化学腐蚀性能[1]。将HNBR作为面胶与不饱和非极性橡胶基体硫化粘合，可最大程度发挥两者的优势，使产品性能大幅提高。

HNBR与不饱和非极性橡胶的极性相差很大，直接硫化粘合非常困难。当不同表面接触时，在两者引力常数相同、溶解度参数相近的情况下，界面的结合力最大[2]。本工作通过粘合过渡层（以下简称过渡层）胶料配方的试验研究，解决HNBR与不饱和非极性橡胶的粘合问题。

1 实验

1.1 主要原材料

HNBR，牌号为ZN35355，赞南科技（上海）有限公司产品；羧基丁腈橡胶（XNBR），牌号为1072CG，南帝化工有限公司产品；NR，20#标准胶，马来西亚进口产品；SBR（牌号为1502）和BR（牌号为9000），中国石化齐鲁石化公司产品；炭黑N115，N220和N550，上海卡博特化工有限公司产品；白炭黑，牌号为255，南吉化学工业有限公司产品。

1.2 主要设备和仪器

X（S）K-160型开炼机，无锡市后宅振新机械有限公司产品；XLB D/Q型平板硫化机，江都市昌隆试验机械厂产品；TCS2000型拉力机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品。

1.3 试验配方

HNBR和不饱和非极性基体橡胶试验配方如表1所示。其中基体配方参考橡胶工业手册中轮胎胎面胶基本配方。

表1 HNBR和不饱和非极性基体橡胶试验配方 份

过渡层胶配方如表2所示。

表2 过渡层胶配方 份

1.4 试样制备

胶料在开炼机上进行混炼。橡胶塑炼1 min后加入小料，混炼约3 min后加入填料，待填料全部分散均匀后加入硫化剂，胶料混炼均匀后薄通6次下片。

将需要粘合的两种胶料按GB/T 532—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与织物粘合强度的测定》在平板硫化机上硫化制作标准试样，需要硫化粘合的两种胶料的厚度各为1 mm，放在厚度为2 mm的模腔中硫化，硫化条件为160 ℃×t90/15 MPa。

1.5 性能测试

采用TCS2000型拉力机按GB/T 532—2008进行两种胶料的粘合强度测试。

2 结果与讨论

2.1 HNBR与不饱和非极性橡胶粘合

HNBR与轮胎胎面胶硫化粘合后剥离，即分别对HNBR与NR，NR/SBR和NR/BR胶料进行剥离试验，结果均为剥离、胶层未破坏，如图1所示。

图1 剥离、胶层未破坏测试结果

由此可见，HNBR与不饱和非极性橡胶硫化粘合后，两层胶片直接被剥离开，极性差异是影响不同橡胶间粘合的主要因素[3]。

2.2 不同过渡层胶溶解度参数计算

根据查阅文献资料[4-6]以及计算可得极性橡胶和非极性橡胶的三维溶解度参数，聚合物溶解度相差越小，两者之间的溶解度越好。加入XNBR的过渡层增大了NR的极性，可以很好地与极性橡胶和非极性橡胶相容。

HNBR，NR，XNBR，BR和SBR的三维溶解度参数分别为19.1～22.0，16.4，17.6，16.5和17.4（J·cm-3）1/2。根据过渡层胶配方中NR/XNBR并用比计算溶解度参数，NR/XNBR并用比为0/100，20/80和40/60的并用胶的三维溶解度参数分别为17.6，17.4和17.1 （J·cm-3）1/2。由此可见，NR/XNBR并用比为40/60的过渡层溶解度参数更接近非极性橡胶BR和NR，因此过渡层胶选用配方C。

2.3 过渡层胶与不饱和非极性橡胶粘合

过渡层胶与不饱和非极性橡胶硫化粘合后剥离，即分别对过渡层胶与NR，NR/SBR和NR/BR胶料进行剥离试验，结果均为未剥离、胶层破坏，如图2所示。

图2 未剥离、胶层破坏测试结果

由此可见，两种胶料之间的硫化粘合强度超出其各自的强度，这可能是由于XNBR中加入NR可以稀释XNBR的极性，且过渡层胶中含有部分NR，根据相似相容原理，过渡层胶可以与非极性橡胶很好地浸润，为产生良好结合提供条件[7]。

2.4 过渡层胶与HNBR粘合

对过渡层胶与HNBR胶料进行剥离试验，结果为未剥离、胶层破坏。

由此可见，过渡层胶与HNBR胶料的粘合良好。过渡层胶中的XNBR使两者有良好的相容性，粘合界面起到了物理吸附和共硫化效应[8]。

3 结论

（1）HNBR与不饱和非极性橡胶直接硫化粘合效果差，胶片可以直接剥离。

（2）NR/XNBR并用比为40/60的过渡层胶与极性橡胶HNBR和不饱和非极性橡胶的硫化粘合效果均较好，胶片不能直接剥离。

采用该过渡层胶后，HNBR与轮胎胎面胶未出现界面剥离，解决了HNBR与不饱和非极性橡胶之间的硫化粘合问题，从而为制造HNBR/不饱和非极性橡胶复合制品奠定了基础。