模压法和卷蒸法制备胶布制品对比研究

原晓城 姬燕飞 马义明 张景亮

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300384）

1 前言

在传统橡胶行业中，胶布制品的成型工艺主要有卷蒸和模压两种方式。

卷蒸工艺是指骨架材料经覆胶后放入硫化罐中，在一定的压力、温度条件下，硫化一定的时间。在卷蒸工艺条件下，胶布制品成型工艺按如下过程进行：首先将生胶布按照设计尺寸进行裁剪，再搭接成所需要的尺寸，然后将其放入硫化罐中硫化。由于生胶布的幅宽在1.0～1.2m之间，因此搭接硫化是大型胶布制品制造工艺的必要环节之一。

与卷蒸工艺相对应，模压法是指骨架材料经覆胶后，用硫化平板或模具加压，在一定的温度条件下，硫化一定的时间。在模压工艺条件下，胶布制品成型过程按如下过程进行：首先将生胶布在硫化平板中加热、加压硫化，然后将胶布按照设计尺寸进行裁剪，并进行搭接。其搭接过程同样是在硫化平板装置中一定压力下进行。

2 实验部分

2.1 主要原材料

天然橡胶，泰国进口；顺丁橡胶，中石化齐鲁石油化工公司；尼龙骨架材料，沈阳富达纺织品有限公司，其它助剂均为橡胶工业常用工业级。

2.2 仪器与设备

XK-160型开炼机，呼和浩特新生联合机械厂；XLB平板硫化机，青岛第三橡胶机械厂；电子橡胶拉力机，台湾高铁科技有限公司；硬度计，江都明珠实验机械厂。

2.3 性能测试

橡胶硬度测试按照GB/T 531.1-2008 《硫化橡胶或热塑性橡胶 压入硬度试验方法第1部分邵氏硬度计发（邵尔硬度）》进行。

橡胶拉伸强度、拉断伸长率测试按照GB/T 528-2009 《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》进行。

橡胶密度测试按照GB/T 533-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶 密度的测定》进行。

橡胶撕裂强度测试按照GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶 撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)》进行。

橡胶阿克隆磨耗测试按照GB/T 1689-2014《硫化橡胶 耐磨性能的测定(用阿克隆磨耗机)》进行。

胶布厚度测试按照HG/T 3050.3-2001《橡胶或塑料涂覆织物 整卷特性的测定 第三部分：测定厚度的方法》进行。

胶布尺寸收缩率测试按照FZ/T 13010-1998《橡胶工业用合成纤维帆布》进行。

胶布剥离强度测试按照GB/T 532-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与织物粘合强度的测定》进行。

胶布拉伸强度测试按照HG/T 2580-2008《橡胶或塑料涂覆骨架材料拉断强度和扯断伸长率的测定》

臭氧老化测试按照H/GT 2716-2008《橡胶或塑料涂覆织物 静态耐臭氧龟裂性能的测定》进行。

紫外老化测试按照GB/T 16585-1996《硫化橡胶人工气候老化（荧光紫外灯）试验方法》进行。

耐海水老化测试按照GB/T 24136-2009《橡胶或塑料涂覆织物 耐液体性能的测定》进行。

2.4 试样制备

橡胶制备：按常规方法在XK-160型开炼机上进行混炼，在平板硫化机上硫化。无特别说明，硫化条件均为145℃×10MPa×t90。混炼加料顺序为：生胶包辊→硬脂酸、古马隆、氧化锌→防老剂→1/2炭黑/白炭黑→液体增塑剂→1/2炭黑/白炭黑→硫化剂/粘合剂→下片。

胶布制备：首先在压延机上进行胶布压延，再将压延好的胶布按照不同的硫化方式进行硫化。卷蒸硫化条件：硫化罐硫化，0.5MPa×1h；模压硫化条件：平板硫化，145℃×10MPa×30min。

3 结果与讨论

骨架材料采用尼龙66，覆胶层采用天然/顺丁并用胶，骨架材料经压延后，分别进行卷蒸和模压硫化成型工艺，制备胶布，并进行性能对比。天然/顺丁并用胶配方见表1。

表1 天然/顺丁配方表

3.1 橡胶性能

从表2中看出，采用卷蒸工艺的胶料硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和阿克隆磨耗比模压工艺的胶料都低，这会影响胶布性能的拉伸强度和磨耗值，导致胶布性能降低。

表2 橡胶性能对比

3.2 胶布外观

如下图1所示，采用卷蒸工艺的硫化胶布因硫化时压力较低，胶料渗透性差，硫化胶布表面凹凸点明显；硫化胶布表面粗糙、不光滑，模压工艺硫化胶布受较大压力的作用，胶料致密度高，胶布表面平整光滑。

图1 -1卷蒸硫化胶布外观

图1 -2模压硫化胶布外观

3.3 胶布初始物理性能

如上表3中所示，卷蒸工艺胶布厚度超出模压硫化胶布0.2～0.6mm，由于模压工艺硫化压力较大，胶料流动性好，厚度均匀一致性好，且可以渗透到骨架缝隙中，与骨架的结合力好；采用卷蒸工艺硫化的胶布，尺寸收缩率较大，尤其是经向尺寸收缩率；采用模压工艺硫化的胶布，由于采用牵引冷定型的原因，经向尺寸收缩率变化较小；不同成型工艺的胶布经纬向拉伸强度虽然变化不大，但是采用卷蒸工艺胶布的纬向拉伸强度分散程度较大，均一性较差；卷蒸工艺胶布的撕裂强力略低于模压工艺的胶布；卷蒸工艺胶布的粘合强度明显低于模压工艺的胶布。

表3 胶布物理性能

3.4 胶布搭接部位性能

从表4中看到，由于搭接硫化时压力的差异，采用模压工艺搭接的胶布，其搭接性能高于卷蒸工艺，尤其是模压法搭接剥离强度采用了二次表面处理，超出卷蒸工艺4kN/m以上。

表4 搭接性能

3.5 耐老化性能

3.5.1 臭氧老化

臭氧老化条件：40℃×50pphm

两种工艺的胶布经4小时臭氧老化后同时出现龟裂，如图2所示。卷蒸工艺的胶布表面凹凸不平，龟裂裂纹均出现在凸点上，裂纹长且深；模压工艺胶布龟裂裂纹分布较为均匀，裂纹短且浅。

图2 胶布臭氧老化外观对比

3.5.2 热氧老化

热氧老化条件：70℃×168h。经热氧老化后，模压工艺胶布的性能优于卷蒸工艺。

表5 热氧老化性能

3.5.3 耐海水性能

海水浸泡条件：常温下，海水浸泡一个月。经海水浸泡后，卷蒸工艺成型的胶布与模压工艺成型的胶布相比，其胶布重量变化率、经纬向拉伸强度变化率都较大。

表6 海水浸泡性能

4 研究结论及其应用

通过以上模压工艺与卷蒸工艺比较研究，模压成型工艺由于硫化温度、压力可控，硫化过程中可以采取模具、拉伸定型工装等多种手段对胶布制品尺寸、外观进行控制，制备的胶布综合性能及部件搭接口的拼接性能较为优异，其工艺技术含量较高，但同时由于工装、设备较多，造成了成型制造周期长、成本较高。

具体来说，卷蒸工艺特点如下：

I 胶布外观：硫化胶布表面粗糙、不光滑，胶料渗透性差。

II 胶布基本性能：胶布在硫化罐内高温硫化时，基本无压力约束，硫化完毕也没有定伸装置，因此骨架材料尺寸收缩无规律，呈各向异性，导致胶布外形尺寸变化明显，也可能导致其力学性能均一性变差。

III 胶布粘合强度：由于硫化罐的硫化压力较低，导致覆胶层与骨架材料的粘合强度较低。

IV 胶布耐老化性能：由于胶料硫化时压力较低，初始强伸性能差，且胶布表面凹凸明显，对于同一种覆胶层，胶布凸出点为薄弱区域，耐老化性能（热氧、臭氧）会较差。

V 胶布耐海水性能：由于胶料与骨架密实性较差，耐水性下降，导致骨架材料吸水后强伸性能下降，胶布重量增加明显。

VI 胶布搭接口性能：由于硫化压力低，覆胶层胶料渗入骨架材料内的程度差，导致粘合强度较低，与模压工艺相比，在相同搭接宽度的条件下，搭接强度也相对较低。

具体来说，模压工艺主要存在以下优点：

A 胶布外观：硫化胶布表面光滑，胶料致密度高，初始强伸性能相对高。

B 胶布基本性能：胶布在硫化时，由于采用硫化预拉伸、冷定型等技术，硫化后采用裁剪、搭接技术，因此骨架材料尺寸收缩小，尺寸易于保证，力学性能均一性好。尤其解决了大型胶布制品尺寸精度控制难的工艺问题，尺寸精度可控制在0.5%以内。

C 胶布粘合强度：由于硫化压力得到保证，覆胶层与骨架材料的粘合强度较高。

D 胶布耐老化性能：由于胶料初始强伸性能高，对于同一种覆胶层，龟裂产生裂纹增长速度较慢，耐老化性能（热氧、臭氧）会较较好。

E 胶布耐海水性能：由于胶料致密性好，耐吸水性提高，胶布重量变化率减小，性能保持性好。

F 胶布搭接口性能：采用表面处理技术及胶粘剂，粘合性能可控，粘合强度高；与卷蒸工艺相比，在相同搭接宽度的条件下，搭接强度也相对较高。

采用模压工艺制备大型胶布制品已经在我公司得到了广泛应用，包含大型气垫船橡胶围裙、巨型橡胶水坝、超长抽油机带、大型海上浮力气囊、大型振动平台气枕等项目，获得了良好的经济和社会效益。