间-甲-白-钴粘合体系对天然橡胶/氯丁橡胶并用胶与镀铜钢丝粘合性能的影响

2018-07-23李利，田倩，宋伟

橡胶工业 2018年10期

李利，田倩，宋伟

（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛 266061）

随着社会的不断发展以及工业现代化水平的不断提高，橡胶制品需求量呈现逐年增大趋势。橡胶材料具有较好的弹性和缓冲能力，在减震领域应用广泛。橡胶与金属粘合可以将橡胶的高弹性与金属的高强度结合起来，从而获得具有高强度和减震功能的产品[1-5]。橡胶与金属的粘合广泛地应用在轮胎的帘布层中，制备具有耐疲劳、耐热和耐老化等性能的帘布部件[6-8]，以提高轮胎的抗撕裂性能。国内外研究者对橡胶与金属之间的粘合问题进行了大量研究[9-15]。胶料中加入的粘合剂品种和用量是影响橡胶与金属粘合的重要因素[16]。

本工作选择天然橡胶（NR）与氯丁橡胶（CR）并用，探讨在相同硫化体系下NR与CR的最佳并用比，并研究在此并用比下间-甲-白-钴粘合体系对NR/CR并用胶物理性能和粘合性能的影响，以期找到NR/CR并用胶的最佳粘合体系。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，标准胶，上海泰胶国际贸易有限公司提供；CR，牌号232，重庆长寿捷圆化工有限公司产品；白炭黑，德国德固赛公司产品；炭黑N330，百利联颜料制品有限公司产品；间苯二酚给予体，SL-3020，华奇（中国）化工有限公司产品。

1.2 主要设备和仪器

BL-6157型两辊开炼机，东莞市宝轮精密检测仪器有限公司产品；QLB-400×400×2型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂有限公司产品；M2000-AN型无转子硫化仪和GT-7017-N（M/L）型老化箱，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；TS2005b型拉力试验机和UM-2050型门尼粘度计，中国台湾优肯科技股份有限公司产品；XSM-500型橡塑试验密炼机，上海科创橡塑机械设备有限公司产品。

1.3 试样制备

先对NR/CR并用胶进行塑炼，然后进行胶料混炼。塑炼工艺为：将NR和CR同时添加到密炼机中，塑炼1 min，排胶、剪片待用。混炼工艺为：密炼室初始温度为70 ℃，转子转速为60 r·min-1，将冷却后的并用胶添加到密炼机中，混炼1 min；添加小料，混炼1 min；添加炭黑N330，混炼1 min；同时添加芳烃油和白炭黑，混炼1 min；待混炼胶温度达到110 ℃后30～45 s进行排胶；混炼胶在开炼机上过辊2～3次进行冷却，依次加入粘合剂RA-65、促进剂DM、氧化锌和硫黄，左右割刀5次，打三角包和圆包若干次，待混合均匀后薄通6～8次，下片，冷却待用。

混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为150℃×1.3t90。

1.4 性能测试

各项性能均按相应的国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 NR/CR并用比对胶料性能的影响

NR/CR并用比对胶料性能的影响见表1。

表1 NR/CR并用比对胶料性能的影响

从表1可以看出：随着CR用量的增大，胶料的门尼粘度逐渐增大，这是因为NR是非极性橡胶，而CR是极性橡胶，两种不同极性的橡胶共混效果较差，因此门尼粘度呈增大趋势；硫化胶的硬度和拉伸强度先增大后减小，当NR/CR并用比为80/20时，硬度和拉伸强度最大，此并用比的胶料可以应用在缓冲、拉伸强度要求较高的场合，例如高层楼房的底部缓冲层。一般来说，定伸应力越大，硫化胶的交联密度越大，当NR/CR并用比为80/20时，硫化胶的100%和300%定伸应力均相对较大，因此交联密度也相对较大。

从表1还可以看出，随着CR用量的增大，硫化胶的体积电阻率先增大后减小，当NR/CR并用比为80/20时，体积电阻率最大，这是因为在特定硫化体系下，硫化胶生成的交联网络较多，能够在很大程度上阻止炭黑N330在硫化胶中的运动，从而使硫化胶的体积电阻率增大。

综上所述，在特定硫化体系下，当NR/CR并用比为80/20时，硫化胶的硬度、定伸应力、拉伸强度和体积电阻率均相对较大，当CR用量超过20份时，胶料的门尼粘度增大。因此，后续试验中NR/CR并用胶的并用比选择80/20。

2.2 间-甲-白-钴粘合体系对NR/CR并用胶性能的影响

间-甲-白-钴粘合体系配方见表2。

表2 间-甲-白-钴粘合体系配方份

2.2.1 门尼粘度和物理性能

间-甲-白-钴粘合体系对NR/CR并用胶门尼粘度和物理性能的影响见表3。

表3 间-甲-白-钴粘合体系对NR/CR胶料性能的影响

从表3可以看出：随着SL-3020和RA-65用量的增大，胶料的门尼粘度呈增大趋势，这主要是因为SL-3020和RA-65生成具有粘合作用的树脂，在一定程度上影响了胶料的流动性，从而导致胶料的门尼粘度增大；随着粘合体系用量的增大，硫化胶的拉伸强度呈减小趋势，这主要是由于粘合体系本身不具有补强作用，当其用量增大时，在一定程度上导致补强体系和硫化体系所占比例减小，使硫化胶的拉伸强度减小；SL-3020和硼酰化钴的用量对硫化胶的邵尔A型硬度影响不大；随着RA-65用量的增大，硫化胶的硬度逐渐增大。

2.2.2 粘合性能

胶料的硫化和粘合是同时发生的，硫化和粘合过程中会发生以下化学反应。

硫化反应：

粘合反应：

当催化剂硼酰化钴的用量过大时，容易导致硫化亚铜转变成硫化铜，硫化铜不具有粘合作用，不利于粘合。

间-甲-白-钴粘合体系对镀铜钢丝抽出力的影响见表4。

表4 间-甲-白-钴粘合体系对镀铜钢丝抽出力的影响 N

从表4可以看出，当SL-3020/RA-65/白炭黑/硼酰化钴用量比为1/3/15/2时，镀铜钢丝的抽出力在老化前为488 N，老化后达到506 N，水浸泡后达到464 N，在所有配方胶料中均为最大值。这主要是因为：（1）SL-3020和RA-65的用量过小时，胶料生成的粘合树脂浓度较低，无法使镀铜钢丝完全粘合；（2）硼酰化钴用量过小时，粘合反应速率低，起不到良好的催化作用，当其用量超过2份时，粘合反应速率过大，在同一硫化时间下，过快的反应会导致真正具有粘合作用的Cu2S转变成脆性的CuS，进而造成粘合力降低。

综上所述，胶料最优配方为：NR/CR 80/20，炭黑N330 30，白炭黑 15，氧化锌 6，氧化镁3，芳烃油 10，硬脂酸 0.5，防老剂RD 1，防老剂4020 3，SL-3020 1，RA-65 3，硼酰化钴2，硫黄 4，促进剂DM 0.3。