SBR与NR和BR并用橡胶力学性能研究

2018-11-13康永

橡塑技术与装备 2018年21期

康永

(榆林市瀚霆化工技术开发有限公司，陕西榆林 718100)

将两种橡胶或者两种以上的橡胶进行掺混，制备出具有特殊性能或者叠加性能的成品称之为橡胶并用。天然橡胶(NR)与顺丁橡胶(BR)的并用是橡胶共混的经典体系。天然橡胶是综合性能最优的橡胶，其主要成分是顺式-1,4-聚异戊二烯，还含有5%～8%的非橡胶烃成分。顺丁橡胶局域弹性好、耐低温、生热少等优点，但其强度低、抗湿滑差，因此常和其他橡胶掺混。

目前，国内学者在SBR/NR/BR并用橡胶方面的研究比较多，而且在该领域取得了深入的理论积淀和多样制备方式的探索。如杨玉琼[1]研究了NR/ESBR/BR并用比、促进剂种类和抗硫化还原剂对胎面胶硫化性能的影响。随着ESBR用量的减少，共混胶MH逐步增大，硫化速率加快；在NR/ESBR/BR体系中，加入促NOBS的胶料焦烧时间较长，硫化速率较慢；加入促CZ的胶料焦烧时间较短，硫化速率较快；抗硫化还原剂WK-901对NR/ESBR/BR体系作用效果明显；ESBR用量越大，抗硫化还原性能就越好。

马连湘等人[2]的研究发现，NR/SBR/BR的并用比为60/20/20有良好的湿抓着性、低的滚动阻力和生热率，炭黑N121比N115的滚动阻力和生热率都小，湿抓着性良好。该研究为轮胎胎面胶料配方提供了参考，同时为轮胎温度场的研究提供物性参数生热率。

古菊等人[3]混炼制备WNC/CB/NR/SBR/BR复合材料，研究了WNC部分替代CB对NR/SBR/BR并用胶性能的影响。与45份 CB补强并用胶相比，添加WNC的复合材料的Payne效应显著降低，加工性能得到明显改善，力学性能基本保持，压缩生热下降了18.4%，压缩疲劳变形总体都小于5%；添加5～10份WNC的复合材料抗屈挠龟裂性得到保持，WNC为5份时复合材料的耐磨耗性得到保持；随着WNC替代CB量的增加，复合材料0℃时的损耗因子tanδ先增后减，60℃的tanδ逐渐下降；质量损失5%时的温度逐渐下降，最大质量损失速率温度变化不大；WNC的加入有利于保持复合材料的老化性能。少量的WNC在橡胶基体中分散良好，与基体界面结合紧密。

因此，本文在前人的研究基础上，深度探索T2000R与NR和BR并用性能，以期改善相关橡胶性能上的不足以及加工性能较差等问题。

1 实验部分

1.1 实验材料

表1为实验所用材料。

表1 实验主要试剂

1.2 实验仪器

表2为实验所用仪器设备

表2 实验主要设备

1.3 实验工艺及路线

1.3.1 混炼工艺

实验采用密炼机炼胶，炼胶采用两段法，即先用密炼机将生胶和除硫磺、促进剂之外的配合剂混炼，得到母炼胶，用开炼机下片之后，将母炼胶停放一定的时间。

1.3.2 开炼工艺路线

母炼胶(塑炼，薄通6次)→硫化体系(吃完料后，左右3/4各割3刀)→打三角包6次→排气下片。

1.3.3 密炼工艺路线

提起上顶栓→加入生胶→压下上顶栓(30～50 min)→提起上顶栓→加入配合剂和2/3炭黑→压下上顶栓(50～60 min)→提起上顶栓→加入剩余1/3炭黑→压下上顶栓(30 min)→提起上顶栓，随后压下(30 min)→提起上顶栓，随后压下(扭矩值开始平稳)→将上顶栓提起一半(扫车)→压下上顶栓(30～50 min)→提起上顶栓→开启下顶栓，排料→开炼机下片后，停放。

2 实验结果与讨论

2.1 T2000R与NR的并用性能

2.1.1 T2000R与NR并用比例对胶料拉伸性能的影响

由图1可以看出：在丁苯橡胶与天然橡胶的并用过程中，随着NR并用量的增加，硫化胶的拉伸强度有了很大的提高。比较T2000R和1502与NR的并用性能，可以发现，1502纯胶硫化胶的拉伸强度比T2000R的高，随着NR并用量的增加，T2000R和1502硫化胶的拉伸强度逐渐接近，当NR的用量达到80份时，两者的拉伸强度基本相同，因此通过与NR并用，可以明显改善T2000R拉伸强度的不足，缩小与1502的拉伸强度的差距。

图1 SBR/NR并用比例对胶料拉伸强度的影响

由图2可以看出，随着NR用量的增加，T2000R和1502硫化胶的100%和300%定伸应力均呈缓慢下降的趋势，这主要是因为NR的定伸应力较低的缘故。且1502/NR并用胶的定伸应力高于T2000R/NR并用胶的。

图2 SBR/NR并用比例对胶料定伸应力的影响

由图3可以得知：随着NR用量的增加，NR/SBR硫化胶的断裂伸长率有了很大的提高，这与NR分子链的柔顺性高有关。且T2000R/NR硫化胶的断裂伸长率稍高于1502/NR的，这可能与T2000R的分子量较高有关。

图3 SBR/NR并用比例对胶料断裂伸长率的影响

2.1.2 T2000R与NR并用比例对胶料撕裂强度的影响

由图4可以看出，SBR/NR硫化胶的撕裂强度随着NR的用量的增加，呈现先降低后增加的趋势，在并用量为60/40时出现最低点，这可能是因为胶料并用，破坏了胶料结构的均匀性所致[4～9]。

图4 SBR/NR并用比例对胶料撕裂强度的影响

2.1.3 T2000R与NR并用比例对胶料硬度的影响

图5可以看出，在整体的趋势上，随着NR用量的增加硬度是逐渐降低的。

2.1.4 T2000R与NR并用比例对胶料耐屈挠疲劳性能的影响

从图6中可以看出，随着NR并用量的增加，T2000R/NR和1502/NR硫化胶的耐初始裂口性能基本呈现逐渐下降的趋势，而耐裂纹增长性能则呈现逐渐上升的趋势，这主要是由NR胶料的耐屈挠疲劳特性引起的。

图5 SBR/NR并用比例对胶料硬度的影响

图6 SBR/NR并用比例对胶料耐屈挠疲劳性能的影响

2.1.5 T2000R与NR并用比例对胶料耐磨耗性能的影响

由图7可以看出，纯的T2000R硫化胶的耐磨耗性能比1502的差。随着NR并用量的增加， T2000R/NR硫化胶的耐磨耗性能下降后增加，并用比例为40/60、20/80时并用胶的耐磨耗性能优于纯的T2000R和NR硫化胶的。而1502/NR硫化胶的耐磨耗性能随着NR并用量的增大而逐渐下降，由此说明T2000R与NR具有良好的并用性，并用NR后可明显改善T2000R性能的不足，并缩小与1502性能的差距。

2.1.6 T2000R与NR并用比例对胶料压缩疲劳性能的影响

从图8中可以看出，纯的T2000R硫化胶的压缩疲劳温升高于1502硫化胶的。随着NR并用量的增加，两种并用胶的压缩疲劳的温升均急剧下降，这主要是由NR的低生热特性引起的。另外，随着NR的并用量的增加，T2000R/NR与1502/NR并用胶的压缩疲劳温升的差距逐渐缩小，当并用量达到60/40时，两种并用胶的压缩疲劳温升基本接近。

图7 SBR/NR并用比例对胶料耐磨耗性能的影响

图8 SBR/NR并用比例对胶料耐压缩疲劳温升的影响

2.2 T2000R与BR并用性能

2.2.1 T2000R与BR并用比例对胶料拉伸强度的影响

由图9～10可以看出：随着BR并用量的增加，SBR/BR硫化胶的拉伸强度逐渐降低，这是因为BR本身的强度低于SBR的。另外，随着BR并用量的增加，1502/BR并用胶的拉伸强度的降低速度大于T2000R/BR，说明T2000R与BR的并用性好于1502的。另外，随着BR的增加，SBR/BR硫化胶的断裂伸长率逐渐减小。

2.2.2 T2000R与BR并用比例对胶料硬度的影响

由图11可以看出，在整体的趋势上，随着BR用量的增加，硫化胶的硬度是逐渐降低的。

图9 SBR/BR并用比例对胶料拉伸强度的影响

图10 SBR/BR并用比例对胶料断裂伸长率的影响

图11 SBR/BR并用比例对胶料硬度的影响

2.2.3 T2000R与BR并用比例对胶料撕裂强度的影响

由图12可以看出：随着BR用量的增加，SBR/BR硫化胶的撕裂强度逐渐降低，且T2000R/BR并用胶的撕裂强度的下降速度稍高于1502/BR并用胶的，但差距不大。这可能是因为并用组分中，BR和SBR的相容性较差，容易形成应力集中点，而且BR的强度较低，所以随着BR的加入，SBR/BR的撕裂强度不断的降低[10～11]。

图12 SBR/BR并用比例对胶料撕裂强度的影响

2.2.4 T2000R与BR并用比例对胶料耐屈挠疲劳性能的影响

由图13可以看出，当SBR/BR的并用比例为20/80和80/20时，两种并用胶的耐屈挠疲劳性能均高于纯的SBR硫化胶的，且T2000R/BR硫化胶的耐屈挠疲劳性能明显高于1502/BR的；当SBR/BR的并用比例为60/40时，两种并用胶的耐屈挠疲劳性能均变差，这可能是由于两种胶料并用量接近时，破坏了胶料分子结构的连续性的原因；但是，1502/BR并用胶的耐裂口增长性能高于T2000R/BR并用胶的。