不同模量动态橡胶制品中反式丁戊橡胶的应用与作用

　　摘要：研究了反式丁戊橡胶（TBIR）在不同模量天然橡胶（NR）动态制品中的应用。结果表明，在低模量、中模量和高模量的NR动态制品中并用10份TBIR,硫化胶的拉伸性能（包括定伸应力、拉断伸长率和拉伸强度）和撕裂性能均基本保持不变，硫化胶的一级屈挠疲劳性能分别提升100%、47%和31%,六级屈挠疲劳寿命分别提升69%、75%和48%.TBIR在宽模量范围内均可明显改善NR动态制品的疲劳性能，特别是应用在低模量的NR动态制品中，制品的疲劳性能改善幅度更明显。

　　关键词：反式丁戊橡胶； 天然橡胶； 动态橡胶制品； 减震件； 屈挠疲劳性能；

　　天然橡胶（NR）具有非常优异的加工性能和力学强度。其耐疲劳裂纹扩展性能最为优异，但是在疲劳过程中非常容易造成产品龟裂纹，改善耐疲劳裂纹引发性能将有效延长NR动态制品的服役寿命。反式丁戊橡胶（TBIR）是由异戊二烯和丁二烯两种单体共聚合成的高反式-1,4-结构的高分子材料，含TBIR的混炼胶格林强度高、尺寸稳定性好，含TBIR的硫化胶具有非常优异的耐疲劳性能、耐磨耗性能以及较低的滚动阻力。2018年国家发改委将TBIR以高品质合成橡胶列入《战略性新兴重点产品和服务指导目录》。本文首次研究了TBIR在不同模量NR动态制品领域中的应用，以求为综合性能更具竞争力的橡胶制品的开发提供技术参考。

　　一、实验部分

　　1. 主要原材料

　　NR,牌号SCRWF,门尼黏度[ML（1+4）×100℃]80.6,海胶集团；TBIR,牌号TBIR2249,山东华聚高分子材料有限公司；炭黑，牌号N774和N330,美国卡博特公司；其他橡胶助剂均为普通市售品。

　　2. 试样制备

　　不同模量NR及NR/TBIR并用胶的配方见表1.

　　表1 不同模量NR及NR/TBIR并用胶配方

　　注：其他组分：氧化锌4.0,硬脂酸2.0,防老剂4.0,石蜡1.0,环烷油3.0,促进剂1.2,硫黄2.0,防焦剂0.2.

　　图1 不同模量NR及NR/TBIR并用胶的硫化特性曲线 

　　图2 不同模量NR及NR/TBIR并用硫化胶的应力-应变曲线 

　　（1）混炼工艺

　　一段密炼：采用美国FARREL公司生产的BR1600型密炼机，密炼机转速70r/min,首先投入生胶密炼1min,继而投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑及环烷油等密炼2min,3min时清扫上顶栓，共计密炼5min排胶，得到一段母炼胶。一段母炼胶在开炼机上下片后于23±2℃环境下停放4h.

　　二段密炼：一段母炼胶和促进剂、硫黄、防焦剂密炼2min排胶。得到的二段母炼胶在开炼机上下片得到终炼胶。终炼胶在23±2℃下环境停放24h后硫化。

　　（2）硫化工艺

　　采用美国RCM公司生产的NP24–100T4CE型平板硫化机。温度150℃，压力15MPa,工艺正硫化时间（tc90）+3min.

　　3. 结构表征与性能测试

　　（1）硫化特性。采用美国Alpha科技公司生产的MDRPremier型无转子硫化仪，按照标准GB/T 16584-1996测试，测试温度150℃。

　　（2）力学性能。采用德国Zwick/Roell公司生产的Z005型电子拉力试验机，分别按照标准GB/T 528-2009和GB/T 529-2008进行硫化胶拉伸性能和直角撕裂性能测试。

　　（3）屈挠疲劳性能。采用德国Mon Tech公司生产的FT3000型德默西亚疲劳试验机，按照GB/T 13934-2006测试硫化胶的耐屈挠龟裂性能，并采用摄像头记录裂纹扩展情况，测试温度23±2℃。

　　二、结果与讨论

　　1. 硫化特性

　　不同模量NR及NR/TBIR并用胶的硫化特性曲线见图1.从图1可以看出，由相同炭黑补强的NR与NR/TBIR（90/10）并用胶的硫化特性曲线几乎完全重合。硫化特性曲线可反映出胶料的最低扭矩、最高扭矩、焦烧时间和工艺正硫化时间等信息，最低扭矩反映混炼胶的加工流动性，最高扭矩与最低扭矩的差值反映硫化胶的交联密度。从图1可以看出，由相同炭黑补强的NR与NR/TBIR（90/10）并用混炼胶的加工流动性、焦烧时间、工艺正硫化时间和交联密度无明显差异。

　　2. 力学性能

　　不同模量NR及NR/TBIR并用硫化胶的应力-应变曲线见图2.从图2可以看出，在300%应变范围内，由相同炭黑补强的NR与NR/TBIR（90/10）并用硫化胶的应力-应变曲线几乎重合，硫化胶的拉伸强度和拉断伸长率相当。由图3可以看出，由相同炭黑补强的NR与NR/TBIR（90/10）并用硫化胶的撕裂强度和硬度基本保持不变。

　　3. 屈挠疲劳性能

　　不同模量NR及NR/TBIR并用硫化胶的屈挠疲劳性能见图4.从图4可以看出，在低模量、中模量和高模量的NR动态制品中并用10份TBIR,硫化胶的一级屈挠疲劳性能分别提升100%、47%和31%,六级屈挠疲劳寿命分别提升69%、75%和48%.

　　不同模量NR及NR/TBIR并用硫化胶的屈挠疲劳裂纹扩展情况见图5.在低模量橡胶制品中，屈挠疲劳36万次时NR硫化胶已经产生非常大的龟裂纹，而NR/TBIR（90/10）硫化胶只是产生针刺点。在中模量和高模量橡胶制品中，相比NR硫化胶，NR/TBIR（90/10）硫化胶针刺点产生的时间要晚，而且在相同的疲劳寿命下，NR/TBIR（90/10）硫化胶的裂纹长度显著短于NR硫化胶。综合可知，TBIR在宽模量范围内均可明显改善NR动态制品的疲劳性能，特别是应用在低模量的NR动态制品中，制品的疲劳性能改善幅度更明显。

　　图3 不同模量NR及NR/TBIR并用硫化胶的撕裂强度和硬度

　　图4 不同模量NR及NR/TBIR并用硫化胶的屈挠疲劳性能   

　　图5 不同模量NR及NR/TBIR并用硫化胶的屈挠疲劳裂纹扩展情况 

　　三、结论

　　在宽模量范围内的NR动态制品中并用10份TBIR,硫化胶的拉伸性能和撕裂性能基本保持不变，硫化胶的屈挠疲劳性能显著提升，特别是应用在低模量的NR动态制品中，制品的疲劳性能改善幅度更明显。