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天然橡胶/氯磺化聚乙烯共混胶性能研究

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2024-03-25 11:21:07

天然橡胶NR具有优良的加工性能和力学性能是目前应用最为广泛的橡胶之一,其属于二烯烃类橡胶,耐老化性能和耐臭氧性能较差,而且易燃。氯磺化聚乙烯 CSM以聚乙烯为原材料,通过氯化和氯磺化反应制得,具有高饱和分子链结构具有良好的力学性能、耐老化性、耐化学介质性和阻燃性等;因其分子链上带有极性侧基基团,低温性能较差,成 本较高,应用范围受限。本文将NRCSM 共混,通过2种橡胶性能互补,期望制成能够满足性能要求的共混胶料 。

 

1    实验部分  

 

1.1   主要原材料

 

天然橡胶NRSMR20;氯磺化聚乙烯CSM;改性氢氧化镁;其他配合剂均为市售橡胶工业常用原材料

 

基本配方(质量份):MgO 3改性氢氧化镁06B);SA 1石蜡,1RD 1防老剂4010NA 1S0. 5促进剂DM 0. 5DPTT 1.5氧化锌,3NR/CSM变量100/0 , 80/20 ,60/40 , 40/60 , 20/80 , 0/100对应配方编号为1# , 2# , 3# , 4# , 5# , 6#

 

1.2    主要仪器与设备

 

老化试验箱(烘箱),401A 型;开炼机,X(S) K-160型;密炼机,XSM-1/20-80型;流变仪,GT-M2000-A型;平板硫化机,HS-100T-RTMO型;电子拉力机,AI-7000M 型;邵尔A硬度计,XY-1型。

 

1.2    试样制备

 

先将NR放入70 ℃烘箱内烘胶12h再将其在开炼机上压合,下片,备用;密炼机密炼室初始温度设置为 80 转子转速设置为60r/min。启动密炼机,按NR/CSM 不同质量比分别将其投入密炼机中,落上顶栓,待转矩平稳后,升上顶栓,依次加入小料和填充剂,再落上顶栓,混炼到最终转矩平稳,排胶,制得混炼胶母炼胶。将混炼胶母炼胶投入开炼机上,待其均匀包辊后,依次加入氧化锌、硫黄和促进剂DPTT吃料完毕后调小辊距,打三角包5个,放大辊距,下片,制得混炼胶,备用。混炼胶需停放24 h使用流变仪测试150 ℃混炼胶硫化特性,确定 t90使用平板硫化机硫化试样,硫化条件为150℃×t90硫化胶片需静置 24h裁样测试性能

 

1.3  性能测试

 

硫化特性按 GB/T9869-2014测试,测试温度150 拉伸性能按GB/T528-2009测试,撕裂性能按 GB/T529-2008测试,ShoreA 硬度按 GB/T 531. 1-2008 测试氧指数按 GB/T10707-2008测试 。

 

耐液体性能测试时,分别把不同共混比胶料试样浸泡于ASTM3#标准油、10%盐酸和氢氧化钠溶液中在室温下浸泡7d测试浸泡前后的质量变化率并观察试样表面形貌。

 

老化性能按GB/T9871-2008测试,老化条件100 ℃ ×72h 。 臭氧老化条件为:拉伸变形20% 40 臭氧浓度为50×10-8老化时间24h

 

2    结果与讨论

 

2.1    硫化特性研究

 

16种共混胶料硫化特性测试结果。由表1可看出,随着CSM 用量的增大,共混胶焦 烧时间延长,加工安全性提高;ML 增大,加工流动性变差;MH -ML增大,交联密度增大;t90呈增大趋势。其原因可能是NR分子链中含有较多不饱和双键,交联反应较易进行 。


 

2.2    基本性能研究

 

2 NR/CSM共混比对共混胶性能的影响。


 

从表2可看出,随CSM用量的增大,拉伸强度先下降后上升,硬度、定伸应力和撕裂强度均逐渐增大。其原因可能是NR具有拉伸结晶性,拉伸强度较高,以NR为主的共混胶中,NR为连续相,CSM为分散相,共混胶力学性能较高随着CSM用量的增大,当NR/CSM用量接近时,因为两种橡胶极性不同以及硫化速度存在差别,导致两相发生相分离CSM为主时,CSM 成为连续相,共混胶拉伸强度又逐渐升高,即连续相的力学性能决定了共混胶力学性能。随着CSM 用量的增大,共混胶交联密度增大,所以硬度和100% 定伸应力增大。

 

随着CSM用量的增大共混胶阻燃性逐渐提高,天然橡胶的氧指数只有23% CSM氧指数为33% 达到了离火自熄的阻燃等级。分别把不同共混比的胶料试样浸泡于ASTM3#标准油、10%盐酸和氢氧化钠溶液中,在室温下浸泡 7d后测得浸泡前后的质量变化率,随着CSM 用量的增大,共混胶在这3种溶液中的质量变化率都明显降低,表明随着CSM 用量的增大NR/ CSM 共混胶耐油性和耐酸碱性能均有明显改善。

 

2.3    耐热氧老化性能研究

 

16种硫化胶老化前后性能对比。由图1可看出,经过100℃×72h老化后,硫化胶拉伸强度出现了不同程度下降;随着CSM用量的增大,硫化胶拉伸强度下降幅度逐渐变小;由此可见,加入CSM可明显改善共混胶耐热氧老化性能其原因可能是NR分子主链中含有不饱和双键,在热氧老化过程中双键与氧自由基发生反应,引起分子链降解,拉伸强度下降较大;而CSM 分子主链具有饱和性,不易与氧自由基发生反应,耐老化性能较好。 同理,随着CSM用量的增大,硫化胶老化后硬度变化减小,100%定伸应力变化率和拉断伸长率变化率均呈现降低趋势。


 

2.4    耐臭氧性能研究

 

2和图3分别为NR/CSM共混胶耐臭氧老化前后表面形貌照片和拉伸强度保持率。从图2和图3可看出,随着CSM用量的增大,硫化胶拉伸强度保持率增大,纯NR试样经臭氧老化后出现较大而深的裂纹,加入CSM后裂纹深度变浅变小;当CSM用量为40份时,共混胶表面几乎看不出裂纹,表明共混胶耐臭氧性变好。其原因可能是NR为主链不饱和橡胶,分子主链含有双键,易与臭氧发生降解反应,试样表面出现裂纹,拉伸强度下降。而CSM为主链饱和橡胶,耐臭氧性优异,随着CSM用量的增大,耐臭氧性变好。



 

3    结论

 

1)在实验范围内,随着CSM用量的增大,共混胶拉伸强度先下降后上升,拉断伸长率呈现下降趋势,硬度和撕裂强度呈现增大趋势 。

 

2)随CSM用量的增大,共混胶耐热空气老化性能和耐臭氧老化性能均明显提高,氧指数增大,耐化学介质性能提高 。

 

3)综合考虑共混胶力学性能、耐老化性能和经济效益,NR/CSM共混比以60/40为宜。

    


 

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