摘要:通过几种防老剂如防老剂3100,防老剂4020的并用,可以使天然橡胶的耐臭氧性能获得大幅度的提高,在臭氧浓度在50pphm,温度为40℃的条件下,拉伸20%,耐臭氧可达1000小时以上,在很多条件下可以替代价格昂贵且加工困难的三元乙丙橡胶。
关键字:天然橡胶 防老剂 臭氧 3100 4020
1.1 天然橡胶耐臭氧研究的近况
天然橡胶在空气中容易与氧进行自动催化氧化的连锁反应,分子链断裂或过度关联,橡胶发生粘化和龟裂,使物理机械性能下降。未加防老剂的橡胶与一定浓度的臭氧接触,甚至在几秒内即发生裂口。通过添加防老剂可改善其耐臭氧性能[1]。多年以来,人们常采用大量的EPDM和NR并用的方法来获得抗臭氧性能较好的胶料,已发表的文章介绍了改善NR并用的抗臭氧性能和其它性能各种方法。业已发现,液态EPDM,通用EPDM和NR的并用,能使天然橡胶具有许多符合要求的性能,并且仍能提供极好的静态抗臭氧性能[2]。静态抗臭氧性能符合要求的硫化橡胶制品有雨鞋、减震橡胶件、密封件、胶辊、防毒面具、汽车风档的刮水片等方面的应用[3]。
但是NR/ E PD M 并用胶的共硫化性差,是由两者的硫化活性和不饱和度引起的。硫化促进剂在不饱和度高的NR中的溶解度高,在硫化过程中,NR会以较快的速度消耗硫化剂,从而导致硫化促进剂在并用胶中的重新分布,使并用胶很难达到共硫化,在微观上,硫化胶表现出有限的相界面间的交联、较大的相尺寸以及交联密度的分布不均。改善NR/EPDM并用胶的共硫化性,首先要选择合适的硫化体系和硫化工艺,此外通过对EPDM进行改性来提高EPDM的硫化活性或是添加合适的硫化增容剂,用以平衡NR相和EPDM相的交联分布,进而达到改善相界面间的交联,缩小分散相尺寸的作用[4]。
虽然在NR中并用EPDM可以达到耐臭氧的目的,相关的报道及论文也很多,在相关工厂也得到了实际应用。 但工厂中出问题的机率非常大,过程控制极易出现问题,即会使橡胶的耐臭氧性能达不到相关要求。
1.2本文研究的意义及目的
因EPDM并用NR共硫化的问题,橡胶的共硫化是指在同一硫化条件下,两种橡胶同时达到正硫化,甚至能形成界面间交联的硫化。事实上,不论两种胶的性质如何接近,在同一硫化条件下使用两胶同时达到正硫化是很难实现的。即使两胶相能够同时达到正硫化,由于不同橡胶性质的差异也很难保证硫化反应能够形成相界面间的交联,从而没有优异的物理机械性能[5]。本实验是仅用单用一种橡胶即天然橡胶,从而没有并硫化的问题。物理机械性能,可以根据配方的不同,达到理想的要求。
1.3 NR橡胶龟裂原理及其防治方法
烯烃类橡胶的双键部位受臭氧作用后,则生成臭氧化合物。这种臭氧化物很不稳定,易于裂角,从而切断碳—碳主链,即发生所谓的“臭氧龟裂”。这个反应可以理解为双键部位具有亲核性质的碳原子和臭氧中具有亲电性质的氧原子发生反应,并形成了臭氧化物。碳原子的这种亲核性质,取决于分子中的取代基是易于吸引电子还是易于放出电子。
防臭氧龟裂的方法需要注意以下几点:1)含胶率要在50%以上填充剂用量少的,耐臭氧性良好。若沿某一方向拉伸橡胶时,在拉伸方向上填充剂和橡胶链段之间会产生空隙,应力集中在空隙在端部,容易形成臭氧裂口的爆发点。因此,为了避免产生空隙,最好尽量减少填充剂的用量。同时,填充剂在橡胶中的分散应该良好,而且细粒比粗粒径者好。2)应使用高效抗臭氧防老剂 高效抗臭氧防老剂的用量应大于最低需要量。如果臭氧浓度,和环境温度提高,最低需要量也应随之增加。当高效防老剂用量超过最低需要量时,防老剂的用量要受到喷霜和成本两主面的制约[5]。
1.4 本文研究的主要内容
本文通用仅用天然橡胶,通过添加防老剂3100,防老剂4020,及防老剂1900,三种并用根据合适的比例,从而达到耐臭氧1000小时以上的目的,同时物理机械性能也很优越。
2.1 实验配方
天然胶3# 100 N-990(卡)60 N-550(卡) 35 环烷油 10
氧化锌 8 硬脂酸 1 微晶蜡1900 2.5 防老剂RD 2
防4020 2 防3100 2.5 DM 1 TMTD 2.2 CZ 1 硫磺 0.3
2.2 炼胶工艺与试样制备
(1 )生胶先在开炼机上薄通5次,然后调大辊距,包辊,先加入加工助剂和防老剂,然后薄通三次,慢慢加入炭黑和油,待炭黑完全混入后,然后再打薄通三次,后加入硫化剂和促进剂等,然后打三角包、打卷各6次,出片,下料。停放8小时后返炼,调整辊距为2mm,出片。
(2 )力学性能试片的制备:按照压延方向裁片,在100吨电热平板硫化机上硫化。硫化胶停放8小时后,用标准刀具裁样。
(3 )压缩模量试样制备:裁剪胶料,送入模具,硫化。按照GB/T 7757-93制成29x12.5mm2的压缩模量试样。
2.3 硫化特性测试
2.3.1硫化特性测试
硫化特性按GT/T16584-1998标准测定,硫化温度设定155℃,选取T10时间为胶料的焦烧时间,选取T90时间为胶料的正硫化时间。
2.3.2物理机械性能测试
拉伸及撕裂性能按GB/T528-1998测定定;硬度按GB/T531-1999测定;
2.3.3热老化性能测试和表征
热空气老化性能按GB3512-2001测定,老化条件:热空气,70℃ x 70h。老化数据表征方法:性能保持率= 老化前性能/老化后性能X 100%。
少用塑料袋,让我们身边的土壤不受塑料污染,令我们身边的江海不被塑料侵害。
重提菜篮子、使用便利的各色环保袋,告别对一次性塑料生活制品的依赖,重回可持续绿色购物生活方式。
2.3.4 硫化橡胶耐臭氧静态测试
硫化橡胶耐臭氧静态测试按GB/T 7762-2003做拉伸20%,50pphm,40℃,1000小时以上测试。
2.3.5压缩永久变形测试
压缩永久变形测试按GB/T 7759-1996做25%,70℃ x 70h的压变。
1、 实验结果
3.1 硫化特性为:T10:1.27, T90 5.09
3.2硬度
3.3拉伸强度、伸长率及撕裂强度
3.4 老化后结果
3.5 压缩永久变形
19.65
3.6 静态臭氧
1000小时无裂纹
4.1 防老剂3100与其它防老剂并用可以大幅度提高及改善硫化胶的抗臭氧老化防护效果。作为长效性抗臭氧老化防护助剂,在胶料中挥发性、抽出及迁移性都比较小。
4.2 NR不并用其它胶种也可以达到很好的耐臭氧性能。
参考文献:
[1]:刘登祥等 橡胶工业手册(第一分册)[M] 北京:化学工业出版社 1989年9月
[2]:河冈丰 橡胶配方手册 化工部橡胶工业科技情报中心站 北京 1989年3月
[3]:Frank C.Cesare 刘梦雄译 抗臭氧天然橡胶并用胶[J]
[4]:齐兴国 NR/EPDM并用橡胶的共硫化性能研究 青岛科技大学 2007年4月
[5]:乡田兼成 刘登祥译 氯丁橡胶加工技术 [M] 北京:化学工业出版社 1980年1月
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