热分析法测试橡胶堆抗蠕变性能

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橡! 胶! 工! 业! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! $%%) 年第 ,% 卷
热分析法测试橡胶堆抗蠕变性能
谭亮红， 周淑华， 王! 进， 于铁锋
（ 株洲时代新材料科技股份有限公司， 湖南 株洲! "#$%%& ）
! ! 摘要： 通过动态热机械分析仪、 差示扫描量热仪和热重分析仪测试了橡胶堆的抗蠕变性能。结果表明， 橡胶交联 密度小， 内、 外层胶料的硫化程度相差较大， 则产品抗蠕变性能差； 产品使用的补强炭黑活性大， 造成产品的内耗较大， 则使产品的抗蠕变性能下降； 产品橡胶部分的热稳定性差， 则产品的抗蠕变性能较差。 ! ! 关键词： 橡胶堆； 动态热机械分析仪； 差示扫描量热仪； 热重分析仪； 蠕变性能 ! ! 中图分类号： ’())%* & ； ’(%#+* , - #! ! 文献标识码： .! ! 文章编号： #%%%/01%2 （ $%%) ） %0/%"10/%)
（(） 产品橡胶部分的热稳定性差， 也会造成 产品的抗蠕变性维孝 ) 高分子物理 ［ "］ ) 上海： 复旦大学出版社， &**(+ (,*) ［ ’ ］张- 海， 赵素合 ) 橡胶及塑料加工工艺 ［ "］ ) 北京： 化学工业 &**.+ /0) 出版社， ［ ( ］123445 6) 热分析在橡胶工业中的应用 ［ 7］ ) 橡胶译丛， &**8 （/） ： (8) 收稿日期： ’00(90’90:
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， 气氛为氮气； $, C ),% D 时，
升温速率为 #% D ・ :=@ B # ， 气氛为氮气。热重分 析仪 （ ’J ） ， 型号为 ’J$%1>， 德国 KL’M?GE 公司 产品； 测试条件： 温度范围 ! )% C 1%% D ， 升温速 率! $% D ・:=@ B # ， 气氛! 氮气和空气。 !# $" 试样制备 两个不同厂家生产的相同结构产品 5 和 . 。 产品 5 装 车 使 用 一 年 多 ， 性能良好， 而产品.装
作者简介： 谭亮红 （ #1&"/） ， 男， 湖南株洲人， 株洲时代新材料 科技股份有限公司助理工程师， 学士， 主要从事橡胶和塑料的性 能测试及仪器分析工作。
图 !" 产品外层胶料的模量随温度变化的曲线
# —样品 5； $ —样品 .。
万方数据
第 8 期; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;
表 ’" 抗硫化返原剂 #$%&& 系列产品对 () 胶料性能的影响
项- - 目 硫化仪数据 （ &.0 I ） - !J （ K LG・M） - !N （ K LG・M） - "&0 K ME2 - "*0 K ME2 - 返原 &0O 所需时间 K ME2 硫化时间 （ &.0 I ） K ME2 邵尔 $ 型硬度 K 度 拉伸强度 K "B3 扯断伸长率 K O &00O 定伸应力 K "B3 (00O 定伸应力 K "B3 扯断永久变形 K O &0 /’ ’’) (0 8*0 ’) 08 :) :: ’/ 空白 :) 8, ’:) :. &) ,0 () (: &, /0 /& &.) 0( 8,/ &) /: .) ’( &/ &0 /. ’8) 88 88. ’) :8 &&) 8: (’ 8’) :( &() . ,) : ’’) ( F9/&& :) :. (0) .0 &) ’0 () ’. (/ /0 /. ’&) (0 ,*( ’) /, &0) *8 &0 ,/) &’ &/) 0 () / ’/) . &0 /8 ’() (, 8:’ ’) ,’ *) :: ’/ ,.) ,: &.) . 8) ( ’8) & F9/&’ :) ., ’:) *’ &) ,. () ,. P /0 /0 /: ’&) 8, 8’& ’) // &0) :8 &’ ,() :* &/) , () , ’8) * &0 /. ’,) .( 8.0 ’) /( &0) .& ’: :&) .: &8) / ,) : ’() ’ F9/&( :) :, ’*) .. &) ’( () (( P /0 /0 // ’&) 0( ,*’ ’) // &&) &0 &’ ,,) .* &/) : () * ’:) 0 &0 /8 ’() /’ 8., ’) (& *) .& ’( ,/) *( &.) & 8) ( ’() ’ B5CD5>E2D *00 :) .. ’:) *& &) ,8 () ,’ P /0 /0 // &.) .( ,,/ ’) ,. &0) :& && ,8) 0/ &.) 0 () . ’/) 8
［ 5］ 越低 。由于样品 ! 所用炭黑的活性大， 表面积
大， 对胶料形变的阻碍就大， 使胶料回弹性下降，
图 !" 产品内层胶料的模量随温度变化的曲线
注同图 1 。
同时往复形变的内摩擦力大， 生热大， 加大了滞后
!# !" 差示扫描量热试验 样品外部橡胶的 234 低温测试曲线见图 5 。 样品 - 的 " & 明显比样品 ! 高， 这与 由图 5 可见， 267- 测试结果一致。 图 ( 是两个样品的 234 高温测试曲线。由 图 ( 可见， 18/ , 前样品 - 的基线比样品 ! 平稳， 样品 ! 的基线一直朝吸热方向移动， 说明样品 ! 一直存在吸热反应或吸热转变。此外， 样品 ! 的 高温吸热降解或分解温度明显比样品 - 低。综 合分析， 样品 ! 的热稳定性比样品 - 差， 这样也 影响样品万方数据 ! 的抗蠕变性能。
［ #］ 冲击能量较大， 回弹性也就差 ， 这与前面 ! 5 O Q
， 频率 ! $ EF， 气氛 ! 空气。差示扫描量
热仪 （ 3?G ） ， 型号为 3?G0$#8， 瑞士 48;;H8</’9H8I9 公司产品； 测试条件： B #%% C - $, D 时， 升温速 率为 $% D ・ :=@
! ! 橡胶堆是用于火车转向架和车厢之间的厚制 橡胶/金属复合减震产品。该产品的抗蠕变性能 直接影响其使用性能， 而造成产品抗蠕变性能差 异的主要原因是硫化胶的性能差异。本工作从橡 胶堆产品橡胶部分的热力学性能出发， 用热分析 法研究了产品的抗蠕变性能。
车使 用 ) 个 月 便 产 生 严 重 的 蠕 变 现 象， 几乎报 废。 分别从 5 和 . 两产品的相同部位取橡胶部分， 剪碎成米状细颗粒作为 3?G 和 ’J 测试试样； 分 别取两产品的外层和内层胶料， 裁成 #$ :: N + :: N $ :: 的试样条作为 34’5 测试试样。 $" 结果与讨论
,&) ’: (:) /* 撕裂强度 （ K DG・M Q & ） 固特里奇压缩生热 （ &) 0 "B3， ,) ,8 MM， 88 I ） - 终动压缩率 K O - 永久变形 K O - 温升 K I ’’) ( /) . ’.) & — — —
- - 注： 试验配方为 GH- &00 ， 硬脂酸- ’ ， 氧化锌- 8 ， 防老剂 ,0&0G$- ’ ， 炭黑 G((0- 80 ， 芳烃油- 8 ， 促进剂 RF- 0) / ， 硫黄 - ’) ( ， 抗硫 化返原剂 （ 变品种） - &。
图 (" 两个样品的 %&’ 高温测试曲线
注同图 1 。
!# $" 热重试验 两个样品的 79 测试曲线见图 : 。由图 : 可 见， 两样品的有机挥发物、 主胶料、 炭黑及无机填 料的含量基本相同。 79 测试曲线的主要区别是 样品 - 炭黑燃烧的起始温度和终止温度都比样 品 ! 高， 说明样品 ! 所用炭黑的活性比样品 大， 因为橡胶用炭黑的活性越高， 燃烧反应的温度
!" 实验 !# !" 仪器设备 ， 型号为 34’5/ 动态热机械分析仪 （ 34’5 ） 美国 6789:8;<=> ?>=8@;=A=> 公司产品； 测试条件 !， 为： 温度范围! B 0% C - $, D ， 升温速率 ! ) D ・:=@
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$# !" 动态热机械试验 两个产品外层胶料的模量随温度变化的曲线 如图 # 所示。由图 # 可见， 样品 5 在 B 0% C - $, D 之间的储能模量 ! 5 O 比样品 . 的储能模量 ! . O 大， 说明样品 5 在变形时储存的能量大， 即回弹 能力强。此外， 在常温以上的温度下， 样品 . 的 损耗因子 ;P@! . 比样品 5 的损耗因子 ;P@! 5 大， 说 明样品 . 的内耗比样品 5 大， 即产品 . 吸收的
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 显的过硫补偿效应， 但对防止过硫初期硫化返原 新型抗硫化返原剂 #$%&& 系列 现象的效果并不显著。通过分析目前国外抗硫化 产品开发成功 返原体系的发展趋势， 结合国内轮胎行业的实际 中图分类号： #;((0) (: < 8- - 文献标识码： ! 情况和原材料现状， 北京橡胶工业研究设计院独 橡胶硫化过程中的硫化返原现象一直是困扰 立开发出了新型高效抗硫化返原剂 F9/00 系列产 橡胶加工业的一大难题， 特别是为了提高生产效 品。该系列产品对 GH 胶料的性能影响见表 & 。 率而采取的高温硫化工艺已得到越来越广泛的应 由表 & 可见， F9/00 系列产品除具有突出的抗硫 用， 在厚制品 （ 如轮胎） 高温硫化中提高胶料的抗 化返原性能外， 还可提高 GH 硫化胶的物理性能， 硫化返原性能就显得更为重要。近年来国外已陆 降低胶料的动态生热。该系列产品目前正准备批 续推出许多新型抗硫化返原剂， 其中最突出的当 量投产。 属 =>5?@A@ 公司的 B5CD5>E2D *00 。该产品具有明