TPI的门尼粘度对NR_TPI减震制品性能的影响.pdf

原材料配合 208 2024 年第 22 卷橡胶科技TPI的门尼粘度对NR/TPI减震制品性能的影响宋雅婷，于龙，王鹏，盛恩恬，王崴高特威尔科学仪器（青岛）有限公司，山东 青岛 266042摘要：研究反式异戊橡胶（TPI）的门尼粘度对天然橡胶（NR）/TPI减震性能的影响。结果表明：与NR硫化胶相比，NR/TPI硫化胶的硬度增大，拉伸性能和抗撕裂性能降低，压缩永久变形减小，在30，23和70 下的耐屈挠龟裂性能提高，但在100 48 h热老化后23 下的耐屈挠龟裂性能降低；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的拉伸性能、撕裂强度和回弹值提高，静态压缩永久变形、动静刚度比和损耗因子减小，耐压缩疲劳性能以及在30，23和70 下的耐屈挠龟裂性能提高；高门尼粘度TPI在橡胶减震制品中的应用性能更优异。关键词：反式异戊橡胶；天然橡胶；橡胶减震制品；门尼粘度；物理性能；耐疲劳性能中图分类号：TQ333.3 文章编号：2095-5448（2024）04-0208-04文献标志码：A DOI：10.12137/j.issn.2095-5448.2024.04.0208天然橡胶（NR）综合性能优异且用量大，使用NR的橡胶减震制品加工性能好、强度高，但随着橡胶工业的发展，单独使用NR已难以满足市场对橡胶减震制品性能的更高要求，如更好的耐疲劳性能、更低的动静刚度比、更小的压缩永久变形等。反式异戊橡胶（TPI）是一种在常温下低结晶性的橡塑二重性材料1-2，其与NR的相容性好，可以显著改善NR的动态性能3-6。近年来国内外学者对采用TPI制备高性能橡胶减震制品进行了大量研究7-12，为TPI在橡胶减震制品领域的应用奠定了充分的理论基础。相对分子质量和门尼粘度是影响橡胶性能的关键因素。相对分子质量高，链末端少；相对分子质量低，链末端多。链末端活动能力对粘性的贡献较大、对弹性的贡献较小，相对分子质量影响橡胶的粘弹性，从而影响橡胶制品的使用性能13。一般而言，随着橡胶相对分子质量和门尼粘度的提高，胶料的加工性能降低，使用性能改善14。本工作以NR减震制品配方为基础，系统研究了不同门尼粘度的TPI与NR并用对应用性能的影响，以期为高性能橡胶减震制品的开发提供 参考。1实验 1.1主要原材料 NR，CV60，越南产品；TPI，牌号TPI-40，TPI-60，TPI-80和TPI-100，门尼粘度ML（14）100 分别为39，63，82和100，青岛竣翔科技有限公司产品。1.2配方 配 方（用 量/份）：NR100 或 NR/TPI80/20，炭黑45，氧化锌4，硬脂酸2，防老剂4.5，石蜡油9，硫黄1.2，促进剂1.95，防焦剂0.2。1#配方采用NR，2#配方采用NR/TPI-40，3#配方采用NR/TPI-60，4#配方采用NR/TPI-80，5#配方采用NR/TPI-100。1.3主要设备和仪器XSM-500型密炼机和X（S）R-160A型两辊开炼机，上海科创橡塑机械设备有限公司产品；作者简介：宋雅婷（1993），女，山东聊城人，高特威尔科学仪器（青岛）有限公司工程师，学士，主要从事橡塑材料的测试设备开发及应用研究。E-mail：OSID开放科学标识码(扫码与作者交流)原材料配合橡胶科技 209 第 4 期M-3000-AU型无转子硫化仪、AI-7000-MU1型电子拉力试验机、GT-RH-2000型压缩生热试验机、GT-7011-DHD型德默西亚疲劳试验机、RPA8000橡胶加工分析（RPA）仪、GT-7017-EMU型热空气老化箱，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品。1.4试样制备胶料一段和二段混炼均在密炼机中进行。一段混炼工艺为：生胶混炼1 min氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑和油混炼2 min清扫混炼时间达到5 min时排胶。二段混炼工艺为：一段混炼胶促进剂、硫黄、防焦剂混炼2 min排胶，在开炼机上下片。混炼胶在室温下停放1 d后硫化，硫化条件为150/15 MPa（t903 min）。1.5性能测试（1）硫化特性按照GB/T 165841996进行测试，测试温度为150。（2）拉伸性能和撕裂强度（直角形试样）分别按照GB/T 5282009和GB/T 5292008测试。（3）静态压缩永久变形按照GB/T 7759.12015进行测试，试验条件为：压缩率25%，温度70，时间24 h。（4）耐压缩疲劳性能按照GB/T 1687.32016进行测试，测试条件为：温度（551），冲程（4.450.03）mm，负荷（1.000.03）MPa。（5）耐屈挠龟裂性能按照GB/T 139342006在30，23，70 或100 48 h热老化后23 下测试屈挠疲劳寿命。（6）RPA分析。测试条件为：采用应变扫描，应变范围0.1%100%，温度60，频率 10 Hz。2结果与讨论2.1硫化特性 胶料的硫化特性如表1所示。从表1可以看出：与NR胶料相比，NR/TPI胶料的FL增大，流动性略有降低，t10和t90基本一致；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI胶料的FL逐渐增大，流动性逐渐降低，交联密度略有提高。表1胶料的硫化特性项目1#配方2#配方3#配方4#配方5#配方FL/（dNm）0.97 1.211.33 1.43 1.57 Fmax/（dNm）11.02 11.3211.60 11.75 12.12 FmaxFL/（dNm）10.05 10.1110.27 10.32 10.55t10/min4.544.584.60 4.64 4.58 t90/min10.6710.6310.54 10.57 10.722.2物理性能 硫化胶的物理性能如表2所示。表2硫化胶的物理性能项目1#配方2#配方3#配方4#配方5#配方邵尔A型硬度/度54555657 57100%定伸应力/MPa1.8 1.81.9 2.0 2.2 300%定伸应力/MPa8.8 8.48.9 9.4 10.1 拉伸强度/MPa27.9 22.724.0 25.6 26.5拉断伸长率/%623577583598597撕裂强度/（kNm-1）864346 46 48回弹值/%646263 6565 静态压缩永久变形/%21.821.921.220.720.2动静刚度比1.351.411.301.251.24从表2可以看出：与NR硫化胶相比，NR/TPI硫化胶的拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度均明显降低，硬度略提高；NR/TPI-40硫化胶的静态压缩永久变形基本不变，动静刚度比略增大；NR/TPI-60，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫 化 胶 的 静 态 压缩永久变形和动静刚度比略减小；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的硬度、拉伸性能、撕裂强度和回弹值提高，静态压缩永久变形和动静刚度比逐渐减小。2.3耐压缩疲劳性能 硫化胶的耐压缩疲劳性能如表3所示。表3硫化胶的耐压缩疲劳性能项目1#配方2#配方3#配方4#配方5#配方温升/19.020.819.518.818.6压缩永久变形/%2.962.942.792.542.55从表3可以看出：与NR硫化胶相比，NR/TPI-40和NR/TPI-60硫化胶的压缩疲劳温升略提高，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫化胶的压缩疲劳温升略降低；NR/TPI硫化胶的压缩疲劳永久变形略有减小；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的压缩疲劳温升逐渐降低，压缩疲劳永久变形呈减小趋势，耐压缩疲劳性能提高。原材料配合 210 2024 年第 22 卷橡胶科技2.4耐屈挠龟裂性能 硫化胶的耐屈挠龟裂性能如表4所示。表4硫化胶的耐屈挠龟裂性能 万次项目1#配方 2#配方 3#配方 4#配方 5#配方30 屈挠疲劳寿命1级裂口42.547.574.095.0102.06级裂口87.095.0115.0175.0188.023 屈挠疲劳寿命1级裂口2.53.44.25.66.06级裂口7.812.813.814.216.070 屈挠疲劳寿命1级裂口2.52.53.03.53.56级裂口9.09.811.512.513.0100 48 h老化后23 的屈挠疲劳寿命1级裂口2.02.01.52.01.86级裂口7.56.56.06.36.0从表4可以看出：NR/TPI硫化胶在30，23和70 下的耐屈挠龟裂性能均优于NR硫化胶，且随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的屈挠疲劳寿命呈逐渐延长趋势；但是经100 48 h热老化后，NR/TPI硫化胶在23 下的耐屈挠龟裂性能略逊于NR硫化胶。2.5RPA分析 硫化胶的损耗因子（tan）-应变曲线如图1 所示。?11010000.050.100.150.20tan?%NR；NR/TPI-40；NR/TPI-60；NR/TPI-80；NR/TPI-100。图1硫化胶的tan-应变曲线从图1可以看出，与NR硫化胶相比，NR/TPI-40硫化胶的tan略有增大，NR/TPI-60，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫 化 胶 的tan均 减 小。随 着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的tan逐渐 减小。3结论（1）与NR胶料相比，NR/TPI胶料的流动性略有降低，t10和t90基本一致；随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI胶料的流动性逐渐降低，交联密度略有提高。（2）与NR硫化胶相比，NR/TPI硫化胶的硬度增大，拉伸性能和抗撕裂性能降低，压缩永久变形减小，在30，23和70 下的耐屈挠龟裂性能提高，但在100 48 h热老化后23 下的耐屈挠龟裂性能降低。（3）随着TPI门尼粘度的提高，NR/TPI硫化胶的拉伸性能、撕裂强度和回弹值逐渐提高，静态压缩永久变形、动静刚度比和tan逐渐减小，耐压缩疲劳性能以及在30，23和70 下的耐屈挠龟裂性能逐渐提高。（4）高门尼粘度TPI在橡胶减震制品中的应用性能更优异。参考文献：1 王浩，崔虹虹，马韵升，等.高反式-1，4-丁二烯-异戊二烯共聚橡胶在轿车轮胎带束层中的应用研究J.高分子通报，2016（10）：61-67.2 严瑞芳.杜仲胶研究进展及发展前景J.化学进展，1995，7（1）：65-71.3 WU Y F，YAO K C，NIE H R，et al.Confirmation on the compatibility between cis-1，4-polyisoprene and trans-1，4-polyisopreneJ.Polymer，2018，153（8）：271-276.4 王浩.反式橡胶在轮胎中的应用研究D.青岛：青岛科技大学，2016.5 QU L L，HUANG G S，NIE Y J，et al.Strain-induced crystallization behavior of natural rubber and trans-1，4-polyisoprene crosslinked blendsJ.Journal of Applied Polymer Science，2011，120（3）：1346-1354.6 SONG J S，HUANG B C，YU D S.Progress of synthesis and application of trans-1，4-polyisopreneJ.Journal of Applied Polymer Science，2001，82（1）：81-89.7 王浩，葛怀涛，王日国，等.反式丁戊橡胶的特性及其在动态橡胶制品中的应用研究进展J.橡胶工业，2022，69（9）：714-718.8 谭宇，陈彰斌，胡天辉，等.NR/TPI并用胶性能的研究J.特种橡胶制品，2013，34（2）：19-21.9 吴结义，李晓晓，吴明生.天然橡胶/反式1，4-聚异戊二烯并用比对轨道隔震垫阻尼层胶料性能的影响J.橡胶工业，2016，63（7）：417-420.10 王志晔，荣先超，曹兰.高耐久合成杜仲橡胶在天然橡胶基材减震制品中的应用研究J.中国橡胶，2022，38（4）：43-45.原材料配合橡胶科技 211 第 4 期11 陈彰斌，黄自华，董晶晶，等.杜仲橡胶在减震材料及制品中的应用研究J.橡胶工业，2016，63（3）：165-168.12 张剑平，张新萍，蔡磊，等.高疲劳寿命减震橡胶的结构与性能研究J.高分子通报，2019（2）：44-51.13 LIU X，ZHAO S H，ZHANG X Y，et al.Preparation，structure，and properties of solution-polymerized styrene-butadiene rubber with functionalized end-groups and its silica-filled compositesJ.Polymer，2014，55（8）：1964-1976.14 WANG H，WANG R G，MA Y S，et al.The influence of trans-1，4-poly（butadiene-co-isoprene）copolymer rubbers（TBIR）with different molecular weights on the NR/TBIR blendsJ.Chinese Journal of Polymer Science，2019，37（10）：966-973.收稿日期：2023-12-10Effect of Mooney Viscosity of TPI on Properties of NR/TPI Damping ProductsSONG Yating，YU Long，WANG Peng，SHENG Entian，WANG WeiGoodtechwill Testing Machines（Qingdao）Co.，Ltd，Qingdao 266042，ChinaAbstract：The effects of Mooney viscosity of trans-1，4-polyisoprene（TPI）on the properties of natural rubber（NR）/TPI damping products were studied.The results showed that，compared with NR vulcanizate，the hardness of NR/TPI vulcanizates increased，the tensile properties，tear resistance and compression set decreased，and the flexural cracking resistance at 30，23 and 70 were improved，but the flexural cracking resistance at 23 after 100 48 h heat aging decreased.With the increase of the Mooney viscosity of TPI，the tensile properties，tear strength and rebound value of NR/TPI vulcanizates were gradually improved，the static compression set，dynamic static stiffness ratio and loss factor decreased，and the compression fatigue resistance and flexural cracking resistance at 30，23，and 70 were improved.TPI with high Mooney viscosity showed better application performance in rubber damping products.Key words：TPI；NR；rubber damping product；Mooney viscosity；dynamic property云南省天然橡胶一二三产业融合发展 实施意见发布为推动天然橡胶一二三产业融合发展，全面提升天然橡胶产业发展规模和质量效益，加快构建现代产业体系，云南省工业和信息化厅等五部门发布 关于印发云南省天然橡胶一二三产业融合发展实施意见的通知（以下简称 意见），提出发展目标：云南省天然橡胶产业规模稳步扩大，产业结构和区域布局进一步优化，创新能力和核心竞争力显著增强，质量效益进一步提升，形成一批具有较强竞争力的骨干企业和较高知名度的品牌产品；到2025年，云南橡胶种植面积、产量稳定在56.67万hm2（850万亩）、46万t以上，综合产值达到600亿元，其中农业产值达到100亿元，工业产值达到300亿元，服务业产值达到200亿元；力争2030年全产业链综合产值达到1 000亿元。意见 提出，以做大做强天然橡胶市场总量为引领，依托中老铁路建设我国天然橡胶陆路通道，努力发展“资源经济、口岸经济、园区经济”，提升云南天然橡胶产业发展质量和效益。在种植端，以数字胶园建设为切入点，全面提升天然橡胶育苗、种植、更新和管护的规范化和标准化水平，增强天然橡胶保障供给能力；在加工端，优化初加工布局，提升精深加工能力，如定制化生产高性能轮胎胶、白炭黑湿法混炼胶、航空轮胎胶等优势产品，提升橡胶手套、乳胶寝具、乳胶丝、避孕套、橡胶管带和减震垫等产品的加工能力，加快产业集群发展，扩大品牌影响力，深化资源综合利用，通过推进重大项目建设、创新产业发展模式、增强科技创新驱动，以专用胶、特种胶、浓缩乳胶为重点，大力发展轮胎胶、乳胶制品和橡胶木制品等，延伸产业链；在贸易端，以提升服务质量为目标，加大产业金融赋能，在西双版纳州推动建设天然橡胶产业园及保税监管场所，打造面向东南亚、南亚的天然橡胶加工中心、贸易中心和仓储物流中心。（本刊编辑部）