橡塑型洗衣機腳墊膠料的配方設計

趙桂英，張小萍，王忠光

(徐州工業職業技術學院材料工程系，江蘇徐州221140)

洗衣機腳墊是洗衣機的重要配件之一，在洗衣機安裝時使用，它的主要作用是調整水平，減緩洗衣機使用時的振動和噪音，防滑及改善其操縱穩定性，在提高洗衣機的安全性、美觀性和操作性方面發揮著不可替代的作用.

目前國內洗衣機腳墊的主體材料有金屬、塑料和橡膠三類，用量較多的是橡膠腳墊.橡膠腳墊膠料配方多以天然橡膠、丁腈橡膠或再生膠等為主體材料，以炭黑為補強劑，同時填充大量的白炭黑、碳酸鈣、陶土、滑石粉等增加硬度、降低腳墊的生產成本;由于混煉時加入炭黑，會使細小的炭黑粒子漂浮于空氣中，對生產環境造成嚴重的污染;同時炭黑的加入只能生產黑色的產品，對于淺色、亮色產品則無法滿足要求;大量補強填充劑的加入，還會造成混煉工藝困難，混煉不均，膠料性能不穩定.

西門子洗衣機腳墊以其高性能、顏色淺、衛生環保的特點，已成為國內洗衣機配件廠家研究的目標.丁腈橡膠(NBR)具有良好的耐介質性能、耐老化性及氣密性［1］;高苯乙烯樹脂(HSR)分子結構中含有大量的苯環，能賦予膠料較高的硬度、剛性及較好的耐磨性［2-3］，還能減少補強填充劑的用量，改善加工環境，降低生產成本;采用NBR/HSR橡塑并用改性，使洗衣機腳墊膠料兼具橡膠和塑料的各自優勢;通過對NBR/HSR并用膠料的力學性能、耐磨性、耐老化、耐介質及壓縮性能的測試，以期獲得具有一定實用價值的加工工藝及橡塑比，提高洗衣機腳墊膠料的綜合性能，滿足西門子洗衣機腳墊膠料的各項性能指標要求.

1 實驗部分

1.1 主要原材料

丁腈橡膠(NBR-41):廣東創新化工原料有限公司;高苯乙烯樹脂(HSR):浙江黃巖東橡膠助劑有限公司;沉淀法白炭黑(WCB):山東海化股份有限公司;硅烷偶聯劑KH570:中國石化南京化工廠;丙三醇:濮陽市光璞石化有限責任公司;硫磺:浙江黃巖東橡膠助劑有限公司;氧化鋅、硬脂酸、促進劑等為市售產品.

1.2 實驗配方

表1為西門子洗衣機腳墊膠料的基本性能指標.

表1 西門子洗衣機腳墊膠料的基本性能指標

續表1

試驗配方:氧化鋅5份，硬脂酸1份，白炭黑40份，丙三醇2.5份，防老劑1.2份，KH5701.5份，丁腈橡膠NBR-41和高苯乙烯樹脂的橡塑比在100/0～70/30之間.

1.3 儀器設備

開放式煉膠機XK-160:無錫市第一橡塑機械有限公司;無轉子硫化儀GT-M2000-A:臺灣高鐵科技股份有限公司;平板硫化機QLB-50D/Q:無錫市第一橡塑機械公司;高低溫拉力試驗機GTAI-7000-GD:臺灣高鐵科技股份有限公司;老化試驗箱401-B型:上海實驗設備廠;阿克隆磨耗機:江都市試驗機械廠;擺錘式沖擊彈性儀:江都市試驗機械廠.

1.4 試樣制備

圖1為試樣制備的工藝過程.

圖1 試樣制備的工藝過程

塑混煉:先調節雙輥開煉機輥距至0.1 mm，加入NBR薄通塑煉4次，待輥溫達到70℃以上，將高苯乙烯樹脂加入兩輥之間，使之完全塑化，然后與NBR混合均勻為并用膠，調整輥距至2 mm左右，使膠料包輥并有少量堆積膠;然后按一定的加料順序加入各種配合劑進行混煉;溫度控制在30～50℃.在煉膠過程中，保證每個配方的混煉工藝及參數一致，以確保實驗數據的可比性.

混煉的加料順序為［4］:并用膠(NBR/HSR)→氧化鋅、硬脂酸、防老劑2246、防老劑MB→白炭黑→丙三醇、硅烷偶聯劑→促進劑CZ、DTDM及硫磺→薄通，打三角包→下片.

硫化條件為:溫度:160℃，時間:T90，壓力:15 MPa.硫化試片停放一定的時間后，可采用沖片機等設備進行試樣的沖裁和制備.

1.5 性能測試

硫化特性采用GB/T 16584-1996標準進行測試，測試溫度設定為160℃，壓力為0.35～0.6 MPa.

拉伸性能采用GB/T 528-2009標準進行測試，拉伸速度:500 mm/min;試樣為啞鈴型1型.

撕裂性能采用GB/T 529—2008標準進行測試，試樣為直角形，拉伸速度:500 mm/min.

耐磨性采用 GB/T1689—2006標準進行測試，傾斜角選15°，試樣行程1.61 km.

彈性采用GB/T1681—2006標準進行測試，試樣為兩個，取其平均值為實驗結果.

老化性能采用GB/T 3512—2001標準進行測試，實驗條件為:70℃ ×72 h.

耐介質采用 GB/T1690—2006標準進行測試，試驗介質有兩種，分別是5%洗衣粉和5%洗滌劑水溶液，測試條件為:室溫×72 h.

壓縮性能采用GB/T7759—2006標準進行測試，B 型法，試驗條件為:室溫 ×72 h［5］.

2 實驗結果與討論

2.1 NBR/HSR的不同配比對膠料硫化特性影響

圖2為NBR/HSR不同配比膠料的硫化曲線圖.

圖2 NBR/HSR不同配比膠料的硫化曲線

表2為NBR/HSR不同配比對膠料硫化特性的影響.

表2 NBR/HSR的不同配比對膠料硫化特性的影響

從圖2曲線上可見，NBR/HSR不同配比膠料均具有適宜的焦燒時間，較快的硫化速度和較長的硫化平坦期，這有利于提高洗衣機腳墊的生產效率，節省能源，操作安全性好，是洗衣機腳墊理想的硫化曲線.

從表2對應的硫化特性參數中可見，隨著NBR/HSR中HSR比例的增加，膠料的焦燒時間和工藝正硫化時間有所延長;原因在于HSR中含有較多的苯環，有一定的位阻效應，可參與交聯的雙鍵含量低，影響了膠料中促進劑、活性劑及硫化劑與不飽和雙鍵的交聯速度，進而使硫化時間得以推遲.

2.2 NBR/HSR不同配比對膠料力學性能影響

表3為NBR/HSR的不同配比對膠料力學性能影響.

表3 NBR/HSR的不同配比對膠料力學性能影響

從表3可以看出，隨著 NBR/HSR配比中HSR含量的增加，膠料的拉伸強度、300%定伸應力先增加后降低，當NBR/HSR=80/20時，其拉伸強度、300%定伸應力最高，分別達到21.31和12.61 MPa.扯斷伸長率則隨著NBR/HSR配比中HSR含量的增加呈現逐漸減少的變化規律，當NBR/HSR=70/30時，其扯斷伸長率最小，為462%.原因是HSR［6］中含有較多含量的苯環，分子結構呈現剛性，分子的運動能力減弱，因此膠料的扯斷伸長率降低.隨著NBR/HSR配比中HSR含量的增加，膠料的硬度、撕裂強度逐漸增加，原因是高苯乙烯樹脂中含有苯環，具有增硬、增強、提高撕裂性能的作用.

2.3 NBR/HSR不同配比對膠料耐磨性等影響

表4為NBR/HSR的不同配比對膠料耐磨等性能影響.從表4可以看出，隨著NBR/HSR配比中HSR含量的增加，膠料的磨耗體積、彈性呈現逐漸降低的變化規律，而壓縮永久變形則表現出逐漸增加的趨勢;當NBR/HSR=70/30時，膠料的磨耗體積和彈性最小，壓縮永久變形最大;由于HSR的分子結構中含有高比例的剛性苯環，使膠料內部網絡結構結合緊密，膠料在受到各種堅硬粒子沖擊作用時，表面微觀顆粒不易脫落從而提高了膠料的耐磨性.但高比例的剛性苯環使分子鏈柔性降低，分子鏈滑動能力變弱，受到外力沖擊或壓縮后，膠料恢復變形的能力減小，因此彈性降低，壓縮永久變形增加.

表4 NBR/HSR的不同配比對膠料耐磨等性能影響

2.4 NBR/HSR不同配比對膠料老化性能影響

表5為NBR/HSR不同配比對膠料老化性能影響.

表5 NBR/HSR的不同配比對膠料老化性能影響

從表5可以看出，膠料老化后的拉伸強度、300%定伸應力和扯斷伸長率較老化前的拉伸強度、300%定伸應力和扯斷伸長率均有所降低，但降幅不大，說明70℃的老化溫度對膠料的拉伸強度、300%定伸應力及扯斷伸長率的影響不大.而老化后的硬度則較老化前均有所增大，當NBR/HSR=70/30時，其老化后的硬度值最大，為89邵A，老化后的硬度較老化前增大了3邵A.

2.5 NBR/HSR不同配比對膠料耐介質性能影響

表6為NBR/HSR的不同配比對膠料耐介質性能影響.

表6 NBR/HSR的不同配比對膠料耐介質性能影響

從表6可看出，膠料耐介質后的拉伸強度、扯斷伸長率較耐介質前均有所降低;當NBR/HSR配比為70/30時，膠料耐洗衣粉和耐洗滌劑后的扯斷伸長率降幅最大，分別達到41%和27%;耐洗衣粉后膠料的拉伸強度、扯斷伸長率降幅明顯大于耐洗滌劑后膠料的拉伸強度和扯斷伸長率，說明洗衣粉對膠料內部結構的破壞大于洗滌劑對膠料內部結構的破壞，從而導致膠料拉伸強度和扯斷伸長率的降低.

3 結 論

(1)隨著NBR/HSR橡塑配比中HSR含量的增加，橡塑型洗衣機腳墊膠料的焦燒時間和正硫化時間逐漸增加，硫化平坦期長，操作安全性好.

(2)當NBR/HSR=80/20時，橡塑型洗衣機腳墊膠料的綜合力學性能最好，其拉伸強度、磨耗體積、彈性及壓縮永久變形分別為:21.31 MPa、0.18 cm3、22%及25%.膠料各項物理機械性能均滿足西門子洗衣機腳墊膠料的指標要求.

(3)由于HSR的價格是NBR的1/3左右，通過橡塑并用改性，在融合橡膠與塑料的各自優勢，改善洗衣機腳墊的綜合性能，延長使用壽命的同時，還降低了洗衣機腳墊的生產成本，提高了腳墊的性價比.

［1］廖俊杰，陳福林.丁腈橡膠的應用研究進展［J］.特種橡膠制品，2007，28(5):41-42.

［2］何道綱.高苯乙烯改性橡塑材料［J］.原材料，1990(3):11-12.

［3］鄧濤，劉洋，辛振祥.高苯乙烯樹脂/NBR共混物性能研究［J］.橡膠工業，2009，56(12):731-733.

［4］翁國文.配合與塑混煉操作技術［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2008:28-32.

［5］翁國文，聶恒凱.橡膠物理機械性能測試［M］.北京:化學工業出版社，2009:69-105.

［6］張倩，何洋，張應征.高苯乙烯在三元乙丙橡膠中的應用［J］.世界橡膠工業，2012，39(8):5-6.